CN107951562A - 二行星架十齿星轮系式rcm机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗机械领域，涉及微创手术机械。目的是采用杆件齿轮组合来实现一种RCM机构，该结构具有手术位置点定位准确、机构简单、设计及装配容易的特点。技术方案是：二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括轴线相互平行的固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、第二中间轮以及第二行星轮，还包括转动杆电机、转动杆、主动行星架电机、从动行星架、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧以及手术刀电机；所述转动杆电机的底座固定在机架上；转动杆的一端与转动杆电机的输出轴固定，且转动杆杆长方向与转动杆电机的输出轴轴线平行。

Description

二行星架十齿星轮系式RCM机构

技术领域

本发明属于医疗机械领域，涉及微创手术机械，具体说是一种可以使其末端执行器绕空间内某个固定的虚拟中心点做旋转运动的行星轮系式RCM机构。

背景技术

随着科学技术的发展，微创手术在逐渐成熟并且受到极大欢迎，相比传统手术微创手术有创口小、疼痛轻、恢复快、住院时间短、出血少等特点，降低了传统手术对人体的危害，无论是生理上还是心理上病人们都更加倾向于微创手术。

由于病人身上切口的限制，微创手术操作空间有限，光靠医生的双手很难直接完成手术，现在一般都是借助于微创手术机械来完成，在微创手术机械中RCM机构被广泛使用。RCM机构的自由度，虚拟中心点的位置，工作空间大小等特性直接影响微创手术机械的工作性能，可见RCM机构的重要性。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，采用杆件齿轮组合来实现一种RCM机构，该结构具有手术位置点定位准确、机构简单、设计及装配容易的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括轴线相互平行的固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、第二中间轮以及第二行星轮，还包括转动杆电机、转动杆、主动行星架电机、从动行星架、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧以及手术刀电机；所述转动杆电机的底座固定在机架上；转动杆的一端与转动杆电机的输出轴固定，且转动杆杆长方向与转动杆电机的输出轴轴线平行；主动行星架电机的底座固定在转动杆的另一端；主动行星架的一端与主动行星架电机的输出轴固定；主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴均水平设置，且主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴垂直；所述固定轮与转动杆固定，并与主动行星架电机的底座设置在转动杆的同一端；所述的第一中间轮、第五齿轮以及第十三齿轮同轴铰接在主动行星架中部，其中第五齿轮以及第十三齿轮端面连接，第一中间轮的两侧还分别与固定轮和第一行星轮啮合；太阳轮设置在从动行星架与主动行星架铰接的一端且与主动行星架固定，第一行星轮、第七齿轮以及第八齿轮则同轴穿套在太阳轮轴上并且第一行星轮与第七齿轮端面连接，第八齿轮还与从动行星架固定；所述的第二行星轮铰接在从动行星架的另一端，第二中间轮铰接在从动行星架中部，两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合；转动套筒的侧部与第二行星轮固定，移动套筒穿插在转动套筒内且与转动套筒组成滑动副；所述手术刀可转动地穿嵌在移动套筒中，并由手术刀电机驱动；手术刀的中心轴线与转动杆电机的输出轴中心轴线相交；手术刀电机的底座固定在移动套筒上；手术刀电机的输出轴与转动杆电机输出轴及主动行星架电机的输出轴均垂直；固定轮与第一行星轮的中心距等于第二行星轮与手术刀刀尖的距离，太阳轮与第二行星轮的中心距等于固定轮与手术刀刀尖的距离；绳索电机的底座固定在转动套筒上；绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在移动套筒上；移动套筒上还穿套有用于其复位的弹簧。

所述的第一中间轮与固定轮及第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮及第二行星轮的传动比均为1。

所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒顶端的凸缘和转动套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面限位，所述的弹簧为拉伸弹簧。

本发明通过在开链杆件上添加齿轮模拟平面四杆机构的运动来获得虚拟中心点，准确实现了手术刀绕虚拟中心点进行三个方向上的转动，并实现手术刀在过虚拟中心点的轴线上进行移动，从而在微创手术中准确定位手术位置点，且机构简单，设计原理简单，设计及装配中容易实现，齿轮啮合保证运动准确性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图之一。

图2是本发明的立体结构示意图之二。

图3是本发明的机构原理示意图。

图中：1、机架，2、转动杆，3、固定轮，4、第一中间轮，5、第五齿轮，6、第一行星轮，7、第七齿轮，8、第八齿轮，9、第二中间轮，10、第二行星轮，11、转动杆电机，12、主动行星架电机，13、第十三齿轮，14、太阳轮，15、手术刀，16、转动套筒，17、绳索电机，18、弹簧，19、移动套筒，20、手术刀电机，21、主动行星架，22、从动行星架，O、虚拟中心点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示的行星轮系式RCM机构，包括轴线相互平行的固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、第二中间轮以及第二行星轮，还包括转动杆电机、转动杆、主动行星架电机、从动行星架、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧以及手术刀电机。转动杆电机11的底座固定在机架1上；转动杆2的一端与转动杆电机11的输出轴固定，且转动杆2杆长方向与转动杆电机的输出轴轴线平行，转动杆电机驱动转动杆2绕自身中心轴线转动(相对机架转动)；主动行星架电机12的底座固定在转动杆2的另一端；主动行星架21的一端与主动行星架电机12的输出轴固定，主动行星架电机12驱动主动行星架相对转动杆转动；主动行星架电机12的输出轴与转动杆电机11的输出轴均水平设置，且主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴垂直；固定轮3与主动行星架电机12设置在转动杆的同一端，并与转动杆固定(优选通过牙嵌固定)；第一中间轮4铰接在主动行星架21中部，第五齿轮嵌套在第一中间轮的铰接轴上，第十三齿轮也嵌套在第一中间轮的铰接轴上并与第五齿轮端面固定；太阳轮14设置在从动行星架22与主动行星架21铰接的一端，第八齿轮8、第一行星轮及第七齿轮同轴穿套在太阳轮轮轴上，并且第一行星轮6与第七齿轮7端面固定，第七齿轮还与第五齿轮啮合；第八齿轮与从动行星架22固定(优选通过牙嵌固定)并与第十三齿轮13啮合，太阳轮14的轮轴与主动行星架21通过渐开线花键固定；第二行星轮10铰接在从动行星架的另一端；第一中间轮4的两侧分别与固定轮5及第一行星轮6啮合；第二中间轮9铰接在从动行星架21中部，两侧分别与太阳轮及第二行星轮啮合。转动套筒16的侧部与第二行星轮10固定(优选通过牙嵌固定)，移动套筒19嵌套在转动套筒16中，并与转动套筒构成滑动副；手术刀15可转动地穿嵌在移动套筒中，并由手术刀电机20驱动(可通过齿轮副之类的传动机构驱动)；手术刀的中心轴线与转动杆电机11的输出轴中心轴线相交；手术刀电机20的底座固定在移动套筒上，手术刀电机驱动手术刀15相对于移动套筒19转动；手术刀电机20的输出轴与转动杆电机11及主动行星架电机12的输出轴均垂直，即竖直设置；绳索电机17的底座固定在转动套筒16上；绳索的一端固定在绳索电机17(现有产品)的输出轴上，另一端固定在移动套筒19上；绳索电机17为旋转电机，通过收放绳索(通常是钢丝绳)来驱使移动套筒1转动；弹簧18穿套在移动套筒19上，并且两端分别由移动套筒19顶端的凸缘和转动套筒16的顶面限位。固定轮3与第一行星轮6的中心距等于第二行星轮10与手术刀15刀尖的距离，太阳轮14与第二行星轮10的中心距等于固定轮中心与手术刀15刀尖的距离。

第一中间轮与固定轮及第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮及第二行星轮的传动比均为1，各个电机的转动相互独立不耦合。

该二行星架十齿行星轮系式RCM机构的工作原理是：

该机构的动力由四个电机输入。转动杆电机11可以使转动杆2绕x轴转动实现一个方向的转动；主动行星架电机12驱动主动行星架21相对转动杆2转动，而固定轮3与转动杆2固定，固定轮3与第一中间轮4啮合、第一中间轮4再与第一行星轮6啮合，使得第一行星轮6相对转动杆2作平面运动；第八齿轮8与从动行星架22固定，第一行星轮6依次通过第七齿轮7、第五齿轮5、第八齿轮8，使得从动行星架22相对转动杆2做平面运动；太阳轮14与主动行星架21通过渐开线花键固定，而第二行星轮10与转动套筒16固定，太阳轮14与第二中间轮9啮合、第二中间轮9与第二行星轮10啮合，使得转动套筒16绕y轴实现一个方向的转动；手术刀电机20驱动手术刀15绕z轴实现一个方向的转动；绳索电机17通过收放固定在移动套筒上的绳索，控制嵌套在转动套筒中的手术刀，实现z轴方向上的移动。这样，绳索电机17不转动的情况下，不管转动杆电机11、主动行星架电机12和手术刀电机20如何配合动作(不管转速差为多少)，由于固定轮3的转动中心、第一行星轮6的转动中心(太阳轮14的转动中心与第一行星轮6的转动中心重合)、第二行星轮10的转动中心和手术刀15的刀尖这四点依次连线形成平行四边形机构，因此手术刀可以绕虚拟中心点O(手术刀刀尖)进行三个方向上的转动。当绳索电机17转动时，手术刀还可以沿自身轴向(虚拟中心点O在轴线上)移动，从而实现一个方向的移动。因此，本发明准确实现了手术刀绕虚拟中心点O进行三个方向上的转动，并实现手术刀在过虚拟中心点O的轴线上进行移动，从而在微创手术中准确定位手术位置点，且机构简单，设计原理简单，设计及装配中容易实现，齿轮啮合保证运动准确性。

Claims (4)

1.二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括轴线相互平行的固定轮(3)、第一中间轮(4)、主动行星架(21)、第一行星轮(6)、太阳轮(14)、第二中间轮(9)以及第二行星轮(10)，还包括转动杆电机(11)、转动杆(2)、主动行星架电机(12)、从动行星架(22)、手术刀(15)、移动套筒(19)、绳索、转动套筒(16)、绳索电机(17)、弹簧(18)以及手术刀电机(20)；所述转动杆电机的底座固定在机架上，转动杆的一端与转动杆电机的输出轴固定，且转动杆杆长方向与转动杆电机的输出轴轴线平行，主动行星架电机的底座固定在转动杆的另一端；主动行星架的一端与主动行星架电机的输出轴固定；主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴均水平设置，且主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴垂直；所述固定轮与转动杆固定，并与主动行星架电机的底座设置在转动杆的同一端；所述第一中间轮、第五齿轮以及第十三齿轮同轴铰接在主动行星架中部，其中第五齿轮以及第十三齿轮端面连接，第一中间轮的两侧还分别与固定轮和第一行星轮啮合；太阳轮设置在从动行星架与主动行星架铰接的一端且与主动行星架固定，第一行星轮、第七齿轮以及第八齿轮则同轴穿套在太阳轮轮轴上并且第一行星轮与第七齿轮端面连接，第八齿轮还与从动行星架固定；第二行星轮铰接在从动行星架的另一端，第二中间轮铰接在从动行星架中部，两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合；转动套筒的侧部与第二行星轮固定，移动套筒穿插在转动套筒内且与转动套筒组成滑动副；所述手术刀可转动地穿嵌在移动套筒中，并由手术刀电机驱动；手术刀的中心轴线与转动杆电机的输出轴中心轴线相交；手术刀电机的底座固定在移动套筒上；手术刀电机的输出轴与转动杆电机输出轴及主动行星架电机输出轴均垂直；固定轮与第一行星轮的中心距等于第二行星轮与手术刀刀尖的距离，太阳轮与第二行星轮的中心距等于固定轮与手术刀刀尖的距离；绳索电机的底座固定在转动套筒上；绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在移动套筒上；移动套筒上还穿套有用于其复位的弹簧。

2.根据权利要求1所述的二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的第一中间轮与固定轮及第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮及第二行星轮的传动比均为1。

3.根据权利要求2所述的二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒顶端的凸缘和转动套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

4.根据权利要求2所述的二行星架十齿星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面限位，所述的弹簧为拉伸弹簧。