CN208442216U

CN208442216U - 一种行星轮系式rcm机构

Info

Publication number: CN208442216U
Application number: CN201721697514.2U
Authority: CN
Inventors: 沈嘉豪; 李秦川; 孙良; 郑亚超
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2027-12-08

Abstract

本实用新型公开了一种行星轮系式RCM机构。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。本实用新型包括转动杆驱动电机、转动杆、主动行星架驱动电机、固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、从动行星架、第二中间轮、第二行星轮、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧和手术刀电机。本实用新型通过在开链杆件上添加齿轮模拟平面四杆机构的运动来获得虚拟中心点，准确实现了手术刀绕虚拟中心点进行三个方向上的转动，并实现手术刀在过虚拟中心点的轴线上进行移动，从而在微创手术中准确定位手术位置点。

Description

一种行星轮系式RCM机构

技术领域

本实用新型属于医疗机械领域，涉及微创手术机械，具体说是一种可以使其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行星轮系式RCM机构。

背景技术

随着科学技术的发展，微创手术在逐渐成熟并且受到极大欢迎，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

本实用新型的目的是使用杆件齿轮组合来实现一种RCM机构。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括转动杆驱动电机、转动杆、主动行星架驱动电机、固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、从动行星架、第二中间轮、第二行星轮、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧和手术刀电机；所述转动杆驱动电机的底座固定在机架上；转动杆的一端与转动杆驱动电机的输出轴固定，且转动杆杆长方向与转动杆驱动电机的输出轴轴向平行；主动行星架驱动电机的底座固定在转动杆的另一端；主动行星架的一端与主动行星架驱动电机的输出轴固定；转动杆驱动电机的输出轴水平设置，且主动行星架驱动电机的输出轴与转动杆驱动电机的输出轴垂直；所述的固定轮与主动行星架驱动电机设置在转动杆同一端，并与转动杆固定；所述的第一中间轮铰接在主动行星架中部；第一行星轮和太阳轮均设置在从动行星架与主动行星架铰接的一端；所述的第一行星轮与从动行星架固定，太阳轮与主动行星架固定；所述的第二行星轮铰接在从动行星架的另一端；第一中间轮的两侧分别与固定轮和第一行星轮啮合；第二中间轮铰接在从动行星架中部，两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合。转动套筒的侧部与第二行星轮固定，移动套筒与转动套筒构成滑动副；所述的手术刀嵌套在移动套筒中，与手术刀电机的输出轴固定；手术刀的中心轴线与转动杆驱动电机的输出轴中心轴线相交；手术刀电机的底座固定在移动套筒上；手术刀电机的输出轴与主动行星架驱动电机的输出轴垂直；绳索电机的底座固定在转动套筒上；绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在移动套筒上；移动套筒通过弹簧回位。固定轮与第一行星轮的中心距等于第二行星轮与手术刀刀尖的距离，太阳轮与第二行星轮的中心距等于固定轮与手术刀刀尖的距离。

所述的移动套筒嵌套在转动套筒中。

所述的第一中间轮与固定轮和第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮和第二行星轮的传动比均为1。

所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒顶端的凸缘和转动套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别与移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面固定，所述的弹簧为拉伸弹簧。

本实用新型通过在开链杆件上添加齿轮模拟平面四杆机构的运动来获得虚拟中心点，准确实现了手术刀绕虚拟中心点进行三个方向上的转动，并实现手术刀在过虚拟中心点的轴线上进行移动，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。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构立体图。

图2是本实用新型的机构原理示意图。

图中：1、机架，2、转动杆驱动电机，3、转动杆，4、主动行星架驱动电机，5、固定轮，6、第一中间轮，7、主动行星架，8、第一行星轮，9、太阳轮，10、从动行星架，11、第二中间轮，12、第二行星轮，13、手术刀，14、移动套筒，15、转动套筒，16、绳索电机，17、弹簧，18、手术刀电机，O、虚拟中心点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和2所示，一种行星轮系式RCM机构，包括转动杆驱动电机2、转动杆3、主动行星架驱动电机4、固定轮5、第一中间轮6、主动行星架 7、第一行星轮8、太阳轮9、从动行星架10、第二中间轮11、第二行星轮 12、手术刀13、移动套筒14、绳索、转动套筒15、绳索电机16、弹簧17 和手术刀电机18；转动杆驱动电机2的底座固定在机架1上；转动杆3的一端与转动杆驱动电机2的输出轴固定，且转动杆3杆长方向与转动杆驱动电机2的输出轴轴向平行；转动杆驱动电机2驱动转动杆3绕自身中心轴线相对机架转动；主动行星架驱动电机4的底座固定在转动杆3的另一端；主动行星架7的一端与主动行星架驱动电机4的输出轴固定，主动行星架驱动电机4驱动主动行星架7相对转动杆转动；转动杆驱动电机2的输出轴水平设置，且主动行星架驱动电机4的输出轴与转动杆驱动电机2 的输出轴垂直；固定轮5与主动行星架驱动电机4设置在转动杆3同一端，并与转动杆3通过牙嵌固定；第一中间轮6铰接在主动行星架7中部；第一行星轮8和太阳轮9均设置在从动行星架10与主动行星架7铰接的一端；第一行星轮8与从动行星架10通过牙嵌固定，太阳轮9与主动行星架7通过渐开线花键固定；第二行星轮12铰接在从动行星架的另一端；第一中间轮6的两侧分别与固定轮5和第一行星轮8啮合；第二中间轮11铰接在从动行星架10中部，两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合。转动套筒15的侧部与第二行星轮12通过牙嵌固定，移动套筒14嵌套在转动套筒15中，并与转动套筒构成滑动副；手术刀13嵌套在移动套筒14中，与手术刀电机18的输出轴固定；手术刀13的中心轴线与转动杆驱动电机2的输出轴中心轴线相交；手术刀电机18的底座固定在移动套筒上，驱动手术刀13 相对移动套筒14转动；手术刀电机18的输出轴与主动行星架驱动电机4 的输出轴垂直；绳索电机16的底座固定在转动套筒15上；绳索的一端固定在绳索电机16的输出轴上，另一端固定在移动套筒14上；绳索电机16 为旋转电机，用于收放绳索；弹簧17套置在移动套筒14上，两端分别由移动套筒14顶端的凸缘和转动套筒15的顶面限位。固定轮5与第一行星轮8的中心距等于第二行星轮12与手术刀13刀尖的距离，太阳轮9与第二行星轮12的中心距等于固定轮5与手术刀13刀尖的距离。

第一中间轮与固定轮和第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮和第二行星轮的传动比均为1，各个电机的转动相互独立不耦合。

该行星轮系式RCM机构的工作原理是：

该机构的动力由四个电机输入，四个电机均通过电源供电。转动杆驱动电机2可以使转动杆3绕x轴转动实现一个方向的转动；主动行星架驱动电机4驱动主动行星架7相对转动杆3转动，而固定轮5与转动杆3固定，固定轮5与第一中间轮6啮合、第一中间轮6与第一行星轮8啮合，使得第一行星轮8相对转动杆3做平面运动；第一行星轮8与从动行星架 10固定，使得从动行星架10相对转动杆3做平面运动；太阳轮9与主动行星架7通过渐开线花键固定，而第二行星轮12与转动套筒15固定，太阳轮9与第二中间轮11啮合、第二中间轮11与第二行星轮12啮合，使得转动套筒15绕y轴实现一个方向的转动；手术刀电机18驱动手术刀13绕 z轴实现一个方向的转动，绳索电机16通过收放固定在移动套筒上的绳索控制嵌套在转动套筒中的手术刀实现z轴方向上的移动。这样，绳索电机 16不转动的情况下，不管转动杆驱动电机2、主动行星架驱动电机4和手术刀电机18如何配合动作(不管转速差为多少)，由于固定轮5的转动中心、第一行星轮8的转动中心(太阳轮9的转动中心与第一行星轮8的转动中心重合)、第二行星轮12的转动中心和手术刀13的刀尖这四点依次连线形成平行四边形机构，手术刀可以绕虚拟中心点O(刀尖)进行三个方向上的转动。当绳索电机16转动时，手术刀可以沿自身轴向(虚拟中心点O在轴线上)移动，从而实现一个方向的移动。因此，本实用新型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

1.一种行星轮系式RCM机构，包括转动杆驱动电机、转动杆、主动行星架驱动电机、固定轮、第一中间轮、主动行星架、第一行星轮、太阳轮、从动行星架、第二中间轮、第二行星轮、手术刀、移动套筒、绳索、转动套筒、绳索电机、弹簧和手术刀电机，其特征在于：所述转动杆驱动电机的底座固定在机架上；转动杆的一端与转动杆驱动电机的输出轴固定，且转动杆杆长方向与转动杆驱动电机的输出轴轴向平行；主动行星架驱动电机的底座固定在转动杆的另一端；主动行星架的一端与主动行星架驱动电机的输出轴固定；转动杆驱动电机的输出轴水平设置，且主动行星架驱动电机的输出轴与转动杆驱动电机的输出轴垂直；所述的固定轮与主动行星架驱动电机设置在转动杆同一端，并与转动杆固定；所述的第一中间轮铰接在主动行星架中部；第一行星轮和太阳轮均设置在从动行星架与主动行星架铰接的一端；所述的第一行星轮与从动行星架固定，太阳轮与主动行星架固定；所述的第二行星轮铰接在从动行星架的另一端；第一中间轮的两侧分别与固定轮和第一行星轮啮合；第二中间轮铰接在从动行星架中部，两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合；转动套筒的侧部与第二行星轮固定，移动套筒与转动套筒构成滑动副；所述的手术刀嵌套在移动套筒中，与手术刀电机的输出轴固定；手术刀的中心轴线与转动杆驱动电机的输出轴中心轴线相交；手术刀电机的底座固定在移动套筒上；手术刀电机的输出轴与主动行星架驱动电机的输出轴垂直；绳索电机的底座固定在转动套筒上；绳索的一端固定在绳索电机的输出轴上，另一端固定在移动套筒上；移动套筒通过弹簧回位；固定轮与第一行星轮的中心距等于第二行星轮与手术刀刀尖的距离，太阳轮与第二行星轮的中心距等于固定轮与手术刀刀尖的距离。

2.根据权利要求1所述的一种行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的移动套筒嵌套在转动套筒中。

3.根据权利要求1所述的一种行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的第一中间轮与固定轮和第一行星轮的传动比均为1，第二中间轮与太阳轮和第二行星轮的传动比均为1。

4.根据权利要求1所述的一种行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别由移动套筒顶端的凸缘和转动套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端分别与移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面固定，所述的弹簧为拉伸弹簧。