CN108591371A - 三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式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：三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM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；所述的转动杆可转动地安装在机架上，固定于机架的转动电机驱使转动杆转动。

Description

三行星架十齿第二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平面轮系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：

三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM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；所述的转动杆可转动地安装在机架上，固定于机架的转动电机驱使转动杆转动；

所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的右行星齿轮、中心齿轮、左行星齿轮、固定齿轮、第Ⅰ太阳轮、第Ⅰ中间齿轮、第Ⅰ行星齿轮、第Ⅱ太阳轮、第Ⅱ中间齿轮以及第Ⅱ行星齿轮，还包括主传动轴、行星轴、中心轴、连杆、主传动轴、第Ⅰ行星架、第Ⅰ中间轴、第Ⅰ行星轴、第Ⅱ行星架、第Ⅱ中间轴、第Ⅱ行星轴；所述的固定轮固定在转动杆上；所述的左行星齿轮固定在行星轴的左端，并与固定轮啮合，右行星齿轮固定在行星轴的右端；所述的主传动轴由输入电机驱动且穿过固定轮的中心后与连杆固定，连杆的一端空套在行星轴上；所述的中心轮与中心轴固定，并与右行星齿轮啮合；所述的中心轴与第Ⅰ行星架固定；所述的第Ⅰ太阳轮固定在主传动轴上，并且穿套安装在中心轴上；所述的第Ⅰ中间轴固定在第Ⅰ行星架上；所述的第Ⅰ中间齿轮可转动地安装在第Ⅰ中间轴上，并与第Ⅰ太阳轮啮合；所述的第Ⅰ行星齿轮与第Ⅰ行星轴固定，并与第Ⅰ中间齿轮啮合，第Ⅰ行星轴又可转动地安装在第Ⅰ行星架上；所述的第Ⅱ太阳轮与第Ⅰ行星架固定；所述的第Ⅱ行星架与第Ⅰ行星轴固定，所述的第Ⅱ中间轴固定在第Ⅱ行星架上，所述的第Ⅱ中间齿轮可转动地安装在第Ⅱ中间轴上，并与第Ⅱ太阳轮啮合；所述的第Ⅱ行星轴与第Ⅱ行星架固定；所述的第Ⅱ行星齿轮可转动地安装在第Ⅱ行星轴上，并与第Ⅱ中间齿轮啮合。

所述的套筒与第Ⅱ行星齿轮固定；所述的手术刀滑道穿嵌在套筒中形成滑动副；所述的手术刀可转动地穿嵌在手术刀滑道中，且由手术刀电机驱动；所述的弹簧安装在套筒与滑道之间且弹簧两端分别施力于套筒与滑道。

所述的手术刀电机安装在滑道上，手术刀电机输出轴驱动手术刀；所述的绳索电机安装在套筒上，绳索电机输出轴上缠绕着绳索，绳索的一端与滑道固定连接。

所述的固定齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的2倍；所述的右行星齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的1.5倍；所述的中心齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的1.5倍；所述的第Ⅰ行星齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的2倍；所有齿轮均为圆齿轮。

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3行星架轮系式平面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是本发明的装配结构示意图。

图3是本发明右行星架齿轮啮合状态图。

图4是本发明第Ⅰ行星架齿轮啮合状态图。

图5是本发明第Ⅱ行星架齿轮啮合状态图。

图中：1、右行星齿轮，2、行星轴，3、中心齿轮，4、中心轴，5、左行星齿轮，6、连杆，7、固定齿轮，8、主传动轴，9、第Ⅰ太阳轮，10、第Ⅰ行星架，11、第Ⅰ中间轴，12、第Ⅰ中间齿轮，13、第Ⅰ行星齿轮，14、第Ⅱ太阳轮，15、第Ⅰ行星轴，16、第Ⅱ行星架，17、第Ⅱ中间轴，18、第Ⅱ中间齿轮，19、第Ⅱ行星齿轮，20、第Ⅱ行星轴，21、机架，22、转动电机，23、转动杆，24、手术刀电机，25、弹簧，26、绳索，27、绳索电机，28、套筒，29、滑道，30、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1、图2所示的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，包括机架21、转动电机22、转动杆23、手术刀电机24、弹簧25、绳索26、绳索电机27、套筒28、滑道29、手术刀30、中间传动轮系、输入电机；转动杆23可转动地定位在机架上，转动电机22固定在机架21上，转动电机22驱使转动杆23转动。主传动轴8由输入电机驱动(可通过齿轮副之类的传动机构驱动)，动力由主传动轴经中间传动轮系传递到手术刀30。

中间传动轮系包括中间传动轮系包括轴线相互平行的右行星齿轮1、中心轮3、左行星齿轮5、固定齿轮7、第Ⅰ太阳轮9、第Ⅰ中间齿轮12、第Ⅰ行星齿轮13、第Ⅱ太阳轮14、第Ⅱ中间齿轮18以及第Ⅱ行星齿轮19，还包括主传动轴8、行星轴、中心轴、连杆、主传动轴、第Ⅰ行星架、第Ⅰ中间轴、第Ⅰ行星轴、第Ⅱ行星架、第Ⅱ中间轴、第Ⅱ行星轴；固定齿轮7固定在转动杆23上；左行星齿轮5固定在上行星轴2的左端，并与固定齿轮7啮合，右行星齿轮1固定在行星轴2的右端；主传动轴8穿过固定齿轮7的中心与连杆6固定；连杆6的一端空套在行星轴2上；中心齿轮3与中心轴4固定，并与右行星齿轮1啮合；中心轴4与第Ⅰ行星架10固定；第Ⅰ太阳轮9固定在主传动轴8上，并且穿套安装在中心轴4上；第Ⅰ中间轴11固定在第Ⅰ行星架10上，第Ⅰ中间齿轮12可转动地安装在第Ⅰ中间轴11上，并与第Ⅰ太阳轮9啮合；第Ⅰ行星轴15可转动地安装在第Ⅰ行星架10上，第Ⅰ行星齿轮13与第Ⅰ行星轴15固定，并与第Ⅰ中间齿轮12啮合；第Ⅱ太阳轮14与第Ⅰ行星架10固定；所述的第Ⅱ行星架16与第Ⅰ行星轴15固定，第Ⅱ中间轴17固定在第Ⅱ行星架16上，第Ⅱ中间齿轮18可转动地安装在第Ⅱ中间轴17上，并与第Ⅱ太阳轮14啮合；第Ⅱ行星轴20与第Ⅱ行星架16固定；第Ⅱ行星齿轮19可转动地安装在第Ⅱ行星轴20上，并与第Ⅱ中间齿轮18啮合。

如图2所示，套筒28与第Ⅱ行星齿轮19固定(优选通过牙嵌固定)；滑道29嵌套在套筒28中，可相对套筒作轴向移动(形成滑动副)；弹簧26安装在套筒28与滑道29之间并且弹簧两端分别施力顶压着套筒与滑道；手术刀30可转动地穿嵌在滑道29中，且由手术刀电机24驱动(也可通过齿轮副之类的传动机构驱动)；手术刀电机的底座与滑道29固定连接。

绳索电机27安装在套筒29上，绳索电机(现有产品)输出轴上缠绕着绳索26(通常是钢丝绳)，绳索的一端与滑道固定连接；弹簧安装在套筒与滑道之间，对滑道施加使其复位的压力。

如图2所示，手术刀绕着虚拟中心点O作圆周运动。

该三行星架十齿第二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22可以驱动转动杆23绕着x轴转动，实现一个方向的转动；输入电机驱动主传动轴8转动，而主传动轴8与连杆6固定，连杆6的一端空套在行星轴2上，固定轮7与转动杆23固定的同时又与左行星齿轮5啮合，可以使得左行星齿轮5绕着固定轮7转动；左行星齿轮5与右行星齿轮1同轴固定，右行星齿轮1与中心轮3啮合，中心轮3与中心轴4固定，中心轴4与第Ⅰ行星架10固定，使得第Ⅰ行星架10相对转动杆23作平面运动；而主传动轴8与第Ⅰ太阳轮9固定，第Ⅰ太阳轮9与第Ⅰ中间齿轮12啮合，第Ⅰ中间齿轮12又与第Ⅰ行星齿轮13啮合，使得第Ⅰ行星齿轮13相对转动杆23作平面运动；第Ⅰ行星齿轮13与第Ⅱ行星架16固定，使得第Ⅱ行星架16相对于转动杆23作平面运动(第Ⅱ太阳轮14与第Ⅰ行星架10固定，第Ⅰ行星轴15可转动地安装在第Ⅰ行星架10上并且与第Ⅱ行星架16固定)；而第Ⅱ行星齿轮19与套筒28固定，第Ⅱ太阳轮14与第Ⅱ中间齿轮18啮合，第Ⅱ中间齿轮18又与第Ⅱ行星齿轮19啮合，使得套筒28绕着y轴转动(又实现一个方向的转动)；手术刀电机24驱动手术刀30绕着z轴实现一个方向的转动；绳索电机27通过收放与滑道29固定的绳索26，来控制嵌套在套筒28中的手术刀30实现z轴方向的移动。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)

1.三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，包括机架(21)、转动杆(23)、中间传动轮系、输入电机、转动电机(22)、手术刀电机(24)、绳索电机(27)、滑道(29)、套筒(28)、弹簧(25)、绳索(26)、手术刀(30)；所述的转动杆可转动地安装在机架上，固定于机架的转动电机驱使转动杆转动；

所述的中间传动轮系包括轴线相互平行的右行星齿轮(1)、中心齿轮(3)、左行星齿轮(5)、固定齿轮(7)、第Ⅰ太阳轮(9)、第Ⅰ中间齿轮(12)、第Ⅰ行星齿轮(13)、第Ⅱ太阳轮(14)、第Ⅱ中间齿轮(18)以及第Ⅱ行星齿轮(19)，还包括主传动轴(8)、行星轴(2)、中心轴(4)、连杆(6)、主传动轴(8)、第Ⅰ行星架(10)、第Ⅰ中间轴(11)、第Ⅰ行星轴(15)、第Ⅱ行星架(16)、第Ⅱ中间轴(17)、第Ⅱ行星轴(20)；所述的固定轮固定在转动杆上；所述的左行星齿轮固定在行星轴的左端，并与固定轮啮合，右行星齿轮固定在行星轴的右端；所述的主传动轴由输入电机驱动且穿过固定轮的中心后与连杆固定，连杆的一端空套在行星轴上；所述的中心轮与中心轴固定，并与右行星齿轮啮合；所述的中心轴与第Ⅰ行星架固定；所述的第Ⅰ太阳轮固定在主传动轴上，并且穿套安装在中心轴上；所述的第Ⅰ中间轴固定在第Ⅰ行星架上，所述的第Ⅰ中间齿轮可转动地安装在第Ⅰ中间轴上，并与第Ⅰ太阳轮啮合；所述的第Ⅰ行星齿轮与第Ⅰ行星轴固定，并与第Ⅰ中间齿轮啮合，第Ⅰ行星轴又可转动地安装在第Ⅰ行星架上；所述的第Ⅱ太阳轮与第Ⅰ行星架固定；所述的第Ⅱ行星架与第Ⅰ行星轴固定，所述的第Ⅱ中间轴固定在第Ⅱ行星架上，所述的第Ⅱ中间齿轮可转动地安装在第Ⅱ中间轴上，并与第Ⅱ太阳轮啮合；所述的第Ⅱ行星轴与第Ⅱ行星架固定；所述的第Ⅱ行星齿轮可转动地安装在第Ⅱ行星轴上，并与第Ⅱ中间齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的套筒与第Ⅱ行星齿轮固定；所述的手术刀滑道穿嵌在套筒中形成滑动副；所述的手术刀可转动地穿嵌在手术刀滑道中，且由手术刀电机驱动；所述的弹簧安装在套筒与滑道之间且弹簧两端分别施力于套筒与滑道。

3.根据权利要求2所述的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的手术刀电机安装在滑道上，手术刀电机输出轴驱动手术刀；所述的绳索电机安装在套筒上，绳索电机输出轴上缠绕着绳索，绳索的一端与滑道固定连接。

4.根据权利要求3所述的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的固定齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的2倍；所述的右行星齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的1.5倍；所述的中心齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的1.5倍；所述的第Ⅰ行星齿轮的齿数为第Ⅰ太阳轮的2倍；所有齿轮均为圆齿轮。