[0029] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1至6所示，一种可替换手术刀的微创手术机械手，包括机械臂模块1、工具支架模块2、工具模块3和控制器；机械臂模块1安装在用于进行大幅度移动的工业机器人的末端运动部。工具支架模块2安装在机械臂模块1的末端。工具模块3安装在工具支架模块2上。工具支架模块2能够驱动工具模块3末端的刀具夹钳3‑8进行不同朝向的松开和夹紧。工具模块3能够在包括腹腔微创手术在内的多种微创手术中进行精准操作。
[0031] 所述的机械臂模块1包括固定支座1‑1、第一臂杆1‑2、第二臂杆1‑3、第三臂杆1‑4、第一电机1‑5、第二电机1‑6、第三电机1‑7和第四电机1‑8；第一电机1‑5固定在固定支座1‑1上；所述的第一臂杆1‑2的一端与第一电机1‑5的主轴固连；所述的第一臂杆1‑2的另一端与第二臂杆1‑3的一端铰接；所述的第二臂杆1‑3的另一端与第三臂杆1‑4的一端铰接；所述第三臂杆1‑4的另一端与工具支架模块2内工具支座2‑1的铰接；所述第二电机1‑6固定在第二臂杆1‑3的一端，第二电机1‑6的主轴与第一臂杆1‑2的另一端固连；所述的第三电机1‑7固定在第三臂杆1‑4的一端，所述的第三电机1‑7的主轴与第二臂杆1‑3的另一端固连；所述的第三电机1‑7的主轴与第二臂杆1‑3的另一端固连；所述的第四电机1‑8固定在工具支架模块2内工具支座2‑1的底部，第四电机1‑8的主轴与第三臂杆1‑4的另一端固连；
[0032] 所述的工具支架模块2包括工具支座2‑1、滚珠丝杠机构4、第一转接板2‑2、第二转接板2‑3和凸轮锁紧机构5；所述的滚珠丝杠机构4包括第五电机4‑1、螺杆4‑2和螺母4‑3；所述第五电机4‑1固定在工具支座2‑1的一端，螺杆4‑2的一端与第五电机4‑1的主轴固连，螺杆4‑2的另一端支承在工具支座2‑1的另一端；螺母4‑3与螺杆4‑2构成螺纹副，螺母4‑3与第一转接板2‑2的底部固连。第一转接板2‑2与工具支座2‑1滑动连接，螺母4‑3能够带动第一转接板2‑2上下移动；所述的第一转接板2‑2外侧面的四个角上均固定有T型钉2‑4；第二转接板2‑3的四个角上均开设有阶梯固定孔2‑5，四根T型钉2‑4分别穿过四个阶梯固定孔2‑5；并且，T型钉2‑4外端的限位凸起卡住阶梯固定孔2‑5的大径段；所述T型钉2‑4上套置有复位弹簧2‑6。复位弹簧2‑6的两端分别抵住第一转接板2‑2和第二转接板2‑3；所述第二转接板
2‑3的转动连接有三个公转盘2‑7。第一转接板2‑2外侧面的两侧边缘均设有导槽2‑8；第二转接板2‑3卡在两个导槽2‑8之间。第二转接板2‑3的两侧均开设有与导槽2‑8对应的凹槽。
三个第六电机均固定在第二转接板2‑3的内侧，且输出轴分别驱动三个公转盘2‑7旋转；
[0033] 如图7所示，所述凸轮锁紧机构5用于对第二转接板2‑3进行锁止，当第二转接板2‑3被锁止时，第二转接板2‑3处于外极限位置，且无法通过按压沿T型钉2‑4向内滑动。凸轮锁紧机构5包括凸轮支座5‑1、旋钮5‑2、凸轮5‑3、凸轮轴5‑4和扭簧5‑7；凸轮支座5‑1与第一转接板2‑2的侧部固连。凸轮支座5‑1开设有通孔5‑5，凸轮轴5‑4穿过通孔5‑5，凸轮轴5‑4的内端、外端与凸轮5‑3、旋钮5‑2分别固连。所述凸轮轴5‑4的中部开设第一U型槽5‑6。第一U型槽5‑6内端固定有销轴。销轴上套置有扭簧5‑7。扭簧5‑7的一端与第一U型槽5‑6的底部固连，另一端与按压平板5‑9的内侧面固连，使得按压平板5‑9内端位于第一U型槽5‑6内，外端伸出第一U型槽5‑6以外且能够通过按压进入第一U型槽5‑6内。所述凸轮支座5‑1的通孔5‑5上开设第二U型槽5‑8；在凸轮5‑3将第二转接板2‑3推动至外极限位置时，第一U型槽5‑6与第二U型槽5‑8对齐，使得按压平板5‑9的外端卡入第二U型槽5‑8，从实现凸轮轴5‑4的锁止。
需要解除凸轮轴5‑4的锁止时，只需要按下按压平板5‑9的外端，使得按压平板5‑9与第二U型槽5‑8分离，即可转动旋钮5‑2，进而解除凸轮5‑3对第二转接板2‑3的锁止。
[0034] 当第二转接板2‑3处于锁止状态时，工具模块3与第二转接板2‑3卡合，无法拆下工具模块3。当第二转接板2‑3解除锁止状态时，能够向内按压第二转接板2‑3来实现工具模块3的快速拆装。
[0035] 所述工具模块3包括工具底座3‑1、母转盘3‑2、绞盘3‑3、第一张紧轮3‑4、第二张紧轮3‑10、锥齿轮机构3‑5、导翼3‑6、刀具轴3‑7和刀具夹钳3‑8；工具底座3‑1的两侧均设置有导翼3‑6。两个导翼3‑6的形状和相对位置与第一转接板2‑2上的两个导槽2‑8对应。所述工具底座3‑1通过导翼3‑6与第一转接板2‑2上的导槽2‑8卡接；
[0036] 工具底座3‑1上转动连接有三个母转盘3‑2。三个母转盘3‑2与第二转接板2‑3上的三个公转盘2‑7分别卡接在一起，且能够传递转动。锥齿轮机构3‑5包括第一锥齿轮和第二锥齿轮。
[0037] 其中两个母转盘3‑2并排设置，并与两个绞盘3‑3分别固定。第三个母转盘3‑2位于两个绞盘3‑3连线的一侧，与第一锥齿轮固定。第二锥齿轮转动连接在工并与具底座3‑1上，并与第一锥齿轮啮合。第二锥齿轮与刀具轴3‑7的内端同轴固定。第二锥齿轮和刀具轴3‑7上均设有中心通孔。
[0038] 刀具夹钳3‑8包括两块夹片。两块夹片均转动连接在刀具轴3‑7的外端。两个绞盘3‑3与两块夹片通过两组第一张紧轮3‑4、第二张紧轮3‑10和拉线3‑9分别连接。拉线3‑9的两端与夹片的两侧面分别连接。拉线3‑9中部绕过绞盘3‑3。绞盘3‑3与夹片之间的拉线3‑9分为两段。其中一段绕过第一张紧轮3‑4连接到绞盘3‑3的一侧。另一段绕过第一张紧轮3‑4和第二张紧轮3‑10连接到绞盘3‑3的另一侧。母转盘3‑2通过带动绞盘3‑3，绞盘3‑3通过拉线3‑9带动刀具夹钳3‑8做夹取和夹钳俯仰动作，第一张紧轮3‑4和第二张紧轮3‑10用于对拉线3‑9进行张紧。工作时，工具底座3‑1通过导翼3‑6与第一转接板2‑2上的导槽2‑8卡接并受到第二转接板2‑3压紧，工具底座3‑1上的母转盘3‑2与第二转接板2‑3上的公转盘2‑7卡接；通过向内侧按压第二转接板2‑3，能够使得工具底座3‑1在导槽2‑8内有更多的运动空间，从而实现工具底座3‑1的拆装。
[0039] 所述导槽2‑8的内端设置有第一楔形弯折部。所述导翼3‑6的下端具有与导槽2‑8内端形状相同的第二楔形弯折部3‑11；所述第二转接板2‑3的底端设置有与工具底座3‑1的底端形状对应的弧形折边2‑9；弧形折边2‑9用于对工具底座3‑1进行定位。所述的第一转接板2‑2的下端设有矩形滑轨2‑11，矩形滑轨2‑11的上端设有第二折边2‑10；所述第二转接板2‑3的下端设有矩形凹槽2‑12，所述矩形凹槽2‑12在矩形滑轨2‑11上滑动，第二折边2‑10能够对第二转接板2‑3沿T型钉2‑4轴线的运动进行限位。工作时，当需要装配工具模块3时，按压第二转接板2‑3，第二转接板2‑3的矩形凹槽2‑12沿矩形滑轨2‑11向下运动，工具模块3完全插入第二转接板2‑3，并固定在第二转接板2‑3上时，按压第二转接板2‑3的手释放第二转接板2‑3，第二折边2‑10对第二转接板2‑3进行限位，由于第二转接板2‑3仅能沿矩形滑轨2‑
11上下滑动，从而能确保公转盘2‑7有更高的位置精度对准母转盘3‑2，并与母转盘3‑2卡接，节省了工具支架模块2与工具模块3装配的时间，使工具模块3安装更加迅速，减少了手术更换工具模块3的时间。
[0040] 以第二臂杆1‑3两端铰接轴的连线为AB边，第三臂杆1‑4外端铰接轴与刀具夹钳3‑8的连线为CD边。所述机械臂模块1的AB边与CD边等长，BC边与CD边等长；AB、BC、CD、DA四条边构成平行四边形，AB边的摆角∠e与CD边的摆角∠e’时刻同步且相等。工作时，由于机械臂模块1的AB、BC、CD、DA四条边构成平行四边形，AB边的摆角∠e与CD边的摆角∠e’时刻同步且相等，所以通过第二电机1‑6、第三电机1‑7和第四电机1‑8调整AB边的摆角∠e即可调整CD边的摆角∠e’，又由于第一电机1‑5能够改变工具模块3的前后摆角，从而能够使工具模块3与患者的腹腔微创切口保持垂直，从而用尽可能小的切口完成手术。
[0041] 所述的第一臂杆1‑2和第三臂杆1‑4的形状均为“V”字驼峰形。工作时，第一臂杆1‑2和第三臂杆1‑4的“V”字驼峰形设计有助于避免相互连接的碰撞。
[0042] 工作时，控制器控制第一电机1‑5转动调整第一臂1‑2的前后俯仰角，从而调整了工具模块3的前后俯仰角；控制器控制第二电机1‑6、第三电机1‑7和第四电机1‑8转动调整工具模块3的左右俯仰角，从而使工具模块3能保持与患者腹腔手术切口保持垂直，从而用尽可能小的切口完成手术。从而减轻患者皮肤组织的术后疼痛。第一转接板2‑2与第二转接板2‑3通过凸轮锁紧机构5锁紧，便于工具模块3的快速拆装。工具底座3‑1通过导翼3‑6与第一转接板2‑2上的导槽2‑8卡接，工具底座3‑1上的母转盘3‑2与第二转接板2‑3上的公转盘2‑7卡接；便于工具模块3的快速拆装。由于机械臂模块1的AB、BC、CD、DA四条边构成平行四边形，AB边的摆角∠e与CD边的摆角∠e’时刻同步且相等，所以通过第二电机1‑6、第三电机
1‑7和第四电机1‑8调整AB边的摆角∠e即可调整CD边的摆角∠e’，又由于第一电机1‑5能够改变工具模块3的前后摆角，从而能够使工具模块3与患者的腹腔微创切口保持垂直，从而用尽可能小的切口完成手术。第一臂1‑2和第三臂1‑4的“V”字驼峰形设计有助于避免相互连接的碰撞。由于导槽2‑8的底端具有楔形弯折3‑11，所述导翼3‑6的下端具有与导槽2‑8底端形状相同的楔形弯折3‑11，第二转接板2‑3的下端具有与工具底座3‑1下端相同的弧形折边2‑9，在装配工具模块3时，更容易对工具模块3进行定位和锁紧。
[0043] 该可替换手术刀的微创手术机械手的驱动过程如下：
[0044] 当可替换手术刀的微创手术机械手需要装配工具模块3做手术时，旋转凸轮旋钮5‑2，顺时针旋转90°，用手按压平板5‑9，将工具模块3的工具底座3‑1通过导翼3‑6插入第一转接板卡2‑2上的导槽2‑8内，并使工具底座与第二转接板卡2‑3卡接，由于导槽2‑8的底端具有楔形弯折3‑11，导翼3‑6的下端具有与导槽2‑8底端形状相同的楔形弯折3‑11，第二转接板卡2‑3的下端具有与工具底座3‑1下端相同的弧形折边2‑9，对工具模块3进行定位；此时，松开按压平板5‑9的手，由于复位弹簧2‑6抵压住第二转接板卡2‑3，将工具底座3‑1上的母转盘3‑2与第二转接板卡2‑3上的公转盘2‑7卡接，逆时针旋转凸轮旋钮5‑2旋转90°，使凸轮锁紧机构5将工具模块3锁紧，控制器控制第六电机主轴转动，带动公转盘2‑7转动，由于公转盘2‑7与母转盘3‑2卡接，故公转盘2‑7带动母转盘3‑2转动，母转盘3‑2转动带动绞盘3‑
3转动，绞盘3‑3拉动拉线控制刀具夹钳3‑8夹取和刀具夹钳3‑8偏转，母转盘3‑2带动锥齿轮机构3‑5旋转，锥齿轮机构3‑5带动刀具轴3‑7旋转，刀具轴3‑7带动刀具夹钳3‑8绕刀具轴3‑
7的轴线旋转。
[0045] 当可替换手术刀的微创手术机械手需要拆卸工具模块3，更换工具模块3时，旋转凸轮旋钮5‑2，顺时针旋转90°，用手按压平板5‑9，将工具模块3的工具底座3‑1通过导翼3‑6抽出第一转接板卡2‑2上的导槽2‑8，使工具底座与第二转接板卡2‑3分离，取下工具模块3。
[0046] 当需要保证工具模块3与患者腹腔手术切口处的皮肤切面保持垂直时，控制器控制第一电机1‑5旋转，第一电机1‑5带动工具支架模块2旋转，使工具支架模块2与患者腹腔手术切口处的皮肤切面保持垂直；控制器控制第二电机1‑6、第三电机1‑7和第四电机1‑8旋转，保持机械臂模块1的AB、BC、CD、DA四条边构成平行四边形，AB边的摆角∠e与CD边的摆角∠e’时刻同步且相等，通过第二电机1‑6、第三电机1‑7和第四电机1‑8调整AB边的摆角∠e即可调整CD边的摆角∠e’，从而能够使工具模块3与患者的腹腔微创切口保持垂直，从而用尽可能小的切口完成手术。
