二行星架八齿行星轮系式RCM机构的制作方法

文档序号:15429354发布日期:2018-09-14 21:24阅读:245来源:国知局

本实用新型属于医疗机械领域,涉及微创手术机械,具体来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机构,来满足微创手术的要求。



背景技术:

随着科学技术的发展,“微创”这一概念已深入到外科手术的各种领域,利用现代医疗器械及相关设备进行的手术及微创手术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;微创手术更注重病人的心理、社会、生理、精神风貌、生活质量的改善与康复,最大程度体贴病人,降低了传统手术对人体的危害,减轻病人的痛苦,相比较之下人们都更加倾向于微创手术。

由于病人身上切口的限制,传统手术操作空间有限,有时候光靠医生的双手很难直接完成手术,微创手术却可以很好的解决这种问题,所以现在手术中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。



技术实现要素:

本实用新型的目的是使杆件齿轮组合来实现一种RCM机构,该机构具有手术位置点定位准确、机构简单、设计及装配容易的特点。

为了达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:

二行星架八齿行星轮系式RCM机构,其特征在于该机构包括轴线相互平行的固定轮、第一中间轮、两个传动轮,第一行星轮、太阳轮、从动行星架、第二中间轮以及第二行星轮,还包括转动杆电机、转动杆、主动行星架电机、手术刀、转动套筒、移动套筒、弹簧、手术刀电机、绳索、绳索电机;所述的转动杆电机的底座安装在机架上,转动杆的一端与转动杆电机的输出轴固定,且转动杆的杆长方向与转动杆电机输出轴的轴线平行;主动行星架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电机的输出轴固定;主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴均水平设置,转动杆电机的输出轴与主动行星架电机的输出轴垂直;所述的固定轮与主动行星架电机固定在转动杆的同一端,第一中间轮铰接在主动行星架的中间部分,第一行星轮与太阳轮同轴设置在主动行星架与从动行星架铰接的一端,第一行星轮与从动行星架固定连接,太阳轮与主动行星架固定连接,第二行星轮铰接在从动行星架的另一端;第一中间轮两侧分别通过一个传动轮与第一行星轮及固定轮啮合,第二中间轮铰接在从动行星架的中间,两侧分别与第二行星轮及太阳轮啮合;转动套筒的侧面与第二行星轮固定,移动套筒穿插在转动套筒内且与转动套筒组成滑动副;所述的手术刀可转动地嵌在移动套筒中,且由手术刀电机驱动,手术刀的输出轴心线与转动杆的输出轴的中心线相交一点,固定轮与第一行星轮的中心距等于第二行星轮到手术刀刀尖的距离;

手术刀电机底座固定在移动套筒上,手术刀电机的输出轴与转动杆电机输出轴、主从动行星架电机的输出轴均垂直;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输出轴一端,另一端固定在移动套筒上;移动套筒上还穿套有用于其复位的弹簧。

所述的第一中间轮与固定轮、两传动轮与第一行星轮的传动比均为1,第二中间轮与太阳轮及与第二行星轮的传动比均为1。

所述的弹簧穿套在移动套筒上,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,弹簧两端分别由移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面限位,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、转动杆电机,3、转动杆,4、主动行星架电机,5、固定轮,6、传动轮,7、主动行星架,8、第一中间轮,9、传动轮,10、第一行星轮,11、太阳轮,12、从动行星架,13、第二中间轮,14、第二行星轮,15、手术刀,16、移动套筒,17、转动套筒,18、绳索电机,19、弹簧,20、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,包括转动杆电机2、转动杆3、主动行星架电机4、固定轮5、第一中间轮8、主动行星架7、第一行星轮10、太阳轮11、从动行星架12、第二中间轮13、第二行星轮14、手术刀15、移动套筒16、转动套筒17、绳索、绳索电机18、弹簧19和手术刀电机20;转动杆电机2的底座固定在机架1上;转动杆3的一端与转动杆电机2的输出轴固定,且转动杆3的杆长方向与转动杆电机的输出轴轴线平行;转动杆电机驱动转动杆绕自身中心轴线相对机架转动;主动行星架电机4的底座固定在转动杆的另一端;主动行星架7的一端与主动行星架电机的输出轴固定,主动行星架电机驱动主动行星架相对转动杆转动;主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴均水平设置,且主动行星架电机的输出轴与转动杆电机的输出轴垂直;固定轮5与主动行星架电机设置在转动杆3同一端,并与转动杆固定(优选通过牙嵌固定);第一中间轮8铰接在主动行星架7中部;第一行星轮10和太阳轮11同轴设置在从动行星架12与主动行星架铰接的一端;第一行星轮与从动行星架固定(优选通过牙嵌固定),太阳轮与主动行星架通过渐开线花键固定;第二行星轮14铰接在从动行星架的另一端;第二中间轮13铰接在从动行星架12中部,两侧分别与太阳轮和第二行星轮啮合。转动套筒17的侧部与第二行星轮14固定(优选通过牙嵌固定),移动套筒16插入转动套筒内构成滑动副;手术刀13可转动地嵌套在移动套筒中,并由手术刀电机20驱动(可通过齿轮副之类的传动机构驱动);手术刀15的中心轴线与转动杆电机2的输出轴轴线相交,固定轮5与第一行星轮10的中心距等于第二行星轮14与手术刀15刀尖的距离;手术刀电机的底座固定在移动套筒上,驱动手术刀15相对移动套筒16转动;手术刀电机的输出轴与转动杆电机2及主动行星架电机4的输出轴均垂直,即竖直设置;绳索电机18(常规产品)的底座固定在转动套筒17上;绳索(通常是钢丝绳)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;绳索电机为旋转电机,用于收放绳索;弹簧19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,或者是拉伸弹簧。

第一中间轮与固定轮和两传动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。

该二行星架八齿行星轮系式RCM机构的工作原理是:

该机构的动力由四个电机输入。转动杆电机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与传动轮啮合,传动轮与第一中间轮8啮合、第一中间轮8与传动轮啮合,传动轮与第一行星轮10啮合,使得第一行星轮10相对转动杆3作平面运动;第一行星轮10与从动行星架12固定,使得从动行星架12相对转动杆3做平面运动;太阳轮11与主动行星架7通过渐开线花键固定,而第二行星轮14与套筒16固定,太阳轮11与第二中间轮13啮合、第二中间轮13与第二行星轮14啮合,使得转动套筒17绕y轴实现一个方向的转动;手术刀电机20驱动手术刀15绕z轴实现一个方向的转动,绳索电机18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,当绳索电机不转动时,由于固定轮5的转动中心、第一行星轮10的转动中心(太阳轮11的转动中心与第一行星轮10的转动中心重合)、第二行星轮14的转动中心和手术刀15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17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。

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