CN101380241B - 一种基于仿图仪的远程运动中心机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于仿图仪的远程中心运动机构，该远程中心运动机构包括有八根连杆、两个支壁、一横杆、一支撑；A连杆、B连杆、D连杆、E连杆构成一个平行四边形；八根连杆之间的连接应用了销钉与滚珠轴承的活动连接关系；B连杆、F连杆、G连杆、H连杆上分别开有通孔；A连杆、B连杆的中间分别开有通孔，两端分别开有轴承孔，且该轴承孔内安装有滚珠轴承；A连杆、C连杆、D连杆、E连杆的两端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；A支壁、B支壁上端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；支撑的上端开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承。本发明机构可以使工具绕空间一虚拟转动中心O进行二维转动，并且两个转动之间互相解耦。
Description
技术领域
本发明涉及一种远程运动中心机构，更特别地说，是指一种基于仿图仪的远程运动中心机构。
背景技术
一种可以绕空间上的一固定点进行转动，此固定点处不存在实际的转动副，而且该虚拟的固定点在机构远端，这种机构称为虚拟远程运动中心(Remote Center ofMotion，RCM)机构。近年来，对少自由度机构的研究已成为机构学领域研究热点之一。这是因为一旦明确了应用背景需求之后，专用机构的方案一般比通用结构更简单、易于控制和低廉。
在微创外科手术得到迅速发展的今天，为了提高手术的精度和安全性，机器人技术被引入并辅助进行临床手术。远程运动中心机构是一种广泛应用于微创手术机器人腕部结构的新型机构，该机构为手术工具提供一个相对固定的插入点以使手术工具可以绕着手术切口进行安全的转动或移动。
仿图仪是一种等比例放大图形的绘图连杆机构，主要利用平行四杆的相似变换原理。本发明利用了仿图仪机构这一特性使其在输入端作圆周运动，则其输出端也作圆周运动，从而实现一个RCM机构。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于仿图仪的远程运动中心机构，该机构可以使工具绕空间一虚拟转动中心O进行二维转动，并且两个转动之间互相解耦。
本发明的一种基于仿图仪的远程中心运动机构，该远程中心运动机构包括有八根连杆、两个支臂、一横杆、一支撑；A连杆、B连杆、D连杆、E连杆构成一个平行四边形；八根连杆之间的连接应用了销钉与滚珠轴承的活动连接关系；B连杆、F连杆、G连杆、H连杆上分别开有通孔；A连杆、B连杆的中间分别开有通孔，两端分别开有轴承孔，且该轴承孔内安装有滚珠轴承；A连杆、C连杆、D连杆、E连杆的两端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；A支臂、B支臂上端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；支撑的上端开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承。
所述的基于仿图仪的远程中心运动机构，应用了不同孔(通孔或者轴承孔)的设计来区分了八根连杆之间的相对转动关系，即通过在B连杆2、F连杆6、G连杆7、H连杆8上分别开有通孔；在A连杆1、B连杆2的中间分别开有通孔，两端分别开有轴承孔；A连杆1、C连杆3、D连杆4、E连杆5的两端分别开有轴承孔，；A支臂14、B支臂15上端分别开有轴承孔；支撑12的上端开有轴承孔；所有轴承孔中均安装滚珠轴承，所有通孔使用销钉穿过。
本发明远程运动中心机构的优点：对仿图仪机构进行扩展成为一种新型二自由度RCM机构，其主要特征为可绕空间虚拟转动点进行转动，而这一虚拟转动点处无需固定的转动副进行约束。基于仿图仪的远程运动中心机构可解决RCM机构中驱动的安装问题。结构简单，容易实现。可用于手持式手术辅助机器人等场合，以增加手术的安全性。
附图说明
图1是本发明远程中心运动机构的结构图。
图2是本发明远程中心运动机构的正视图。
图中：1.A连杆 2.B连杆 3.C连杆 4.D连杆5.E连杆 6.F连杆 7.G连杆 8.H连杆 9.工具11.底座 12.支撑 13.横杆 14.A支臂 15.B支臂21.A套筒 22.B套筒
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明是一种基于仿图仪的远程中心运动机构，包括有八根连杆、两个支臂、一个横杆、一个支撑(竖杆)；八根连杆是指A连杆1、B连杆2、C连杆3、D连杆4、E连杆5、F连杆6、G连杆7、H连杆8，且A连杆1、B连杆2、D连杆4、E连杆5构成一个平行四边形；八根连杆之间应用了销钉与滚珠轴承的活动连接关系，即两个连杆之间的连接可以相对转动，但F连杆6的B端与G连杆7的A端除外。F连杆6的B端与G连杆7的A端之间是不能相对转动的，但放置于F连杆6的B端与G连杆7的A端之间的D连杆4的B端是能够绕滚珠轴承转动的。
在本发明中，B连杆2、F连杆6、G连杆7、H连杆8上分别开有通孔；A连杆1、B连杆2的中间分别开有通孔，两端分别开有轴承孔，且该轴承孔内安装有滚珠轴承；A连杆1、C连杆3、D连杆4、E连杆5的两端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；A支臂14、B支臂15上端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；支撑12的上端开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承。
在本发明中，八根连杆的连接为：
A连杆1的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在B连杆2的A端上，A连杆1的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在H连杆8的B端上。即A连杆1的A端的轴承孔内安装有A滚珠轴承(图中未示出)，A销钉(图中未示出)的一端穿过A滚珠轴承、B连杆2的A端的通孔后，实现A连杆1的A端与B连杆2的A端的活动连接，A连杆1的A端能够绕A滚珠轴承转动。同理，A连杆1的B端的轴承孔内安装有B滚珠轴承(图中未示出)，B销钉(图中未示出)的一端穿过B滚珠轴承、H连杆8的B端的通孔后，实现A连杆1的B端与H连杆8的B端的活动连接，A连杆1的B端能够绕B滚珠轴承转动。
B连杆2的A端通过A销钉连接在A连杆1的A端上，B连杆2的B端通过一销钉连接在A支臂14上，且B连杆2的B端与A支臂14之间设有A套筒21，该A套筒21用于调节B连杆2的B端与A支臂14之间的距离，解决了B连杆2与A支臂14之间在运动时的干涉。
C连杆3的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在F连杆6的A端上，C连杆3的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在H连杆8的A端上。
D连杆4的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在A连杆1的中部，D连杆4的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在F连杆6上，且D连杆4的B端夹持在E连杆5的B端与F连杆6的B端之间。
E连杆5的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在B连杆2的中部，E连杆5的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在G连杆7的A端上。
F连杆6的A端通过销钉连接在C连杆3的A端，F连杆6的B端通过销钉连接在D连杆4的B端上。
G连杆7的A端通过销钉连接在E连杆5的B端，G连杆7的B端通过销钉连接在B支臂15上，且G连杆7的B端与B支臂15之间设有B套筒22，该B套筒22用于调节G连杆7的B端与B支臂15之间的距离，解决了G连杆7与B支臂15之间在运动时的干涉。
H连杆8的A端通过销钉连接在C连杆3的B端，H连杆8的B端通过B销钉连接在A连杆1的B端，且H连杆8的下端连接有工具9。
支撑12安装在底座11上，支撑12上端设有轴承孔，轴承孔内安装有滚珠轴承；横杆13安装在支撑12的上端，且横杆13的两端分别安装有A支臂14、B支臂15。横杆13与支撑12上端轴承孔内的滚珠轴承的配合，也是一组销钉与滚珠轴承的配合，即横杆13能够绕该滚珠轴承转动。
A支臂14的下端与横杆13的一端连接，A支臂14的上端设有轴承孔，轴承孔内安装有滚珠轴承；A支臂14的上端与B连杆2的B端之间设有A套筒21，一销钉顺次穿过A支臂14的上端轴承孔内的滚珠轴承、A套筒21、B连杆2的B端的通孔后，实现A支臂14的上端与B连杆2的B端之间的活动连接。
B支臂15的下端与横杆13的另一端连接，B支臂15的上端设有轴承孔，轴承孔内安装有滚珠轴承；B支臂15的上端与G连杆7的B端之间设有B套筒22，一销钉顺次穿过B支臂15的上端轴承孔内的滚珠轴承、B套筒22、G连杆7的B端的通孔后，实现B支臂15的上端与G连杆7的B端之间的活动连接。
参见图2所示，本发明基于仿图仪的远程中心运动机构的虚拟转动中心点为O。铰链转动中心点L和铰链转动中心点K的连线LK的延长线与铰链转动中心点H和铰链转动中心点M的连线HM的延长线相交于虚拟转动中心点O。连线HM平行于铰链转动中心点K和铰链转动中心点G的连线KG。横杆13中心线的延长线过虚拟转动中心点O。
Claims (2)
1.一种基于仿图仪的远程中心运动机构，其特征在于：该远程中心运动机构包括有八根连杆、A支臂(14)、B支臂(15)、横杆(13)和支撑(12)；八根连杆是指A连杆(1)、B连杆(2)、C连杆(3)、D连杆(4)、E连杆(5)、F连杆(6)、G连杆(7)和H连杆(8)，且A连杆(1)、B连杆(2)、D连杆(4)和E连杆(5)构成一个平行四边形；八根连杆之间的连接应用了销钉与滚珠轴承的活动连接关系；B连杆(2)、F连杆(6)、G连杆(7)和H连杆(8)上分别开有通孔；A连杆(1)和B连杆(2)的中间分别开有通孔，两端分别开有轴承孔，且该轴承孔内安装有滚珠轴承；C连杆(3)、D连杆(4)和E连杆(5)的两端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；A支臂(14)和B支臂(15)上端分别开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；支撑(12)的上端开有轴承孔，且轴承孔内安装有滚珠轴承；
A连杆(1)的A端通过A销钉与A滚珠轴承的配合活动连接在B连杆(2)的A端上，A连杆(1)的B端通过B销钉与B滚珠轴承的配合活动连接在H连杆(8)的B端上；
B连杆(2)的A端通过A销钉连接在A连杆(1)的A端上，B连杆(2)的B端通过一销钉连接在A支臂(14)上，且B连杆(2)的B端与A支臂(14)之间设有A套筒(21)；
C连杆(3)的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在F连杆(6)的A端上，C连杆(3)的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在H连杆(8)的A端上；
D连杆(4)的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在A连杆(1)的中部，D连杆(4)的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在F连杆(6)上，且D连杆(4)的B端夹持在E连杆(5)的B端与F连杆(6)的B端之间；
E连杆(5)的A端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在B连杆(2)的中部，E连杆(5)的B端通过销钉与滚珠轴承的配合活动连接在G连杆(7)的A端上；
F连杆(6)的A端通过销钉连接在C连杆(3)的A端，F连杆(6)的B端通过销钉连接在D连杆(4)的B端上；
G连杆(7)的A端通过销钉连接在E连杆(5)的B端，G连杆(7)的B端通过销钉连接在B支臂(15)上，且G连杆(7)的B端与B支臂(15)之间设有B套筒(22)；
H连杆(8)的A端通过销钉连接在C连杆(3)的B端，H连杆(8)的B端通过B销钉连接在A连杆(1)的B端，且H连杆(8)的下端连接有工具(9)；
支撑(12)安装在底座(11)上，横杆(13)安装在支撑(12)的上端，且横杆(13)的两端分别安装有A支臂(14)、B支臂(15)；
A支臂(14)的下端与横杆(13)的一端连接，B支臂(15)的下端与横杆(13)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的基于仿图仪的远程中心运动机构，其特征在于远程中心运动机构的虚拟转动中心点为O，铰链转动中心点L和铰链转动中心点K的连线LK的延长线与铰链转动中心点H和铰链转动中心点M的连线HM的延长线相交于虚拟转动中心点O；连线HM平行于铰链转动中心点K和铰链转动中心点G的连线KG；横杆(13)中心线的延长线过虚拟转动中心点O。
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