CN111544199A - 一种高精度的虚拟远程运动中心机构 - Google Patents

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    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/007—Methods or devices for eye surgery

Abstract

本发明公开了一种高精度的虚拟远程运动中心机构，第二直线驱动模块和第四直线驱动模块固定在基座上，第一直线驱动模块、第三直线驱动模块分别与第二直线驱动模块、第四直线驱动模块连接，第一连杆、第二连杆分别与第一直线驱动模块、第三直线驱动模块连接，第一外U形杆、第二外U形杆分别通过第一转动副、第二转动副与第一连杆、第二连杆连接。第一内U形杆、第二内U形杆分别通过第三转动副、第四转动副与第一外U形杆、第二外U形杆在内两侧连接，第一内U形杆和第二内U形杆通过移动副连接。第五直线驱动模块固定在第一内U形杆上，旋转驱动模块与第五直线驱动模块连接，器械与旋转驱动模块连接。本发明具有运动精度高、稳定等优点。

Description

一种高精度的虚拟远程运动中心机构
技术领域
本发明涉及眼科手术辅助操作技术领域，具体为一种高精度的虚拟远程运动中心机构。
背景技术
眼科手术操作空间狭小，动作精度要求高，手术难度较高。将器械刺入眼内后，后续操作均需绕刺入点进行，以减小对刺入点周围组织的损伤，这一特性对器械的运动精度和稳定性提出了很高的要求，也使得医生手工操作的难度大大提升。目前的眼科手术辅助机构大多采用机械约束使器械绕相对于机构固定的一点运动，称之为远程运动中心点(Remote Motion Center，RCM)，使刺入点与RCM点重合，即可保证器械绕刺入点稳定运动。然而，采用相对于机构固定的RCM点使得器械的运动不够灵活，手术前需要将辅助机构移动到合适位置保证刺入点与机构的RCM点精确重合，不仅操作繁琐，而且精确移动辅助机构所需的位移台也使得整个手术装置体积增大，结构冗杂，不易适用于普通手术室。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度的虚拟远程运动中心机构，器械能够绕RCM点运动，且RCM点位置可实时调整，增强了器械运动的灵活性；且无需精密位移台辅助，使结构更加紧凑，保证了器械运动的精度和稳定性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度的虚拟远程运动中心机构，包括基座，所述基座上固定安装第二直线驱动模块和第四直线驱动模块，所述第二直线驱动模块上连接第一直线驱动模块，第四直线驱动模块上连接第三直线驱动模块；所述第三直线驱动模块上连接第二连杆，第一直线驱动模块上连接第一连杆；所述第一连杆与第二连杆的端部呈上下夹持状设置；所述第一连杆上通过第一转动副连接有第一外U形杆，第二连杆上通过第二转动副连接有第二外U形杆；所述第二外U形杆的内两侧通过第四转动副连接第二内U形杆；所述第一外U形杆的内两侧通过第三转动副连接第一内U形杆；所述第一内U形杆和第二内U形杆之间通过移动副连接；所述第一内U形杆上固定安装第五直线驱动模块，第五直线驱动模块上连接旋转驱动模块，旋转驱动模块上固定连接器械。
优选的，所述第一直线驱动模块、第三直线驱动模块的轴线分别与第二直线驱动模块、第四直线驱动模块轴线垂直，且第一直线驱动模块、第二直线驱动模块轴线构成的平面与第三直线驱动模块、第四直线驱动模块轴线构成的平面平行。
优选的，所述第一转动副、第二转动副分别与第三转动副、第四转动副垂直且相交。
优选的，所述移动副与第三转动副、第四转动副垂直。
优选的，所述第一直线驱动模块、第二直线驱动模块、第三直线驱动模块、第四直线驱动模块、第五直线驱动模块和旋转驱动模块组成整个机构的六个自由度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本高精度的虚拟远程运动中心机构，基座附近的四个直线驱动模块控制器械的俯仰和偏转，有一定的运动放大效果，提高了器械俯仰和偏转的运动精度。
2、本高精度的虚拟远程运动中心机构，采用多直线驱动模块，不仅使机构紧凑，直驱式的设计避免了减速器等中间部件的使用，减少机构间隙，进一步提高了机构精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1、第一直线驱动模块；2、第二直线驱动模块；3、第三直线驱动模块；4、第四直线驱动模块；5、基座；6、第二连杆；7、第二转动副；8、第二外U形杆；9、第二内U形杆；10、第五直线驱动模块；11、器械；12、第四转动副；13、旋转驱动模块；14、第三转动副；15、第一内U形杆；16、移动副；17、第一外U形杆；18、第一转动副；19、第一连杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，一种高精度的虚拟远程运动中心机构，包括基座5，基座5上固定安装第二直线驱动模块2和第四直线驱动模块4，第二直线驱动模块2上连接第一直线驱动模块1，第四直线驱动模块4上连接第三直线驱动模块3；第三直线驱动模块3上连接第二连杆6，第一直线驱动模块1上连接第一连杆19；第一连杆19与第二连杆6的端部呈上下夹持状设置；第一连杆19上通过第一转动副18连接有第一外U形杆17，第二连杆6上通过第二转动副7连接有第二外U形杆8；第二外U形杆8的内两侧通过第四转动副12连接第二内U形杆9；第一外U形杆17的内两侧通过第三转动副14连接第一内U形杆15；第一内U形杆15和第二内U形杆9之间通过移动副16连接；第一内U形杆15上固定安装第五直线驱动模块10，第五直线驱动模块10上连接旋转驱动模块13，旋转驱动模块13上固定连接器械11。
在上述实施例中，第一直线驱动模块1、第三直线驱动模块3的轴线分别与第二直线驱动模块2、第四直线驱动模块4轴线垂直，且第一直线驱动模块1、第二直线驱动模块2轴线构成的平面与第三直线驱动模块3、第四直线驱动模块4轴线构成的平面平行。
在上述实施例中，第一转动副18、第二转动副7分别与第三转动副14、第四转动副12垂直且相交。
在上述实施例中，移动副16与第三转动副14、第四转动副12垂直。
在上述实施例中，第一直线驱动模块1、第二直线驱动模块2、第三直线驱动模块3、第四直线驱动模块4、第五直线驱动模块10和旋转驱动模块13组成整个机构的六个自由度，通过控制第一直线驱动模块1、第二直线驱动模块2、第三直线驱动模块3、第四直线驱动模块4、第五直线驱动模块10和旋转驱动模块13即可实现器械11的六自由度运动，进行手术操作时，将器械11末端对准刺入点，即可计算出刺入点相对于基座5的坐标，然后根据机构参数及运动学正反解计算绕该点作RCM运动时，各驱动部件控制参数与器械11绕RCM点运动参数之间的关系即可实现虚拟RCM运动。
在上述实施例中，第一直线驱动模块1、第二直线驱动模块2构成平面副，第三直线驱动模块3、第四直线驱动模块4构成平面副，两平面副之间通过第一转动副18、第三转动副14、移动副16、第二转动副7、第四转动副12连接，上述部分使第一内U形杆15实现四个自由度中2个转动自由度和2个移动自由度；在第一内U形杆15上串联1个移动自由度第五直线驱动模块10和1个转动自由度旋转驱动模块13即实现器械11的六自由度运动。
实施例二：
一种高精度的虚拟远程运动中心机构，包括基座5，基座5上固定安装第二直线驱动模块2和第四直线驱动模块4，第二直线驱动模块2上连接第一直线驱动模块1，第四直线驱动模块4上连接第三直线驱动模块3；第三直线驱动模块3上连接第二连杆6，第一直线驱动模块1上连接第一连杆19；第一连杆19与第二连杆6的端部呈上下夹持状设置；第一连杆19上通过第一转动副18连接有第一外U形杆17，第二连杆6上通过第二转动副7连接有第二外U形杆8；第二外U形杆8的内两侧通过第四转动副12连接第二内U形杆9；第一外U形杆17的内两侧通过第三转动副14连接第一内U形杆15；第一内U形杆15和第二内U形杆9之间通过移动副16连接；第一内U形杆15上固定安装第五直线驱动模块10，第五直线驱动模块10上连接旋转驱动模块13，旋转驱动模块13上固定连接器械11。
在上述实施例中，第一直线驱动模块1、第三直线驱动模块3轴线可以分别与第二直线驱动模块2、第四直线驱动模块4轴线不垂直，只要不平行即可。
在上述实施例中，第一转动副18、第二转动副7与第三转动副14、第四转动副12可以相交但不垂直，第一转动副18和第二转动副7轴线也可不平行，但需保证第一转动副18、第三转动副14轴线相交构成平面与第二转动副7、第四转动副12轴线相交构成平面平行。
在上述实施例中，移动副16可不与第三转动副14、第四转动副12垂直，保证与第一直线驱动模块1、第二直线驱动模块2、第三直线驱动模块3轴线、第四直线驱动模块4均不平行即可。
在上述实施例中，第五直线驱动模块10也可固定在第二内U形杆9上，相当于机构整体上下翻转。
综上所述：本高精度的眼科手术执行机构，基座5附近的四个直线驱动模块控制器械11的俯仰和偏转，有一定的运动放大效果，提高了器械11俯仰和偏转的运动精度；其次，采用多直线驱动模块，不仅使机构紧凑，直驱式的设计避免了减速器等中间部件的使用，减少机构间隙，进一步提高了机构精度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高精度的虚拟远程运动中心机构，包括基座(5)，其特征在于：所述基座(5)上固定安装第二直线驱动模块(2)和第四直线驱动模块(4)，所述第二直线驱动模块(2)上连接第一直线驱动模块(1)，第四直线驱动模块(4)上连接第三直线驱动模块(3)；所述第三直线驱动模块(3)上连接第二连杆(6)，第一直线驱动模块(1)上连接第一连杆(19)；所述第一连杆(19)与第二连杆(6)的端部呈上下夹持状设置；所述第一连杆(19)上通过第一转动副(18)连接有第一外U形杆(17)，第二连杆(6)上通过第二转动副(7)连接有第二外U形杆(8)；所述第二外U形杆(8)的内两侧通过第四转动副(12)连接第二内U形杆(9)；所述第一外U形杆(17)的内两侧通过第三转动副(14)连接第一内U形杆(15)；所述第一内U形杆(15)和第二内U形杆(9)之间通过移动副(16)连接；所述第一内U形杆(15)上固定安装第五直线驱动模块(10)，第五直线驱动模块(10)上连接旋转驱动模块(13)，旋转驱动模块(13)上固定连接器械(11)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度的虚拟远程运动中心机构，其特征在于：所述第一直线驱动模块(1)、第三直线驱动模块(3)的轴线分别与第二直线驱动模块(2)、第四直线驱动模块(4)轴线垂直，且第一直线驱动模块(1)、第二直线驱动模块(2)轴线构成的平面与第三直线驱动模块(3)、第四直线驱动模块(4)轴线构成的平面平行。
3.根据权利要求1所述的一种高精度的虚拟远程运动中心机构，其特征在于：所述第一转动副(18)、第二转动副(7)分别与第三转动副(14)、第四转动副(12)垂直且相交。
4.根据权利要求1所述的一种高精度的虚拟远程运动中心机构，其特征在于：所述移动副(16)与第三转动副(14)、第四转动副(12)垂直。
5.根据权利要求1所述的一种高精度的虚拟远程运动中心机构，其特征在于：所述第一直线驱动模块(1)、第二直线驱动模块(2)、第三直线驱动模块(3)、第四直线驱动模块(4)、第五直线驱动模块(10)和旋转驱动模块(13)组成整个机构的六个自由度。
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