CN104622573B - 一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 - Google Patents

一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 Download PDF

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    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery

Abstract

本发明公开了一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构，该机构由十一根连杆、一个转台、一个末端器以及四个驱动电机组成。当转台固定在机架上时，机构中的末端器可以绕一个无转动副连接的点O作三自由度转动，也可以沿着末端器的轴线方向移动。本发明结构紧凑，驱动方便，在不采用直线模组的情况下实现了末端器的移动，结构刚性好，可以应用于微创手术辅助机器人领域。

Description

一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构
技术领域
本发明涉及一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构，具体地说，是指一种新型的，可以绕一个虚拟中心进行三维转动并沿过虚拟中心的轴线移动的远程运动中心机构。
背景技术
如果机构的输出构件可以绕空间中某固定点做转动，并且在此固定点处并没有实际的转动副存在，则该机构称为远程运动中心机构。远程运动中心机构在微创手术领域获得了广泛的应用，该机构的特殊运动模式使得安装在机构末端的手术器械能够绕刺入孔进行转动以及沿器械轴线方向移动，同时避免对刺入孔周围的组织造成挤压。
远程运动中心机构最多有四个自由度，包括以一点为中心的三自由度转动和沿末端器轴线方向的一自由度移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种四自由度的远程运动中心机构，该机构可以使末端工具绕空间中一点O进行三维转动和沿工具轴线方向的一维移动，其中，两维转动之间相互解耦，而另一维转动与移动之间相互耦合。
该机构包括十一根连杆、一个转台、一个末端器和四个驱动电机。部分连杆通过转动副连接构成了三个平行四边形机构，即A连杆(1)、B连杆(2)、C连杆(3)、D连杆(4)构成一个平行四边形；D连杆(4)、E连杆(5)、F连杆(6)、G连杆(7)构成一个平行四边形；G连杆(7)、H连杆(8)、I连杆(9)、J连杆(10)也构成一个平行四边形。
连接相邻连杆的转动副采用了销钉和自润滑轴套的连接方式。所有连杆的转动副位置都有通孔，且孔径相同，通孔内部装有自润滑轴套，销钉从轴套中间穿过。
J连杆(10)和K连杆(11)可以沿着连杆轴线相对滑动，从而构成滑动副。K连杆(11)的中间开有深孔，深孔内部装有铜套，J连杆(10)可以在铜套的润滑下沿着连杆轴线滑动。
本发明的优点：本远程运动中心机构可以使末端工具绕空间中一点O进行三维转动和沿工具轴线方向作一维移动，机构简单，驱动方便，运动幅度大，避免了用直线模组来产生移动，整体结构刚性好。该机构可以用于微创手术辅助机器人。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的正视图。
图3是本发明中非电机驱动的转动副的结构图。
图4是本发明中电机驱动的转动副的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明包括十一根连杆、转台(13)、末端器(12)、四个驱动电机；十一根连杆是指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)、I连杆(9)、J连杆(10)和K连杆(11)，且A连杆(1)、B连杆(2)、C连杆(3)、D连杆(4)构成一个平行四边形；D连杆(4)、E连杆(5)、F连杆(6)、G连杆(7)构成一个平行四边形；G连杆(7)、H连杆(8)、I连杆(9)、J连杆(10)也构成一个平行四边形。J连杆(10)和K连杆(11)可以沿着连杆轴线相对滑动，从而构成滑动副。
本机构的虚拟转动中心点O为转台(13)轴线与末端器(12)轴线的交点，如图1所示。
如图2所示，本发明中的四个驱动电机分别安装在转台、转动副M、转动副N和末端器。在四个电机的驱动下，机构可以实现绕点O作三维转动和一维移动。
非电机驱动的转动副的连接方式如图3所示，两根连杆在转动副位置都有通孔，且孔径相同，通孔内部装有自润滑轴套(21)，而销钉(19)从轴套(21)中间穿过，并由螺母(22)将其锁紧。两个连杆之间用铜垫片(20)隔开。
电机驱动的转动副的连接方式如图4所示，固定于某一连杆上的电机与销轴(26)通过联轴器(23)相连，而销轴(26)通过螺钉与另一连杆固连。因此，在电机的驱动下，两根连杆可以相对转动。

Claims (1)

1.一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构，适用于微创外科手术，其特征在于：该机构由十一根连杆、转台、末端器、四个驱动电机组成；十一根连杆是指A连杆、B连杆、C连杆、D连杆、E连杆、F连杆、G连杆、H连杆、I连杆、J连杆和K连杆，且A连杆、B连杆、C连杆、D连杆构成一个平行四边形；D连杆、E连杆、F连杆、G连杆构成一个平行四边形；G连杆、H连杆、I连杆、J连杆也构成一个平行四边形；
不同连杆之间的转动副采用了销钉和自润滑轴套的连接方式：所有连杆的转动副位置都有通孔，且孔径相同，通孔内部装有自润滑轴套和销钉；
J连杆和K连杆可以沿着连杆轴线相对滑动；
K连杆的中间开有深孔，深孔内部装有铜套，J连杆可以在铜套的润滑下沿着连杆轴线滑动；
四个驱动电机分别安装在转台、转动副M、转动副N和末端器；
电机驱动的转动副的连接方式：固定于某一连杆上的电机与销轴通过联轴器相连，而销轴通过螺钉与另一连杆固连，在电机的驱动下，两根连杆可以相对转动；
机构可以实现四自由度运动：当转台固定在机架上时，机构可以实现绕虚拟转动中心点O的三维转动和沿着过O点的末端轴线的一维移动；其中，虚拟转动中心点O为转台轴线与末端器轴线的交点；其中，两维转动之间相互解耦，而另一维转动与移动之间相互耦合；避免了用直线模组来产生移动。
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