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内容来源于冯美教授博士论文《腹腔微创手术机器人系统关键技术研究》。仅自学习用，非商业用途，侵权联删。
1.什么是远心机构
2.远心机构的实现方式
3.达芬奇的方案
1.什么是远心机构
微创手术是靠手术器械和腹腔镜探入体表切口进行手术任务的，由于体表切口的限制，为保证手术的安全性，要求手术器械和腹腔镜绕体表切口做“定点”运动。手术器和腹腔镜在体表切口处的运动自由度如图所示，为防止手术器械和腹腔镜对体表切口造成划伤，要求手术器械和腹腔镜在体表切口只允许做以下四个自由度运动:沿体表切口的探入运动自由度，绕体表切口的两个转动自由度，绕自身轴线旋转的转动自由度，而手术器械和腹腔镜在体表切口处沿切口切线方向的直线运动自由度是必须被限制的。手术器械和腹腔镜在体表切口处的这种类似“定点”运动称为远心运动，手术切口称之为远心点，将实现远心运动的机构称之为远心机构。
2.远心机构的实现方式（徐凯：达芬奇已注册了几乎所有的专利）
(1)球形机构。球形机构的球心处即为远心点。球形机构是串并联混合机构，其缺点是刚度和稳定性较低，且运动学分析比较复杂。
(2)圆弧轨道机构。圆弧轨道机构的几何圆心即是远心点。该机构的缺点是加工精度要求较高且动力源驱动的设置不容易解决。
(3)轴驱动机构。要求机构的转动轴线通过体表切口，这样当机构转动时，其末端夹持的手术器械便可绕体表切口做远心运动。这种机构的优点是结构简单，具有较高的刚度和稳定性，且动力源可以设置在机构后端，缺点是该机构只能实现一维远心运动。
(4)复合平行四杆机构。复合平行四杆机构也称为双平行四杆机构，该机构的特点是要求杆1和杆4转动轴线的连线通过体表切口。这种机构的优点是具有较高的精度和刚度，且机构末端有足够的空间，可以避免与患者发生碰撞，缺点是加工精度要求较高，否则很难保证手术器械的远心运动。
综合考虑上述几种远心机构的优缺点，本文设计了一种新型的远心机构，结构原理如图2-6所示。新型远心机构由轴驱动回转关节和单平行四杆关节组成。
回转关节采用轴驱动机构的工作原理，x-x为其转动轴线;单平行四杆关节由杆件1、杆件2、杆件3和杆件4组成，杆件1为主动件，y-y为杆件1的转动轴线，杆件4可代表手术器械(腹腔镜)。只要保证杆件1与杆件2的相对运动关系为同速反向，同时要求回转关节的运动轴线x-x与杆件2和杆件3平行，即可保证杆件4绕手术切口做远心运动。新型远心机构可实现手术器械(腹腔镜)绕体表切口的二维远心运动，即在手术切口处绕x-x轴线偏摆运动和绕y-y轴线的俯仰运动。
较早研究机器人系统手术器械的是麻省理工学院的AkhilJiten Madhani在其博士论文中提出的一种手术器械。该手术器械采用钢丝传动的方式来实现器械的运动自由度，为了提高运动的灵活性，在手术器末端增加了一个腕部装置，腕部装置安装在器械长操作杆末端，手术器械末端组件(如小爪，刀片等)安装在腕部装置的另一端，这种构型方式使得腕部可以相对操作杆进行位姿变化，且末端组件相对于腕部和操作杆也有位姿变化，这样便很好地提高了手术器械手术操作的灵活性，
如图为手术器械结构图。该手术器械的动力源放置于相对末端组件的另一端，并采用N+1个驱动源实现N个自由度运动，图1-22为手术器械末端组件俯仰运动和开合运动的传动原理图。这个构型的手术器械具有灵活度高、结构紧凑、结构体积小等优点，被广泛的应用于随后发展的手术器械中，如da Vinci手术器械,“妙手”系统的手术器械，但这种构型存在的缺点是由于采用了钢丝传动，钢丝长时间使用产生的塑性变形会影响运动精度。
da Vinci系统研制了系列化手术器械用于不同的手术操作，如剪刀、手术钳、超声刀等，图1-23为手术钳手术器械，图1-24为手术器安装在机械臂上。daVinci系统的手术器械技术已非常成熟，每个手术器械都由装载盒、操作杆和末段执行器三部分组成，系列化手术器械的区别主要在于末端执行器上，末端执行器的设计是按照手术任务设计的，其外形与传统手术器械有些相似。手术器械采用钢丝传动，为张紧钢丝，在装载盒内装有张紧力可调整的张紧装置。由于钢丝长期使用会出现塑性变形和磨损，这便会影响手术器械的运动精度，因此在装载盒中还装有手术器械使用次数的计数芯片，当手术器使用满十次后，便不能被使用。
达芬奇3代手术器械的详细结构见下列这个视频：
下一篇文章将详细介绍达芬奇机器人的手术器械的丝传动工作原理和驱动设计
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腹腔微创手术机器人系统关键技术研究_冯美
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达芬奇手术机器人机械臂的拆卸—中文字幕_哔哩哔哩_bilibili
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