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三 行星架十齿第二行星架二级 行星轮系式RCM机构

阅读：594发布：2020-12-24

专利汇可以提供三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构。RCM机构在微创手术中被广泛使用，该机构可以帮助医生在微创手术中顺利完成手术刀的操作。本实用新型的转动电机使转动杆实现一个方向的转动；输入电机驱动连杆，并经连杆、第一行星架以及第二行星架上的各个齿轮传动，使得套筒实现一个方向的转动；手术刀电机驱动手术刀实现一个方向的转动，绳索电机控制嵌套在套筒中的手术刀实现一个方向上的移动。本实用新型准确实现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。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构专利的具体信息内容。

权利要求

1.三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，包括机架、转动电机、转动杆、手术刀电机、弹簧、绳索、绳索电机、套筒、滑道、手术刀和输入电机，其特征在于：还包括中间传动轮系；所述的转动电机固定在机架上；转动杆的一端与转动电机的输出轴固定，输入电机固定在转动杆的另一端；转动电机的输出轴水平设置，且输入电机的输出轴轴线与转动电机的输出轴轴线垂直设置；
所述的中间传动轮系包括第一传动齿轮、副传动轴、中心齿轮、中心轴、第二传动齿轮、连杆、固定齿轮、主传动轴、第一太阳轮、第一行星架、第一中间轴、第一中间齿轮、第一行星齿轮、第二太阳轮、第一行星轴、第二行星架、第二中间轴、第二中间齿轮、第二行星齿轮和第二行星轴；所述的主传动轴与输入电机的输出轴固定；所述的固定齿轮空套在主传动轴上，并与转动杆固定；主传动轴两端分别与连杆一端和第一太阳轮固定，副传动轴通过轴承支承在连杆另一端；第一传动齿轮和第二传动齿轮固定在副传动轴两端；第二传动齿轮与固定齿轮啮合；中心轴通过轴承支承在主传动轴内；所述的中心齿轮与中心轴固定，并与第一传动齿轮啮合；第一行星架的一端与中心轴固定；第一中间轴固定在第一行星架中部，第一行星轴通过轴承支承在第一行星架另一端；所述的第一中间齿轮通过轴承支承在第一中间轴上，并与第一太阳轮啮合；所述的第一行星齿轮固定在第一行星轴上，并与第一中间齿轮啮合；第二太阳轮固定在第一行星架另一端；第二行星架的一端与第一行星轴固定，第二中间轴固定在第二行星架中部，第二行星轴固定在第二行星架另一端；所述的第二中间齿轮通过轴承支承在第二中间轴上，并与第二太阳轮啮合；所述的第二行星齿轮通过轴承支承在第二行星轴上，并与第二中间齿轮啮合；固定轮动力传至第二行星齿轮的总传动比为
1，所述的第二太阳轮、第二中间齿轮和第二行星齿轮均为非圆齿轮，转动电机停止状态下，第二行星齿轮旋转中心的运动轨迹为圆弧段；
所述套筒的侧部与第二行星齿轮固定；所述的滑道与套筒构成滑动副；手术刀嵌套在滑道中，手术刀的顶端与手术刀电机的输出轴固定；所述的手术刀电机固定在滑道上；手术刀电机的输出轴与转动电机的输出轴轴线相交，且手术刀电机的输出轴轴线与输入电机的输出轴轴线垂直；套筒与滑道之间设置弹簧，绳索电机固定在套筒上；绳索一端固定在滑道上，另一端固定在绳索电机的输出轴上。
2.根据权利要求1所述的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的滑道嵌套在套筒内。
3.根据权利要求1所述的三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在滑道上，弹簧两端分别由滑道顶端的凸缘和套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

说明书全文

三行星架十齿第二行星架二级 行星轮系式RCM机构

技术领域

[0001] 本实用新型属于医疗机械领域，涉及微创手术机械，具体涉及一种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平面轮系RCM机构。

背景技术

[0002] 随着科学技术的快速发展，微创手术日趋成熟并且受到极大的欢迎，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。

[0003] 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

[0004] 本实用新型的目的是根据微创手术医疗器械的要求，提供一种平面轮系式RCM机构。

[0005] 为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

[0006] 本实用新型包括机架、转动电机、转动杆、手术刀电机、弹簧、绳索、绳索电机、套筒、滑道、手术刀、中间传动轮系和输入电机；所述的转动电机固定在机架上；转动杆的一端与转动电机的输出轴固定，输入电机固定在转动杆的另一端；转动电机的输出轴水平设置，且输入电机的输出轴轴线与转动电机的输出轴轴线垂直设置。

[0007] 所述的中间传动轮系包括第一传动齿轮、副传动轴、中心齿轮、中心轴、第二传动齿轮、连杆、固定齿轮、主传动轴、第一太阳轮、第一行星架、第一中间轴、第一中间齿轮、第一行星齿轮、第二太阳轮、第一行星轴、第二行星架、第二中间轴、第二中间齿轮、第二行星齿轮和第二行星轴；所述的主传动轴与输入电机的输出轴固定；所述的固定齿轮空套在主传动轴上，并与转动杆固定；主传动轴两端分别与连杆一端和第一太阳轮固定，副传动轴通过轴承支承在连杆另一端；第一传动齿轮和第二传动齿轮固定在副传动轴两端；第二传动齿轮与固定齿轮啮合；中心轴通过轴承支承在主传动轴内；所述的中心齿轮与中心轴固定，并与第一传动齿轮啮合；第一行星架的一端与中心轴固定；第一中间轴固定在第一行星架中部，第一行星轴通过轴承支承在第一行星架另一端；所述的第一中间齿轮通过轴承支承在第一中间轴上，并与第一太阳轮啮合；所述的第一行星齿轮固定在第一行星轴上，并与第一中间齿轮啮合；第二太阳轮固定在第一行星架另一端；第二行星架的一端与第一行星轴固定，第二中间轴固定在第二行星架中部，第二行星轴固定在第二行星架另一端；所述的第二中间齿轮通过轴承支承在第二中间轴上，并与第二太阳轮啮合；所述的第二行星齿轮通过轴承支承在第二行星轴上，并与第二中间齿轮啮合。固定轮动力传至第二行星齿轮的总传动比为1，所述的第二太阳轮、第二中间齿轮和第二行星齿轮均为非圆齿轮，转动电机停止状态下，第二行星齿轮旋转中心的运动轨迹为圆弧段。

[0008] 所述套筒的侧部与第二行星齿轮固定；所述的滑道与套筒构成滑动副；手术刀嵌套在滑道中，手术刀的顶端与手术刀电机的输出轴固定；所述的手术刀电机固定在滑道上；手术刀电机的输出轴与转动电机的输出轴轴线相交，且手术刀电机的输出轴轴线与输入电机的输出轴轴线垂直；套筒与滑道之间设置弹簧，绳索电机固定在套筒上；绳索一端固定在滑道上，另一端固定在绳索电机的输出轴上。

[0009] 所述的滑道嵌套在套筒内。

[0010] 所述的弹簧套置在滑道上，弹簧两端分别由滑道顶端的凸缘和套筒的顶面限位，所述的弹簧为压缩弹簧。

[0011] 本实用新型的有益效果是：

[0012] 1.本实用新型解决了3行星架轮系式平面RCM机构应用于医疗器械的问题。本实用新型准确实现手术刀绕着一个虚拟中心点运动，并实现手术刀在过虚拟中心点的轴线上进行移动，可以使手术刀绕着需要动手术的患处运动，提高手术下刀的精准度，同时可以实现手术刀从不同的角度下刀，操作简单，手术结束时可以用电机使手术刀退出到安全范围，能为提高手术的成功率做出贡献。

[0013] 2.本实用新型的执行末端较细，包裹手术刀为套筒，手术时医护人员的视野较好。本实用新型的连杆和第一行星架短小，整套机构在竖直方向上的尺寸小，在水平方向的尺寸大，保证手术刀离支架较远，从而增大了医护人员的作业空间。

[0014] 3.本实用新型采用的是轮系式的RCM机构，传动平稳可靠，运动平缓。该机构的齿轮均为平面齿轮，易于加工且成本大大降低，更适合于生产实践。附图说明

[0015] 图1是本实用新型的中间传动轮系结构原理图。

[0016] 图2是本实用新型的整体结构立体图。

[0017] 图3是本实用新型中连杆上的齿轮啮合状态图。

[0018] 图4是本实用新型中第一行星架上的齿轮啮合状态图。

[0019] 图5是本实用新型中第二行星架上的齿轮啮合状态图。

[0020] 图中：1、第一传动齿轮，2、副传动轴，3、中心齿轮，4、中心轴，5、第二传动齿轮，6、连杆，7、固定齿轮，8、主传动轴，9、第一太阳轮，10、第一行星架，11、第一中间轴，12、第一中间齿轮，13、第一行星齿轮，14、第二太阳轮，15、第一行星轴，16、第二行星架，17、第二中间轴，18、第二中间齿轮，19、第二行星齿轮，20、第二行星轴，21、机架，22、转动电机，23、转动杆，24、手术刀电机，25、弹簧，26、绳索，27、绳索电机，28、套筒，29、滑道，30、手术刀。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

[0022] 如图1、2、3、4和5所示，三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，包括机架21、转动电机22、转动杆23、手术刀电机24、弹簧25、绳索26、绳索电机27、套筒28、滑道29、手术刀30、中间传动轮系和输入电机；转动电机22固定在机架21上；转动杆23的一端与转动电机22的输出轴固定，输入电机固定在转动杆23的另一端；转动电机22的输出轴水平设置，且输入电机的输出轴轴线与转动电机22的输出轴轴线垂直设置。

[0023] 中间传动轮系包括第一传动齿轮1、副传动轴2、中心齿轮3、中心轴4、第二传动齿轮5、连杆6、固定齿轮7、主传动轴8、第一太阳轮9、第一行星架10、第一中间轴11、第一中间齿轮12、第一行星齿轮13、第二太阳轮14、第一行星轴15、第二行星架16、第二中间轴17、第二中间齿轮18、第二行星齿轮19和第二行星轴20；主传动轴8与输入电机的输出轴固定；固定齿轮7空套在主传动轴8上，并与转动杆23固定；主传动轴8两端分别与连杆6一端和第一太阳轮9固定，副传动轴2通过轴承支承在连杆6另一端；第一传动齿轮1和第二传动齿轮5固定在副传动轴2两端；第二传动齿轮5与固定齿轮7啮合；中心轴4通过轴承支承在主传动轴8内(主传动轴8为空心轴)；中心齿轮3与中心轴4固定，并与第一传动齿轮1啮合；第一行星架10的一端与中心轴4固定；第一中间轴11固定在第一行星架10中部，第一行星轴15通过轴承支承在第一行星架10另一端；第一中间齿轮12通过轴承支承在第一中间轴11上，并与第一太阳轮9啮合；第一行星齿轮13固定在第一行星轴15上，并与第一中间齿轮12啮合；第二太阳轮14固定在第一行星架10另一端；第二行星架16的一端与第一行星轴15固定，第二中间轴17固定在第二行星架16中部，第二行星轴20固定在第二行星架16另一端；第二中间齿轮
18通过轴承支承在第二中间轴17上，并与第二太阳轮14啮合；第二行星齿轮19通过轴承支承在第二行星轴20上，并与第二中间齿轮18啮合。

[0024] 套筒28的侧部与第二行星齿轮19通过牙嵌固定；滑道29嵌套在套筒28内，并与套筒构成滑动副；手术刀30嵌套在滑道29中，手术刀30的顶端与手术刀电机24的输出轴固定；手术刀电机24固定在滑道29上，驱动手术刀转动；手术刀电机24的输出轴与转动电机22的输出轴轴线相交，且手术刀电机24的输出轴轴线与输入电机的输出轴轴线垂直；套筒28与滑道29之间设置弹簧26，绳索电机27固定在套筒28上；绳索26一端固定在滑道上，另一端固定在绳索电机的输出轴上。绳索电机转动拉紧绳索，从而压缩弹簧，实现手术刀的纵向移动。

[0025] 该三行星架十齿第二行星架二级行星轮系式RCM机构，工作原理如下：

[0026] 动力由4个电机输入。转动电机22可以驱动转动杆23绕着x轴转动实现一个方向的转动；输入电机驱动主传动轴8转动，固定轮7与转动杆23固定，固定轮7与第二传动齿轮5啮合；而主传动轴8与连杆6固定，通过连杆6带动副传动轴2上的第二传动齿轮5绕着固定轮7转动，第一传动齿轮1与中心轮3啮合传动，中心轮3和中心轴4与第一行星架10固定，使得第一行星架10相对转动杆23作平面运动，而主传动轴8与第一太阳轮9固定，第一太阳轮9与第一中间齿轮12啮合，第一中间齿轮12与第一行星齿轮13啮合，使得第一行星齿轮13相对转动杆23作平面运动；第一行星齿轮13和第二行星架16与第一行星轴15固定，使得第二行星架16相对转动杆23作平面运动；第二太阳轮14与第一行星轴15固定，而第二行星齿轮19与套筒28固定，第二太阳轮14与第二中间齿轮18啮合，第二中间齿轮18与第二行星齿轮19啮合，使得套筒28绕着y轴转动实现一个方向的转动；手术刀电机24驱动手术刀30绕着z轴实现一个方向的转动；绳索电机27通过收放固定在滑道29的绳索26来控制嵌套在套筒28中的手术刀30实现z轴方向的移动。本实用新型要准确实现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，还需要保证以下两点：(1)转动电机22停止状态下，通过连杆6和第一行星架10上的各齿轮啮合传动，来保证第二行星架16做平面内的平移运动(没有转动，这里只需做到固定轮7至第二行星齿轮19整个传动链的总传动比为1)；(2)在第二行星齿轮19做平移运动的前提下，通过第二太阳轮14、第二中间齿轮18和第二行星齿轮19的非圆节曲线来保证第二行星齿轮19的旋转中心的运动轨迹为圆弧段。本实用新型准确实现了手术刀绕虚拟中心点O(圆弧段的圆心)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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