CN115300105A - 一种用于微创手术机器人末端的rcm机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，包括底座、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、直线运动输出机构、手术器械；底座的一端有连接孔，孔的轴线为第一转轴；连杆Ⅰ与底座铰接，连杆Ⅰ绕第二转轴运动；第一转轴与手术器械延长线相交于一点，即远程运动中心点(Remotemotioncenter,RCM点)；第一转轴、手术器械及其延长线和各连杆构成相似三角形。本发明的RCM机构的整体尺寸小，质量轻，便于安装和使用，扩大了微创手术机器人的工作空间，可靠性高，大大提高了手术的安全性。

Description

一种用于微创手术机器人末端的RCM机构

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域。具体涉及一种用于微创手术机器人末端的RCM机构。

背景技术

传统的微创手术(如腹腔镜手术和经皮穿刺手术等)由经验丰富的医生完成，但其诊疗效果对医生能力和经验的严重依赖性限制了微创手术的推广。将机器人技术和传统微创手术相结合的微创手术机器人被普遍认为是一种可以解决传统手术缺点的有效方法。

微创机器人可以按照医生规划的路径自动调整手术器械的位置和姿态，完成高定位精度、无颤抖的手术操作，从而缩短手术时间、降低医生劳动并且避免了由医生手部生理震颤可能导致手术意外的风险。微创手术机器人在稳定性、精准性和安全性方面与医生手动操作具有明显优势。

微创手术机器人一般包含机器人手臂和设置在机器人手臂末端的RCM定位装置，其中，RCM定位装置提供了一个远程运动中心(Remote motion center，RCM)，该远程运动中心点与微创手术切口重合，确保在手术过程中对手术器械姿态的调整不会导致手术器械与病人皮肤表面的手术切口发生拉扯，从而最大限度的保证手术的安全性。

当前主流的微创手术机器人RCM机构均采用双平行四边形机构，此种RCM机构存在结构复杂、精度较低、刚度较差等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有远程运动中心、结构合理简单、定位精度较高、稳定性较好、刚度满足要求的用于微创手术机器人末端的RCM机构。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，包括底座、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、直线运动输出机构、手术器械；所述底座的一端有连接孔，孔的轴线为第一转轴；所述连杆Ⅰ与底座铰接，连杆Ⅰ绕第二转轴运动；所述第一转轴与手术器械延长线相交于一点，即远程运动中心点(Remote motion center，RCM点)；所述第一转轴、手术器械及其延长线和各连杆构成相似三角形。

进一步，所述直线运动输出机构两侧开设有沿其直线运动方向上的导向槽，所述导向槽内滑动连接有可沿开槽方向直线运动的滑块。

进一步，所述连杆Ⅰ的另一端与直线运动输出机构铰接；所述连杆Ⅱ的一端与底座铰接，另一端与直线运动输出机构上的滑块铰接；所述连杆Ⅰ与连杆Ⅱ平行；所述连杆Ⅰ与连杆Ⅱ的中段分别与连杆Ⅲ铰接；所述连杆Ⅲ与第一转轴平行。

进一步，所述手术器械设置在直线运动输出机构上，所述手术器械的轴线与直线运动输出机构的直线运动方向平行。

进一步，所述第一转轴和第二转轴上添加有外驱动力矩。

进一步，所述直线运动输出机构为电动缸或液压缸或气动缸或直线滑台。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用基于相似三角形杆系的RCM机构，该RCM机构具有较大的刚性，可用于负载较大的场合。该RCM机构安装在微创手术机器人末端，可以实现两个转动和一个移动自由度，方便手术器械的定位与姿态调整，扩大了手术的可达空间。与传统微创手术机械臂所用的双平行四边形机构相比，结构简单，稳定性好，进一步实现微创手术机器人机械臂的轻量化与小型化。本发明相比传统的RCM机构具有更强的实用性、操作性和安全性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明该实施例的正视图。

图3为本发明该实施例第二转轴旋转自由度的运动示意图。

图4为本发明该实施例平移自由度的运动示意图。

附图中：

1-底座；2-连杆Ⅰ；3-连杆Ⅱ；4-连杆Ⅲ、5-直线运动输出机构；6-手术器械；7-第一转轴；8-第二转轴；9-手术器械延长线；10-RCM点；11-滑块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，本发明并不局限于附图和以下实施例。

在发明的描述中，需要说明的是，对于术语，如“第一”、“第二”仅用于描述目的，用以区别技术特征，不具有实质含义，不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。

图1是本发明的结构示意图，从图1可以看出其整体的三维结构。如图1所示，本发明一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，包括底座1、连杆Ⅰ2、连杆Ⅱ3、连杆Ⅲ4、直线运动输出机构5、手术器械6；底座的一端有连接孔，孔的轴线为第一转轴7；连杆Ⅰ2与底座1铰接，连杆Ⅰ2绕第二转轴8运动；第一转轴1与手术器械延长线9相交于一点，即RCM点10；如图2所示，第一转轴7、手术器械6及其延长线9和各连杆构成相似三角形。三角形AGE相似于三角形BGF，根据相似三角形原理，RCM点10是一个不动点，实现了一种用于微创手术机器人末端的RCM机构。

在本实施例中，直线运动输出机构5两侧开设有沿其直线运动方向上的导向槽，导向槽内滑动连接有可沿开槽方向直线运动的滑块11。连杆Ⅰ2的另一端与直线运动输出机构5铰接；连杆Ⅱ3的一端与底座1铰接，另一端与直线运动输出机构5上的滑块11铰接；连杆Ⅰ2与连杆Ⅱ3平行；连杆Ⅰ2与连杆Ⅱ3的中段分别与连杆Ⅲ4铰接，连杆Ⅲ4与第一轴线7平行。

在本实施例中，手术器械6设置在直线运动输出机构5上，手术器械6的轴线与直线运动输出机构5的直线运动方向平行。

在本实施例中，第一转轴7和第二转轴8上添加有外驱动力矩。通过驱动力矩T1的驱动作用实现底座绕第一转轴7的旋转运动；通过驱动力矩T2的驱动作用实现相似三角形机构绕第二转轴8的旋转运动(如图3所示)；通过直线运动输出机构5的驱动作用实现手术器械沿其轴线的运动(如图4所示)。

作为上述方案的进一步改进，直线运动输出机构5为电动缸或液压缸或气动缸或直线滑台。本实施例中，直线运动输出机构采用直线滑台，也可根据实际使用情况进行同类产品的替换。

上述实施例用于微创手术机器人末端的RCM机构，包括底座、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、直线运动输出机构、手术器械；底座的一端有连接孔，孔的轴线为第一转轴；连杆Ⅰ与底座铰接，连杆Ⅰ绕第二转轴运动；第一转轴与手术器械延长线相交于一点，即远程运动中心点(Remote motion center,RCM点)；第一转轴、手术器械及其延长线和各连杆构成相似三角形。本发明上述实施例的RCM机构的整体尺寸小，质量轻，便于安装和使用，扩大了微创手术机器人的工作空间，可靠性高，大大提高了手术的安全性。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，包括底座(1)、连杆Ⅰ(2)、连杆Ⅱ(3)、连杆Ⅲ(4)、直线运动输出机构(5)、手术器械(6)；所述底座(1)的一端有连接孔，孔的轴线为第一转轴(7)；所述连杆Ⅰ(2)一端与底座(1)铰接，连杆Ⅰ(2)绕第二转轴(8)运动；所述第一转轴(7)与手术器械延长线(9)相交于一点，即远程运动中心点，RCM点(10)；所述第一转轴(7)、手术器械(6)及其延长线(9)和各连杆构成相似三角形。

2.根据权利要求1所述的一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，所述直线运动输出机构(5)两侧开设有沿其直线运动方向上的导向槽，所述导向槽内滑动连接有能够沿开槽方向直线运动的滑块(11)。

3.根据权利要求1所述的一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，所述连杆Ⅰ(2)的另一端与直线运动输出机构(5)铰接；所述连杆Ⅱ(3)的一端与底座(1)铰接，另一端与直线运动输出机构(5)上的滑块(11)铰接；所述连杆Ⅰ(2)与连杆Ⅱ(3)平行；所述连杆Ⅰ(2)与连杆Ⅱ(3)的中段分别与连杆Ⅲ(4)铰接；所述连杆Ⅲ(4)与第一转轴(7)平行。

4.根据权利要求1所述的一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，所述手术器械(6)设置在直线运动输出机构(5)上，所述手术器械(6)的轴线与直线运动输出机构(5)的直线运动方向平行。

5.根据权利要求1所述的一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，所述第一转轴(7)和第二转轴(8)上添加有外驱动力矩。

6.根据权利要求1所述的一种用于微创手术机器人末端的RCM机构，其特征在于，所述直线运动输出机构(5)为电动缸或液压缸或气动缸或直线滑台。

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