CN113749778A - 一种可用于微创手术的远程运动中心机构 - Google Patents

一种可用于微创手术的远程运动中心机构 Download PDF

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Abstract

一种可用于微创手术的远程运动中心机构，由基座、动平台、第一运动支链、第二运动支链、滑块、第一驱动电机、第二驱动电机和末端手术器械组成；所述第一运动支链包含第一连杆和第二连杆，所述第二运动支链包含第三连杆和第四连杆；所述基座与所述动平台通过所述第一运动支链的第一转动副，第二转动副，第三转动副和第二运动支链的第四转动副，第五转动副和第六转动副相连接；所述第一运动链的三个转动轴线相交于一点M，所述第二运动链的三个转动轴线相交于一点N，所述末端手术器械的轴线穿过所述M点和N点连线MN的中点O，形成一种可用于微创手术的远程运动中心机构。

Description

一种可用于微创手术的远程运动中心机构
技术领域
本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种可用于微创手术的远程运动中心机构。
背景技术
微创手术具有创伤小，且能减轻病人的痛苦和康复时间短等优点，成为了外科手术的重要发展方向。在进行微创手术时，通常都需要有手术机器人协助医生进行操作。对于微创手术机器人而言，末端手术器械作为输出构件，需要实现绕一个远端固定点转动甚至沿着过该固定点的轴线移动，然而在此固定点处并没有实际的运动副存在。通常这种运动模式可通过远程运动中心机构来实现。近年来，国内外研究人员设计了许多不同类型的远程运动中心机构。通常，现有的远程运动中心机构一般由多个关节串联或并联的方式构成。现有技术远程运动中心机构的不足如下。
现有技术远程运动中心机构的不足如下。
1、在现有技术中，由刚性连杆所构成的远程运动中心机构，其含有的连杆数量较多，精度不易保证。
2、在现有技术中，采用并联方式的远程运动中心机构，结构较复杂，连杆容易互相干涉，末端手术器械的转动范围较小。
发明内容
本发明公开的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其末端手术器械的运动空间范围较大，且结构简单，易加工和装配，刚性和对称性好，，可作为医疗显微操作器的姿态调整机构。
本发明的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，由基座、动平台、第一运动支链、第二运动支链、滑块、滑台、第一驱动电机、第二驱动电机和末端手术器械组成。所述第一运动支链包含第一连杆和第二连杆，所述第二运动支链包含第三连杆和第四连杆，所述第一连杆与第四连杆的结构相同，所述第二连杆与第三连杆的结构相同。所述第一连杆两端分别设有第一切刀部和第一容纳槽；所述第二连杆的两端分别设有第二容纳槽和第三容纳槽。所述第一连杆上的第一容纳槽与所述第三连杆的第二容纳槽结构相同；所述滑台安装在所述动平台的上端。
所述基座的上端面设有第一单耳座和第二单耳座，所述第一单耳座和所述第二单耳座的结构相同。所述动平台的下端面设有第三单耳座和第四单耳座，所述第三单耳座和所述第四单耳座的结构相同。所述末端手术器械与所述滑块固连，所述滑块与所述动平台上端的滑台形成移动副。
所述基座固定不动，所述基座上的第一单耳座与所述第一连杆上的第一容纳槽通过第一转动副J1构成转动连接，所述第一连杆的第一切刀部与所述第二连杆的第三容纳槽通过第二转动副J2构成转动连接，所述第二连杆的第二容纳槽与所述动平台的第三单耳座通过第三转动副J3构成转动连接。
所述第二单耳座与所述第三连杆的第二容纳槽通过第四转动副J4构成转动连接，所述第三连杆的第三容纳槽与所述第四连杆的第一切刀部通过第五转动副J5构成转动连接，所述第四连杆的第一容纳槽与所述第四单耳座通过第六转动副J6构成转动连接。
所述第一运动支链中，所述第一连杆、第二连杆均是弯杆。所述第一转动副J1、第二转动副J2、第三转动副J3的轴线相交于一点M；在所述第二运动支链中，所述第三连杆和第四连杆均为弯杆，所述第四转动副J4、第五转动副J5、第六转动副J6的轴线相交于一点N。所述末端手术器械的顶点与所述M点和N点连线MN的中点O重合，即点O为远程运动中心点。所述第一转动副J1与所述第四转动副J4始终空间相交于一点，所述第二转动副J2与所述第五转动副J5始终空间相交于一点，所述第三转动副J3与所述第六转动副J6始终空间相交于一点。
所述第一驱动电机的轴线与所述第一转动副J1的轴线重合，驱动所述第一连杆绕所述第一转动副J1转动，从而使得所述末端手术器械始终绕所述连线MN转动，且所述末端手术器械的轴线始终穿过中点O；所述第二驱动电机与所述滑块连接，使得所述末端手术器械可沿其轴线作直线运动，进而形成两自由度远程运动中心机构。
本发明的有益效果及发明点如下。
1、针对背景技术的第1点，将所述基座与所述动平台通过第一运动支链和第二运动支链连接，有效减少了远程运动中心机构的刚性连杆数量，且两支链的对称性能好，可实现末端位置高精度转动。
2、针对背景技术的第2点，通过对所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆的结构形状进行特殊设计，使得本发明的远程运动中心机构中末端手术器械的运动范围大，结构简单。
附图说明
图1 本发明远程运动中心机构一般运动状态下的结构示意图。
图2 本发明远程运动中心机构的第一支链的结构示意图。
图3 本发明远程运动中心机构的第二支链的结构示意图。
图4 本发明远程运动中心机构的基座结构示意图。
图5 本发明远程运动中心机构的末端盘结构示意图。
图6 本发明远程运动中心机构的滑块和末端手术器械结构示意图。
图7 本发明远程运动中心机构的第一连杆结构示意图。
图8本发明远程运动中心机构的第二连杆结构示意图。
图9 本发明远程运动中心机构闭合状态下的结构示意图。
图10 本发明远程运动中心机构张开状态下的结构示意图。
图中：1-基座，101-第一单耳座，102-第二单耳座，2-第一运动支链，201-第一连杆，202-第二连杆，3-第二运动支链，301-第三连杆，302-第四连杆，4-动平台，401-第三单耳座，402-第四单耳座，5-滑台，6-滑块，7-末端手术器械，8-第一驱动电机，9-第二驱动电机，10-第一切刀部，11-第一容纳槽，12-第二容纳槽，13-第三容纳槽，J1-第一转动副，J2-第二转动副，J3-第三转动副，J4-第四转动副，J5-第五转动副，J6-第六转动副。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明提出的一种可用于微创手术的远程运动中心机构作进一步详细说明。本发明的实施例只是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1-10所示，本发明的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，由基座1、动平台4、第一运动支链2、第二运动支链3、滑块6、滑台5、第一驱动电机8、第二驱动电机9和末端手术器械7组成。所述第一运动支链2包含第一连杆201和第二连杆202，所述第二运动支链3包含第三连杆301和第四连杆302，所述第一连杆201与第四连杆302的结构相同，所述第二连杆202与第三连杆301的结构相同。所述第一连杆201两端分别设有第一切刀部10和第一容纳槽11；所述第二连杆202的两端分别设有第二容纳槽12，第三容纳槽13。所述第一连杆201上的第一容纳槽11与所述第三连杆301的第二容纳槽12结构相同。所述滑台5安装在所述动平台4的上端。所述基座1的上端面设有第一单耳座101和第二单耳座102，所述第一单耳座101和第二单耳座102的结构相同。所述动平台4的下端面设有第三单耳座401和第四单耳座402，所述第三单耳座401和第四单耳座402的结构相同。所述末端手术器械7与所述滑块6固连。
如图1-5所示，所述基座1固定不动，所述基座1上的第一单耳座101与所述第一连杆201上的第一容纳槽11通过第一转动副J1构成转动连接，所述第一连杆201的第一切刀部10与所述第二连杆202的第三容纳槽13通过第二转动副J2构成转动连接，所述第二连杆202的第二容纳槽12与所述动平台4的第三单耳座401通过第三转动副J3构成转动连接；所述第二单耳座102与所述第三连杆301的第二容纳槽12通过第四转动副J4构成转动连接，所述第三连杆301的第三容纳槽13与所述第四连杆302的第一切刀部10通过第五转动副J5构成转动连接，所述第四连杆302的第一容纳槽11与所述第四单耳座402通过第六转动副J6构成转动连接。
如图2、图3，图7以及图8所示，所述第一运动支链2中，所述第一连杆201、第二连杆202均是弯杆。所述第一转动副J1、第二转动副J2、第三转动副J3的轴线相交于一点M；在所述第二运动支链3中，所述第三连杆301和第四连杆302均为弯杆，所述第四转动副J4、第五转动副J5、第六转动副J6的轴线相交于一点N。所述末端手术器械7的顶点与所述M点和N点连线MN的中点O重合，即点O为远程运动中心点。此外，所述第一转动副J1与所述第四转动副J4始终空间相交于一点，所述第二转动副J2与所述第五转动副J5始终空间相交于一点，所述第三转动副J3与所述第六转动副J6始终空间相交于一点。
在所述第一连杆201中，所述第一转动副J1的轴线与所述第一连杆201中所述第一容纳槽11的孔的轴线重合，所述第三转动副J3的轴线与所述第一连杆201中所述第一切刀部10的孔的轴线重合，所述第一转动副J1的轴线与所述第三转动副J3的轴线始终相交于M点。
在所述第二连杆202中，所述第三转动副J3的轴线与所述第二连杆202中所述第二容纳槽12的孔的轴线重合，所述第二转动副J2的轴线与所述第二连杆202中所述第三容纳槽13的孔的轴线重合，所述第二转动副J2的轴线与所述第三转动副J3的轴线也始终相交于M点。
在所述第三连杆301中，所述第四转动副J4的轴线与所述第三连杆301中所述第二容纳槽12的孔的轴线重合，所述第六转动副J6的轴线与所述第三连杆301中所述第三容纳槽13的孔的轴线重合，所述第四转动副J4的轴线与所述第六转动副J6的轴线也始终相交于N点。
在所述第四连杆302中，所述第六转动副J6的轴线与所述第四连杆302中所述第一切刀部10的孔的轴线重合，所述第五转动副J5的轴线与所述第四连杆302中所述第一容纳槽11的孔的轴线重合，所述第五转动副J5的轴线与所述第六转动副J6的轴线也始终相交于N点；
所述第一驱动电机8的轴线与第一转动副J1重合，当第一驱动电机8驱动时，末端手术器械7始终绕所述连线MN转动，且末端手术器械7的轴线始终穿过中点O。所述滑块6与动平台4上端的滑台5形成移动副。所述第二驱动电机9与滑块6连接，使得末端手术器械7可沿其轴线作直线运动，进而形成一种可用于微创手术的两自由度远程运动中心机构。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：由基座（1）、动平台(4)、第一运动支链（2）、第二运动支链（3）、滑块（6）、滑台（5）、第一驱动电机（8）、第二驱动电机（9）和末端手术器械（7）组成；所述第一运动支链（2）包含第一连杆（201）和第二连杆（202），所述第二运动支链（3）包含第三连杆（301）和第四连杆（302）；所述第一连杆（201）两端分别设有第一切刀部（10）和第一容纳槽（11）；所述第二连杆（202）的两端分别设有第二容纳槽（12）和第三容纳槽（13）；
所述基座（1）的上端面设有第一单耳座（101）和第二单耳座（102），所述动平台(4)的下端面设有第三单耳座（401）和第四单耳座（402）；所述基座（1）上的第一单耳座（101）与所述第一连杆（201）上的第一容纳槽（11）通过第一转动副（J1）构成转动连接，所述第一连杆（201）的第一切刀部（10）与所述第二连杆（202）的第三容纳槽（13）通过第二转动副（J2）构成转动连接，所述第二连杆（202）的第二容纳槽（12）与所述动平台(4)的第三单耳座（401）通过第三转动副（J3）构成转动连接；
所述第二单耳座（102）与所述第三连杆（301）的第二容纳槽（12）通过第四转动副（J4）构成转动连接，所述第三连杆（301）的第三容纳槽（13）与所述第四连杆（302）的第一切刀部（10）通过第五转动副（J5）构成转动连接，所述第四连杆（302）的第一容纳槽（11）与所述第四单耳座（402）通过第六转动副（J6）构成转动连接；
所述第一转动副（J1）、第二转动副（J2）、第三转动副（J3）的轴线始终相交于一点M；所述第四转动副（J4）、第五转动副（J5）、第六转动副（J6）的轴线始终相交于一点N；所述末端手术器械（7）的轴线穿过所述M点和N点连线MN的中点O，即点O为远程运动中心点；
所述基座（1）上第一单耳座（101）和第二单耳座（102）的孔的轴线始终相交，且角度为150度；所述动平台(4)上第三单耳座（401）和第四单耳座（402）的孔的轴线相交，角度为150度；所述第一转动副（J1）的轴线与所述第四转动副（J4）的轴线始终空间相交，所述第二转动副（J2）的轴线与所述第五转动副（J5）的轴线始终空间相交，所述第三转动副（J3）的轴线与所述第六转动副（J6）的轴线始终空间相交；
在所述第一连杆（201）中，所述第一转动副（J1）的轴线与所述第一连杆（201）中所述第一容纳槽（11）的孔的轴线重合，所述第三转动副（J3）的轴线与所述第一连杆（201）中所述第一切刀部（10）的孔的轴线重合，所述第一转动副（J1）的轴线与所述第三转动副（J3）的轴线始终相交于M点；
在所述第二连杆（202）中，所述第三转动副（J3）的轴线与所述第二连杆（202）中所述第二容纳槽（12）的孔的轴线重合，所述第二转动副（J2）的轴线与所述第二连杆（202）中所述第三容纳槽（13）的孔的轴线重合，所述第二转动副（J2）的轴线与所述第三转动副（J3）的轴线也始终相交于M点；
在所述第三连杆（301）中，所述第四转动副（J4）的轴线与所述第三连杆（301）中所述第二容纳槽（12）的孔的轴线重合，所述第六转动副（J6）的轴线与所述第三连杆（301）中所述第三容纳槽（13）的孔的轴线重合，所述第四转动副（J4）的轴线与所述第六转动副（J6）的轴线始终相交于N点；
在所述第四连杆（302）中，所述第六转动副（J6）的轴线与所述第四连杆（302）中所述第一切刀部（10）的孔的轴线重合，所述第五转动副（J5）的轴线与所述第四连杆（302）中所述第一容纳槽（11）的孔的轴线重合，所述第五转动副（J5）的轴线与所述第六转动副（J6）的轴线也始终相交于N点；
所述第一驱动电机（8）的轴线与第一转动副（J1）的轴线重合，驱动所述第一连杆（201）绕所述第一转动副（J1）转动，从而使得所述末端手术器械（7）始终绕所述连线MN转动，且末端手术器械（7）的轴线始终穿过中点O；所述末端手术器械（7）与所述滑块（6）固连，所述滑块（6）与所述动平台(4)上端的滑台（5）形成移动副；所述第二驱动电机（9）与滑块（6）连接，使得末端手术器械（7）可沿其轴线作直线运动，进而构成一种可用于微创手术的远程运动中心机构。
2.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：在所述第一运动支链（2）中，所述第一连杆（201）和所述第二连杆（202）为弯杆。
3.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：在所述第二运动支链（3）中，所述第三连杆（301）和所述第四连杆（302）为弯杆。
4.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：所述第一单耳座（101）和所述第二单耳座（102）的结构相同。
5.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：所述第三单耳座（401）和所述第四单耳座（402）的结构相同。
6.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：所述第一连杆（201）与所述第四连杆（302）的结构相同，所述第二连杆（202）与所述第三连杆（301）的结构相同。
7.根据权利要求1所述的一种可用于微创手术的远程运动中心机构，其特征在于：所述第一连杆（201）上的第一容纳槽（11）与所述第三连杆（301）的第二容纳槽（12）结构相同。
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