CN113100951A - 一种全新的种植牙科机器人构型 - Google Patents

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吴同
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邢元
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Abstract

本发明公开了一种全新的种植牙科机器人构型，包括双直线导轨、丝杠模组A、引导构件、限位构件、丝杠模组B和牙钻手机；丝杠模组A的丝杠A由电机A驱动，丝杠螺母A上通过电机座上安装有电机B；引导构件包括弧形导轨，弧形导轨与电机B的输出端转动连接，弧形导轨上配合有滑块；限位构件包括与弧形导轨固连的内齿圈，内齿圈啮合有由电机C驱动的齿轮，电机C的固定座与滑块固连；丝杠模组B固定在滑块上，丝杠模组B的丝杠B由电机D驱动，牙钻手机通过末端连接件固定在丝杠螺母B上；牙钻手机具有四个自由度。本发明采用串联RCM机构，在运动时具有固定的运动轨迹，极大的降低了牙科机器人在移动过程中的不确定性，提高了安全性。

Description

一种全新的种植牙科机器人构型
技术领域
本发明专利属于医疗机器人领域，具体涉及一种种植牙科机器人。
背景技术
随着现在人们对牙齿质量和美观更高的追求，种植牙手术机器人的辅助口腔导航系统能为口腔医生提供很大的帮助，从而提高手术精度，降低手术操作难度，提高成功率和可靠性
现有的牙科手术机器人系统，多采用通用性的UR5工业机械臂，该机械臂为六轴，六自由度的机械臂，其对于位姿的正解和反解只是通过几个特定的位置进行计算，同时，该构型只是通过几根连杆构成，没有固定的引导构件，导致机构的运动轨迹无法确定，为避免误伤到患者，就需要给予该机构更大的空间。从而导致空间利用率低。UR5机构的限位是通过限定电机转动的角度实现的，单纯依靠电机来进行限位，其定位精度还有待提高。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种全新的种植牙科机器人构型，针对人类口腔的结构，专门设计了一种弧形结构，充分利用空间，用以提高做手术时的方便性和提高患者的舒适性。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种全新的种植牙科机器人构型，该种植牙科机器人构型包括双直线导轨、丝杠模组A、引导构件、限位构件、丝杠模组B和牙钻手机；所述丝杠模组A包括丝杠A和丝杠螺母A，所述丝杠A由电机A驱动，所述丝杠螺母A上固定有电机座，所述电机座上安装有电机B；所述引导构件包括弧形导轨，所述弧形导轨的一端与所述电机B的输出端转动连接，所述弧形导轨上配合有滑块；所述限位构件包括与所述弧形导轨固连的内齿圈，所述内齿圈的弧度和径向尺寸与弧形导轨一致，所述内齿圈啮合有由电机C驱动的齿轮，所述电机C的固定座与所述滑块固连；所述丝杠模组B固定在所述滑块上，所述丝杠模组B包括的丝杠B和丝杠螺母B，所述丝杠B由电机D驱动，所述牙钻手机通过末端连接件固定在所述丝杠螺母B上；所述牙钻手机具有四个自由度。
进一步讲，本发明所述的种植牙科机器人构型，其中：
所述弧形导轨的一端通过转动连接件与所述电机B的输出端连接。
所述内齿圈通过连接限位件与所述弧形导轨固连。
所述滑块为箱式结构，所述滑块的两内侧壁设有分别与所述弧形导轨两弧形侧面摩擦接触的滚轮组。
所述电机C驱动所述齿轮，所述齿轮带动与固定座固定的滑块沿所述弧形导轨滑动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明构型采用串联RCM(remot center of motion)机构(主要由弧形导轨7和滑块8组成)，在运动时具有固定的运动轨迹，极大的降低了牙科机器人在移动过程中的不确定性，提高了安全性。每个电机接连控制，实现种植牙机能绕空间一定点进行运动。
本发明中的机械臂的引导构件和限位构件是两个分别有各自的电机带动的两个构件组成。本发明的引导构件是通过双直行导轨和弧形导轨实现的，具有摩檫力小，具有确定的运动轨迹等优点。本发明的限位构件是通过丝杠，齿轮啮合，铝件限位实现的，丝杠限位具有定位精度高，稳定性好等优点，齿轮啮合限位具有稳定性好等特点，铝件限位能防止电机超过其行程，带来不必要的损伤，提高机构的安全性，可靠性。
附图说明
图1是本发明牙科手术机器人构型的视角一的立体图；
图2是图1所示牙科手术机器人构型的俯视图；
图3是图1所示牙科手术机器人构型的视角二的立体图；
图4是图1所示牙科手术机器人构型的视角三的立体图。
图中：
1-电机A 2-直线导轨 3-丝杠模组A
4-电机座 5-电机B 6-转动连接件
7-弧形导轨 8-滑块 9-连接限位件
10-电机D 11-丝杠模组B 12-末端连接件
13-牙钻手机 14-内齿圈 15-固定座
16-齿轮 17-电机C
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“A”、“B”、“C”、“D”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的种植牙科机器人构型的设计构思是，设计了一个四自由度的弧形导轨机构，并通过四个电机的串联控制实现执行终端的进给运动。其中的四个自由度包括两个直线副和两个转动副。为了实现控制的精确度，两个直线运动副的实现都是通过伺服电机带动丝杠模组实现的，其精度能控制在0.1mm以内。如图1所示，其中一个转动副是通过大扭矩电机(电机B 5)直接带动整个滑块结构(弧形导轨7及其与弧形导轨7相连的零部件)进行转动，另一个转动副是通过电机(电机C17)带动齿轮，依靠内齿圈进行空间中的转动，同时将该转动副的引导和限位同时集中于同一零件(弧形导轨7)，减少对空间的占用。
如图1至图4所示，本发明提出的一种全新的种植牙科机器人构型，包括双直线导轨2、丝杠模组A3、引导构件、限位构件、丝杠模组B11和牙钻手机13。
所述丝杠模组A3包括丝杠A和丝杠螺母A，所述丝杠A由电机A1驱动，所述丝杠螺母A上固定有电机座4，所述电机座4上安装有电机B5。
所述引导构件包括弧形导轨7，所述弧形导轨7的一端与所述电机B5的输出端转动连接，即所述弧形导轨7的一端通过转动连接件6与所述电机B5的输出端连接。所述弧形导轨7上配合有滑块8，所述滑块8为箱式结构，所述滑块8的两内侧壁设有分别与所述弧形导轨7两弧形侧面摩擦接触的滚轮组。
所述限位构件包括与所述弧形导轨7固连的内齿圈14，即所述内齿圈14通过连接限位件9与所述弧形导轨7固连。所述内齿圈14的弧度和径向尺寸与弧形导轨7一致，所述内齿圈14啮合有由电机C17驱动的齿轮16，所述电机C17的固定座15与所述滑块8固连，所述电机C17驱动所述齿轮16，所述齿轮16带动与固定座15固定的滑块8沿所述弧形导轨7滑动。本发明中，作为机械臂的引导构件和限位构件均集中于弧形导轨7，减少了对空间的占用。
所述丝杠模组B11固定在所述滑块8上，所述丝杠模组B11包括的丝杠B和丝杠螺母B，所述丝杠B由电机D10驱动，所述牙钻手机13通过末端连接件12固定在所述丝杠螺母B上；所述牙钻手机13具有四个自由度。
如图1至图4所示，本本发明实现的四个自由度的过程如下：
电机A1启动，通过联轴器带动丝杠模组A 2的丝杠A转动，丝杠A上的丝杠螺母A连接电机座4，从而实现电机座4在双直线导轨2上的直线运动，即第一个直线副的实现。
电机B 5启动，带动转动连接件6在空间中做定轴转动，转动连接件6固连弧形导轨7，使得弧形导轨7能在空间中实现转动，即第一个转动副的实现。电机C17固定在电机的固定座15上，固定座15固定在滑块8上，电机C17连接齿轮16，通过齿轮/齿圈传动，带动整个滑块8在弧形导轨7上进行圆弧运动，即第二个转动副实现。通过上述两个转动副，能实现RCM运动，在滑块的运动行程中，通过转动连接件6和连接限位件9两个零件实现对滑块运动的限位。
电机D10通过联轴器连接丝杠模组B11，丝杠模组B11上的丝杠螺母B(即滑块)连接末端连接件12，牙钻手机13固定在末端连接件12上。电机D10带动丝杠模组B11进行直线运动，进而再通过末端连接件12使牙钻手机13能进行直线运动，即第二个直线运动副完成。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种全新的种植牙科机器人构型，其特征在于，该种植牙科机器人构型包括双直线导轨(2)、丝杠模组A(3)、引导构件、限位构件、丝杠模组B(11)和牙钻手机(13)，
所述丝杠模组A(3)包括丝杠A和丝杠螺母A，所述丝杠A由电机A(1)驱动，所述丝杠螺母A上固定有电机座(4)，所述电机座(4)上安装有电机B(5)；
所述引导构件包括弧形导轨(7)，所述弧形导轨(7)的一端与所述电机B(5)的输出端转动连接，所述弧形导轨(7)上配合有滑块(8)；
所述限位构件包括与所述弧形导轨(7)固连的内齿圈(14)，所述内齿圈(14)的弧度和径向尺寸与弧形导轨(7)一致，所述内齿圈(14)啮合有由电机C(17)驱动的齿轮(16)，所述电机C(17)的固定座(15)与所述滑块(8)固连；
所述丝杠模组B(11)固定在所述滑块(8)上，所述丝杠模组B(11)包括的丝杠B和丝杠螺母B，所述丝杠B由电机D(10)驱动，所述牙钻手机(13)通过末端连接件(12)固定在所述丝杠螺母B上；所述牙钻手机(13)具有四个自由度。
2.根据权利要求1所述的种植牙科机器人构型，其特征在于，所述弧形导轨(7)的一端通过转动连接件(6)与所述电机B(5)的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的种植牙科机器人构型，其特征在于，所述内齿圈(14)通过连接限位件(9)与所述弧形导轨(7)固连。
4.根据权利要求1所述的种植牙科机器人构型，其特征在于，所述滑块(8)为箱式结构，所述滑块(8)的两内侧壁设有分别与所述弧形导轨(7)两弧形侧面摩擦接触的滚轮组。
5.根据权利要求4所述的种植牙科机器人构型，其特征在于，所述电机C(17)驱动所述齿轮(16)，所述齿轮(16)带动与固定座(15)固定的滑块(8)沿所述弧形导轨(7)滑动。
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