CN108006173A - 四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式rcm机构 - Google Patents

四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式rcm机构 Download PDF

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Abstract

本发明属于医疗机械领域，涉及微创手术机械。目的是提供一种四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，该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：四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括机架、转动杆、中间传动轮系、输入电机、转动电机、手术刀电机、绳索电机、手术刀滑道、套筒、弹簧、绳索、手术刀；所述的主传动轴由输入电机驱动，所述转动电机安装在机架上，转动杆可转动地定位在机架上且由转动电机驱动。

Description

四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式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，具体涉及一种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
随着科学技术的快速发展，微创手术日趋成熟并且受到极大的欢迎，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，提供一种四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，该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：
四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括机架、转动杆、中间传动轮系、输入电机、转动电机、手术刀电机、绳索电机、手术刀滑道、套筒、弹簧、绳索、手术刀；所述的主传动轴由输入电机驱动，所述转动电机安装在机架上，转动杆可转动地定位在在机架上且由转动电机驱动；
所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的固定齿轮、左行星齿轮、第Ⅰ行星齿轮、右行星齿轮、第Ⅱ太阳轮、第Ⅱ行星齿轮、第Ⅲ太阳轮、第Ⅲ行星齿轮、第Ⅳ太阳轮、第Ⅳ中间齿轮以及第Ⅳ行星齿轮，还包括主传动轴、行星轴、第Ⅰ行星架、第Ⅰ行星轴、第Ⅱ行星架、第Ⅱ行星轴、第Ⅲ行星架、第Ⅲ行星轴、第Ⅳ行星架、第Ⅳ中间轴以及第Ⅳ行星轴；
所述的固定齿轮固定在转动杆上，并穿套在主传动轴上，所述的主传动轴与第Ⅰ行星架固定；所述的行星轴可转动地定位在第Ⅰ行星架上，左行星齿轮固定在行星轴左端且与固定齿轮啮合，右行星齿轮固定在行星轴右端；所述的第Ⅰ行星轴固定在第Ⅰ行星架上，第Ⅰ行星齿轮可转动地定位在第Ⅰ行星轴上且与右行星齿轮啮合；所述的第Ⅱ行星轴固定在第Ⅱ行星架上，第Ⅰ行星齿轮固定在第Ⅱ行星架上；所述的第Ⅱ太阳轮固定在第Ⅰ行星轴上，第Ⅱ行星齿轮可转动地定位在第Ⅱ行星轴上且与第Ⅱ太阳轮啮合；所述的第Ⅲ行星轴固定在第Ⅲ行星架上，第Ⅱ行星齿轮与第Ⅲ行星架固定；所述的第Ⅲ太阳轮固定在第Ⅱ行星轴上，第Ⅲ行星齿轮可转动地定位在第Ⅲ行星轴上且与第Ⅲ太阳轮啮合；所述的第Ⅳ行星架与第Ⅲ行星齿轮固定，第Ⅳ太阳轮与第Ⅲ行星轴固定；所述的第Ⅳ中间轴与第Ⅳ行星轴均固定在第Ⅳ行星架上；所述的第Ⅳ中间齿轮可转动地定位在第Ⅳ中间轴上且与第Ⅳ太阳轮啮合；所述的第Ⅳ行星齿轮可转动地定位在第Ⅳ行星轴上且与第Ⅳ中间齿轮啮合；
所述的套筒与第Ⅳ行星齿轮固定；所述的手术刀滑道可滑动地穿插在套筒中，所述的手术刀穿嵌在滑道中；所述的手术刀电机安装在滑道上，并且驱动手术刀绕滑道轴线转动；所述的绳索电机安装在套筒上，绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在手术刀滑道上；所述套筒与手术刀滑道之间还安装有用于手术刀滑道复位用的弹簧。
所述的左行星齿轮的齿数是固定齿轮的2倍；所述的第Ⅰ行星齿轮的齿数是右行星齿轮齿数的1.5倍；其余互相啮合的齿轮传动比为1。
所述的第Ⅲ行星齿轮与第Ⅲ太阳轮为互相啮合的非圆齿轮，非圆齿轮的节曲线由三次非均匀B样条曲线拟合而成。
所述的手术刀尖点始终绕着虚拟的中心点O作圆周运动。
所述的平面轮系式机构能够实现三个转动和一个移动。
本发明的有益效果是：
1.本发明解决了平面轮系式RCM机构能应用于医疗器械的问题。该机构能够使手术刀绕着一个虚拟的固定点运动，可以使手术刀绕着需要动手术的患处运动，提高手术下刀的精准度，同时该机构可以实现手术刀从不同的角度下刀，操作简单，手术结束时可以用电机使手术刀退出到安全范围，能为提高手术的成功率做出贡献。
2.本发明采用的是轮系式的RCM机构，传动平稳可靠，运动平缓。该机构的齿轮均为平面齿轮，易于加工且成本大大降低，更适合于生产实践。
附图说明
图1是本发明的中间传动轮系结构示意图。
图2是本发明的装配示意图。
图3是本发明第Ⅰ行星架各齿轮啮合状态图。
图4是本发明第Ⅱ行星架各齿轮啮合状态图。
图5是本发明第Ⅲ行星架各齿轮啮合状态图。
图6是本发明第Ⅳ行星架各齿轮啮合状态图。
图中：1、主传动轴，2、固定齿轮，3、左行星齿轮，4、行星轴，5、第Ⅰ行星架，6、第Ⅰ行星轴，7、第Ⅰ行星齿轮，8、右行星齿轮，9、第Ⅱ行星架，10、第Ⅱ太阳轮，11、第Ⅱ行星齿轮，12、第Ⅱ行星轴，13、第Ⅲ太阳轮，14、第Ⅲ行星架，15、第Ⅲ行星轴，16、第Ⅲ行星齿轮，17、第Ⅳ行星架，18、第Ⅳ太阳轮，19、第Ⅳ中间轴，20、第Ⅳ中间齿轮，21、第Ⅳ行星轴，22、第Ⅳ行星齿轮，23、输入电机，24、转动杆，25、转动电机，26、机架，27、手术刀电机，28、绳索，29、弹簧，30、绳索电机，31、套筒，32、手术刀滑道，33、手术刀，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。
如图所示的四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，包括输入电机23、转动杆24、转动电机25、机架26、手术刀电机27、绳索28、弹簧29、绳索电机30、套筒31、滑道32、手术刀33、中间传动轮系；主传动轴1由输入电机驱动；所述转动电机25安装在机架26上，所述转动杆24也可转动地定位在机架上且由转动电机驱动；动力由主传动轴经中间传动轮系传递到手术刀33。
图1所示的中间传动轮系，包括轴线相互平行的固定齿轮2、左行星齿轮3、第Ⅰ行星齿轮7、右行星齿轮8、第Ⅱ太阳轮10、第Ⅱ行星齿轮11、第Ⅲ太阳轮13、第Ⅲ行星齿轮16、第Ⅳ太阳轮18、第Ⅳ中间齿轮20、第Ⅳ行星齿轮22以及固定齿轮2，还包括主传动轴1、行星轴4、第Ⅰ行星架5、第Ⅰ行星轴6、第Ⅱ行星架9、第Ⅱ行星轴12、第Ⅲ行星架14、第Ⅲ行星轴15、第Ⅳ行星架17、第Ⅳ中间轴19以及第Ⅳ行星轴21。
固定齿轮2与转动杆24固定，并穿套在主传动轴1上；主传动轴与第Ⅰ行星架5固定；行星轴4安装在第Ⅰ行星架5上，两者可以相互转动；左行星齿轮3与行星轴4左端固定，并与固定齿轮2啮合，右行星齿轮7与行星轴4右端固定；第Ⅰ行星轴6固定在第Ⅰ行星架5上；第Ⅰ行星齿轮7可转动地定位在第Ⅰ行星轴6上，并与右行星齿轮7啮合；第Ⅱ行星轴12与第Ⅱ行星架9固定；第Ⅰ行星齿轮6与第Ⅱ行星架9固定，第Ⅱ太阳轮10与第Ⅰ行星轴6固定；第Ⅱ行星齿轮11可转动地定位在第Ⅱ行星轴12上，并与第Ⅱ太阳轮10啮合；第Ⅲ行星轴15与第Ⅲ行星架14固定；第Ⅱ行星齿轮11与第Ⅲ行星架14固定；第Ⅲ太阳轮13与第Ⅱ行星轴12固定，第Ⅲ行星齿轮16可转动地定位在第Ⅲ行星轴15上，并与第Ⅲ太阳轮13啮合；第Ⅳ行星架17与第Ⅲ行星齿轮16固定；第Ⅳ太阳轮18与第Ⅲ行星轴15固定；第Ⅳ中间轴19与第Ⅳ行星轴21均固定在第Ⅳ行星架17上；第Ⅳ中间齿轮20可转动地定位在第Ⅳ中间轴19上，并与第Ⅳ太阳轮18啮合；第Ⅳ行星齿轮16可转动地定位在第Ⅳ行星轴21上，并与第Ⅳ中间齿轮20啮合。
如图2所示，套筒31与第Ⅳ行星齿轮22固定(优选通过牙嵌固定)；手术刀滑道32可滑动地穿插在套筒31中，可相对套筒作轴向移动，手术刀33则可转动地定位在手术刀滑道中；手术刀电机27安装在手术刀滑道上，并且驱动手术刀33绕手术刀滑道轴线转动；绳索电机30(常规产品)安装在套筒上，绳索(通常是钢丝绳)的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在手术刀滑道上；所述套筒与手术刀滑道之间还安装有复位用的弹簧29(弹簧安装在套筒31与滑道32之间并且弹簧两端分别对套筒与滑道施加顶压力)。
如图2所示，手术刀可绕着虚拟中心点O作圆周运动。
该四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构的工作原理：
该机构的动力由4个电机输入。转动电机25驱动转动杆24绕x轴转动实现一个方向的转动；输入电机23驱动第Ⅰ行星架5相对转动杆24转动，而固定轮2与转动杆24固定，固定轮2与左行星齿轮3啮合，左行星齿轮3与右行星齿轮8同轴固定，右行星齿轮8与第Ⅰ行星齿轮7啮合，使得第Ⅰ行星架5相对转动杆24作平面运动；第Ⅰ行星齿轮7与第Ⅱ行星架9固定，使得第Ⅱ行星架9相对转动杆24作平面运动；第Ⅱ太阳轮10与第Ⅰ行星轴6固定，第Ⅱ太阳轮10与第Ⅱ行星齿轮11啮合，使得第Ⅱ行星齿轮11相对转动杆24作平面运动；第Ⅱ行星齿轮11与第Ⅲ行星架14固定，使得第Ⅲ行星架14相对转动杆24作平面运动；第Ⅲ太阳轮13与第Ⅱ行星轴12固定，第Ⅲ太阳轮13与第Ⅲ行星齿轮16啮合，使得第Ⅲ行星齿轮16相对转动杆24作平面运动；第Ⅲ行星齿轮16与第Ⅳ行星架17固定，使得第Ⅳ行星架17相对转动杆24作平面运动；第Ⅳ太阳轮18与第Ⅲ行星轴15固定，而第Ⅳ行星齿轮22与套筒31牙嵌固定，第Ⅳ太阳轮18与第Ⅳ中间齿轮20啮合，第Ⅳ中间齿轮20和第Ⅳ行星齿轮22啮合，使得套筒31绕y轴转动实现一个方向的转动；手术刀电机27驱动手术刀33绕z轴实现一个方向的转动；绳索电机30通过收放固定在手术刀滑道32上的绳索28，控制嵌套在套筒32中的手术刀33实现z轴方向上的移动。
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)

1.四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括机架(26)、转动杆(24)、中间传动轮系、输入电机(23)、转动电机(25)、手术刀电机(27)、绳索电机(30)、手术刀滑道(32)、套筒(31)、弹簧(29)、绳索(28)、手术刀(33)；所述的主传动轴由输入电机驱动，所述转动电机安装在机架上，所述转动杆可转动地定位在机架上且由转动电机驱动；
所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的固定齿轮(2)、左行星齿轮(3)、第Ⅰ行星齿轮(7)、右行星齿轮(3)、第Ⅱ太阳轮(10)、第Ⅱ行星齿轮(11)、第Ⅲ太阳轮(13)、第Ⅲ行星齿轮(16)、第Ⅳ太阳轮(18)、第Ⅳ中间齿轮(20)以及第Ⅳ行星齿轮(22)，还包括主传动轴(1)、行星轴(4)、第Ⅰ行星架(5)、第Ⅰ行星轴(6)、第Ⅱ行星架(9)、第Ⅱ行星轴(12)、第Ⅲ行星架(14)、第Ⅲ行星轴(15)、第Ⅳ行星架(17)、第Ⅳ中间轴(19)以及第Ⅳ行星轴(21)；
所述的固定齿轮固定在转动杆上，并穿套在主传动轴上，所述的主传动轴与第Ⅰ行星架固定；所述的行星轴可转动地定位在第Ⅰ行星架上，左行星齿轮固定在行星轴左端且与固定齿轮啮合，右行星齿轮固定在行星轴右端；所述的第Ⅰ行星轴固定在第Ⅰ行星架上，第Ⅰ行星齿轮可转动地定位在第Ⅰ行星轴上且与右行星齿轮啮合；所述的第Ⅱ行星轴固定在第Ⅱ行星架上，第Ⅰ行星齿轮固定在第Ⅱ行星架上；所述的第Ⅱ太阳轮固定在第Ⅰ行星轴上，第Ⅱ行星齿轮可转动地定位在第Ⅱ行星轴上且与第Ⅱ太阳轮啮合；所述的第Ⅲ行星轴固定在第Ⅲ行星架上，第Ⅱ行星齿轮与第Ⅲ行星架固定；所述的第Ⅲ太阳轮固定在第Ⅱ行星轴上，第Ⅲ行星齿轮可转动地定位在第Ⅲ行星轴上且与第Ⅲ太阳轮啮合；所述的第Ⅳ行星架与第Ⅲ行星齿轮固定，第Ⅳ太阳轮与第Ⅲ行星轴固定；所述的第Ⅳ中间轴与第Ⅳ行星轴均固定在第Ⅳ行星架上；所述的第Ⅳ中间齿轮可转动地定位在第Ⅳ中间轴上且与第Ⅳ太阳轮啮合；所述的第Ⅳ行星齿轮可转动地定位在第Ⅳ行星轴上且与第Ⅳ中间齿轮啮合；
所述的套筒与第Ⅳ行星齿轮固定；所述的手术刀滑道可滑动地穿插在套筒中，所述的手术刀穿嵌在滑道中；所述的手术刀电机安装在滑道上，并且驱动手术刀绕滑道轴线转动；所述的绳索电机安装在套筒上，绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在手术刀滑道上；所述套筒与手术刀滑道之间还安装有用于手术刀滑道复位用的弹簧。
2.根据权利要求1所述的四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的左行星齿轮的齿数是固定齿轮的2倍；所述的第Ⅰ行星齿轮的齿数是右行星齿轮齿数的1.5倍；其余互相啮合的齿轮传动比为1。
3.根据权利要求2所述的四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的第Ⅲ行星齿轮与第Ⅲ太阳轮为互相啮合的非圆齿轮。
4.根据权利要求3所述的四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述非圆齿轮的节曲线由三次非均匀B样条曲线拟合而成。
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CN110164284A (zh) * 2019-05-16 2019-08-23 广东机电职业技术学院 一种多级调速的行星轮系示教仪

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