CN108194580A - 三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式rcm机构 - Google Patents

三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式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。目的是提供一种平面轮系式3R1T的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：三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式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；所述的中间传动轮系由输入电机驱动；所述的转动杆可转动地定位在机架上，转动电机也安装在机架上且驱动转动杆。

Description

三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式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平面轮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，提供一种平面轮系式3R1T的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：
三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式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；所述的中间传动轮系由输入电机驱动；所述的转动杆可转动地定位在机架上，转动电机也安装在机架上且驱动转动杆。
所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮以及第十齿轮，还包括主动轴、第一行星架、第二行星架及第三行星架，其中第二齿轮与第三齿轮为连体齿轮，第五齿轮与第六齿轮为连体齿轮；
所述的第一齿轮固定在转动杆上且与第二齿轮啮合，还定位在第一行星架上并且与第一行星架之间可以相互转动；
第一行星架上设置有相互平行的三根轴；主动轴作为第一轴同轴穿过第一齿轮上的轴孔后与行星架固连，输入电机4固定在转动杆上且其输出轴驱动主动轴；固结在第一行星架的第二轴上穿套着由第二齿轮与第三齿轮组成的连体齿轮，且第二轴上的第二齿轮与第一行星架的第三轴上固结的第四齿轮啮合，第四齿轮还通过第三轴与第二行星架固连；第三轴上同时还穿套着由第五齿轮与第六齿轮组成的连体齿轮；
第二行星架另一侧固定的连接轴穿过第七齿轮后再与第八齿轮固连，第七齿轮与第六齿轮啮合的同时与第三行星架固连，第九齿轮与第十齿轮均可转动地定位在第三行星架上且第九齿轮的两侧分别与第十齿轮及第八齿轮啮合。
所述的套筒与第十齿轮固定，所述的手术刀滑道可滑动地插嵌在套筒中，所述的手术刀可转动地定位在手术刀滑道中；手术刀电机固定在手术刀滑道上且驱使手术刀转动；所述的绳索电机驱使手术刀滑道沿着套筒轴线滑动，所述的弹簧安装在套筒与手术刀滑道之间且且分别对套筒与手术刀滑道施加顶压力以使手术刀滑道复位。
所述的绳索电机安装在套筒上，绳索的一端缠绕在绳索电机的输出轴上，绳索的另一端与手术刀滑滑道固定连接。
所述第四齿轮的齿数是第二齿轮齿数的2倍，传动比为2；所述的第三齿轮的齿数是第五齿轮齿数的2倍，传动比为0.5；其余互相啮合的齿轮传动比为1。
,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是本发明的立体结构示意图。
图3是本发明行星架1各齿轮啮合状态图。
图4是本发明行星架2各齿轮啮合状态图。
图5是本发明行星架3各齿轮啮合状态图。
图中有：1、机架；2、转动电机；3、转动杆；4、输入电机；5、第一齿轮；6、主动轴；7、第一行星架；8、第二齿轮；9、第二轴；10、第三齿轮；11、第四齿轮；12、第三轴；13、第五齿轮；14、第六齿轮；15、第二行星架；16、第七齿轮；17、第八齿轮；18、第三行星架；19、第九齿轮；20、第十齿轮；21、手术刀；22、手术刀滑道；23、套筒；24、绳索电机；25、弹簧；26、手术刀电机；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。
如图所示的三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构，包括输入电机4、转动杆3、转动电机2、机座1、手术刀电机26、绳索、弹簧25、绳索电机24、套筒23、滑道22、手术刀21以及中间传动轮系；中间传动轮系包括轴线相互平行的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮以及第十齿轮，还包括主动轴、第一行星架、第二行星架及第三行星架，其中第二齿轮与第三齿轮为连体齿轮，第五齿轮与第六齿轮为连体齿轮；
转动杆3可转动地定位(可通过轴承定位)在机架1上；转动电机2也固定安装在机架1上，并且驱使转动杆3转动。动力由输入电机输给主动轴，再经中间传动轮系传递到手术刀21。
第二行星架15与第四齿轮11和第八齿轮17固连；第一齿轮5与转动杆3固定且与第二齿轮8啮合，还通过齿轮轴定位在第一行星架上并且与第一行星架之间可以相互转动。
第一行星架上固连有相互平行的三根轴。输入电机4固定在转动杆上且其输出轴驱动(可通过齿轮副之类的传动结构驱动)主动轴；主动轴作为第一轴同轴穿过第一齿轮的轴孔后与第一行星架固连；第二轴9上(中间轴)上穿套着由第二齿轮8与第三齿轮10组成的连体齿轮，且第二齿轮8与第一行星架的第三轴12上的第四齿轮11啮合，第四齿轮与第三轴固连且通过第三轴与第二行星架15固连；第三轴上同时还穿套着由第五齿轮13与第六齿轮14组成的连体齿轮；
固定在第二行星架另一侧的连接轴穿过第七齿轮16后再与第八齿轮17固连，第七齿轮与第六齿轮啮合的同时与第三行星架18固连，第九齿轮19与第十齿轮20均可转动地定位在第三行星架上，且第九齿轮的两侧分别与第十齿轮及第八齿轮啮合。
所述的齿轮均推荐采用模数为2的齿轮。
如图2所示，套筒23与第三行星架上的第十齿轮固定(优选牙嵌固定)；手术刀滑道22可滑动地插嵌在套筒23中，可相对套筒作轴向移动(形成滑动副)；手术刀21可转动地定位在手术刀滑道22中，手术刀电机固定在手术刀滑道上且驱使(可通过齿轮副之类的传动结构驱动)手术刀转动；弹簧25安装在套筒23与滑道22之间，并且分别对套筒与手术刀滑道施加顶推压力，从而提供使手术刀滑道复位的动力。
绳索电机24(为现有的常规产品)安装在套筒23上，绳索的一端缠绕在绳索电机的输出轴(优选绳索电机输出轴轴线与手术刀滑道的滑动方向垂直)上，绳索的另一端与手术刀滑道固定连接。
如图2所示，手术刀绕着虚拟中心点O作圆周运动。
该三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构的工作原理：
该机构由4个电机驱动，转动电机2驱动转动杆3，实现一个转动；第一齿轮空套在第一行星架上，输入电机4将动力传递到第一行星架上，带动与固定第一齿轮啮合的第二齿轮转动，第二齿轮与第三齿轮是连体齿轮，可以将动力传递到第三齿轮上，第三齿轮又与第五齿轮相啮合，从而将动力传递给第五齿轮，第五齿轮与第六齿轮为连体齿轮，第六齿轮与第七齿轮啮合，将动力传至第七齿轮，最终使得输出第七齿轮角速度为零，实现了第三行星架的平动；在第三行星架上，第八齿轮由第二行星架带动，动力经第三行星架上的第九齿轮传递给第三行星架上的第十齿轮(第九齿轮两侧分别与第八齿轮及第十齿轮啮合)，手术刀21由第三行星架上的第十齿轮带动，实现一个转动；手术刀电机26驱使手术刀21转动；绳索电机24通过收缩所缠绕的绳索实现手术刀21的纵向移动(或放松绳索，由弹簧22施加的弹簧力复位)。这样机构就实现了3R1T的运动，即手术刀可以绕虚拟空间点进行三个方向上的转动以及一个方向的移动。

Claims (4)

1.三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构，其特征在于该机构包括机架(1)、转动杆(3)、中间传动轮系、输入电机(4)、转动电机(2)、手术刀电机(26)、绳索电机(24)、手术刀滑道(22)、套筒(23)、弹簧(25)、绳索、手术刀(21)；所述的中间传动轮系由输入电机驱动；所述的转动杆可转动地定位在机架上，转动电机也安装在机架上且驱动转动杆
所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的第一齿轮(5)、第二齿轮(8)、第三齿轮(10)、第四齿轮(11)、第五齿轮(13)、第六齿轮(14)、第七齿轮(16)、第八齿轮(17)、第九齿轮(19)以及第十齿轮(20)，还包括主动轴(6)、第一行星架(7)、第二行星架(15)及第三行星架(18)，其中第二齿轮与第三齿轮为连体齿轮，第五齿轮与第六齿轮为连体齿轮；
所述的第一齿轮固定在转动杆上且与第二齿轮啮合，还定位在第一行星架上并且与第一行星架之间可以相互转动；
第一行星架上设置有相互平行的三根轴；主动轴作为第一轴同轴穿过固定齿轮上的轴孔后与行星架(1)固连，输入电机4固定在转动杆上且其输出轴驱动主动轴；固结在第一行星架的第二轴(9)上穿套着由第二齿轮(8)与第三齿轮(10)组成的连体齿轮，且第二轴上的第二齿轮与第一行星架的第三轴(12)上固结的第四齿轮(11)啮合，第四齿轮还通过第三轴与第二行星架(15)固连；第三轴上同时还穿套着由第五齿轮(13)与第六齿轮(14)组成的连体齿轮；
第二行星架另一侧固定的连接轴穿过第七齿轮(16)后再与第八齿轮(17)固连，第七齿轮与第六齿轮啮合的同时与第三行星架(18)固连，第九齿轮(19)与第十齿轮(20)均可转动地定位在第三行星架上且第九齿轮(19)的两侧分别与第十齿轮(10)及第八齿轮(17)啮合。
2.根据权利要求1所述的三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的套筒与第十齿轮固定，所述的手术刀滑道可滑动地插嵌在套筒中，所述的手术刀可转动地定位在手术刀滑道中；手术刀电机固定在手术刀滑道上且驱使手术刀转动；所述的绳索电机驱使手术刀滑道沿着套筒轴线滑动；所述的弹簧安装在套筒与手术刀滑道之间且施加使手术刀滑道复位的顶压力。
3.根据权利要求2所述的三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的绳索电机安装在套筒上，绳索的一端缠绕在绳索电机的输出轴上，绳索的另一端与手术刀滑滑道固定连接。
4.根据权利要求3所述的三行星架十齿第一行星架三级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述第四齿轮的齿数是第二齿轮齿数的2倍，传动比为2；所述的第三齿轮的齿数是第五齿轮齿数的2倍，传动比为0.5；其余互相啮合的齿轮传动比为1。
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