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三 行星架九齿第二行星架一级 行星轮系式RCM机构

阅读：310发布：2020-12-23

专利汇可以提供三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式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三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式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。本实用新型的转动杆驱动电机使转动杆实现一个方向的转动；驱动电机驱动第一行星架，并经第一行星轮系齿轮、第二行星架、第二行星轮系齿轮、第三行星架以及第三行星轮系齿轮的传动，使得转动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，平移驱动件控制嵌套在移动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，下面是三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式RCM机构专利的具体信息内容。

权利要求

1.三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式RCM机构，包括转动杆、转动杆驱动电机、第一行星架、第一行星架驱动电机、第一行星轮系齿轮、第二行星架、第二行星轮系齿轮、第三行星架、第三行星轮系齿轮、转动套筒、移动套筒、平移驱动件、手术刀和手术刀电机，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；第一行星架驱动电机的底座固定在转动杆的另一端；转动杆驱动电机的输出轴水平设置，且第一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；所述的第一行星轮系齿轮包括第一太阳轮、行星轴、主动轮、第一行星轮和传动轮；第一行星架的一端设有一体成型的伸出轴段，第一行星架的该端与第一行星架驱动电机的输出轴固定；所述的行星轴与第一行星架的另一端构成转动副；第一太阳轮与转动杆固定，第一行星轮和主动轮均与行星轴固定，第一太阳轮与第一行星轮啮合，主动轮与传动轮啮合；所述的传动轮与第一行星架的伸出轴段构成转动副；第二行星架的一端与传动轮固定，另一端设有一体成型的伸出轴段；所述的第二行星轮系齿轮包括第二太阳轮和第二行星轮；所述的第二太阳轮与第一行星架的伸出轴段固定；第二行星轮与第二行星架的伸出轴段构成转动副，并与第二太阳轮啮合；第三行星架的一端与第二行星轮固定；所述的第三行星轮系齿轮包括第三太阳轮、中间轮和第三行星轮；
第三太阳轮与第二行星架的伸出轴段固定；中间轮与第二行星架的中部构成转动副，并与第三太阳轮啮合；第三行星轮与第二行星架的另一端构成转动副，并与中间轮啮合；转动套筒的侧部与第三行星轮固定；移动套筒嵌套在转动套筒中与转动套筒构成滑动副；手术刀嵌套在移动套筒中，并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第一行星架驱动电机的输出轴垂直；所述的平移驱动件驱动移动套筒在转动套筒内滑移；第一太阳轮动力传至第二行星轮的总传动比为1，所述的第三太阳轮、中间轮和第三行星轮均为非圆齿轮，转动杆驱动电机停止状态下，第三行星轮旋转中心的运动轨迹为圆弧段。
2.根据权利要求1所述的三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的平移驱动件包括绳索电机、绳索和弹簧；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。
3.根据权利要求2所述的三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式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。
4.根据权利要求2所述的三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式RCM机构，其特征在于：所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端与移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面分别固定，所述的弹簧为拉伸弹簧。

说明书全文

三行星架九齿第二行星架一级 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

[0002] 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。

[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使用杆件齿轮组合来实现一种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] 本实用新型包括转动杆、转动杆驱动电机、第一行星架、第一行星架驱动电机、第一行星轮系齿轮、第二行星架、第二行星轮系齿轮、第三行星架、第三行星轮系齿轮、转动套筒、移动套筒、平移驱动件、手术刀和手术刀电机；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；第一行星架驱动电机的底座固定在转动杆的另一端；转动杆驱动电机的输出轴水平设置，且第一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；所述的第一行星轮系齿轮包括第一太阳轮、行星轴、主动轮、第一行星轮和传动轮；第一行星架的一端设有一体成型的伸出轴段，第一行星架的该端与第一行星架驱动电机的输出轴固定；所述的行星轴与第一行星架的另一端构成转动副；第一太阳轮与转动杆固定，第一行星轮和主动轮均与行星轴固定，第一太阳轮与第一行星轮啮合，主动轮与传动轮啮合；所述的传动轮与第一行星架的伸出轴段构成转动副；第二行星架的一端与传动轮固定，另一端设有一体成型的伸出轴段；所述的第二行星轮系齿轮包括第二太阳轮和第二行星轮；所述的第二太阳轮与第一行星架的伸出轴段固定；第二行星轮与第二行星架的伸出轴段构成转动副，并与第二太阳轮啮合；第三行星架的一端与第二行星轮固定；所述的第三行星轮系齿轮包括第三太阳轮、中间轮和第三行星轮；第三太阳轮与第二行星架的伸出轴段固定；中间轮与第二行星架的中部构成转动副，并与第三太阳轮啮合；第三行星轮与第二行星架的另一端构成转动副，并与中间轮啮合。转动套筒的侧部与第三行星轮固定；移动套筒嵌套在转动套筒中与转动套筒构成滑动副；手术刀嵌套在移动套筒中，并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第一行星架驱动电机的输出轴垂直；所述的平移驱动件驱动移动套筒在转动套筒内滑移；第一太阳轮动力传至第二行星轮的总传动比为1，所述的第三太阳轮、中间轮和第三行星轮均为非圆齿轮，转动杆驱动电机停止状态下，第三行星轮旋转中心的运动轨迹为圆弧段。

[0007] 所述的平移驱动件包括绳索电机、绳索和弹簧；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。

[0008] 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。

[0009] 所述的弹簧套置在移动套筒上，弹簧两端与移动套筒底端的凸缘和转动套筒的底面分别固定，所述的弹簧为拉伸弹簧。

[0010] 本实用新型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，四个电机控制的运动相互独立不耦合，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。本实用新型的执行末端较细，包裹手术刀的只有套筒，手术时医护人员的视野较好。本实用新型的第一行星架和第二行星架短小，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。附图说明

[0011] 图1是本实用新型结构的一个侧视立体图。

[0012] 图2是本实用新型结构的另一个侧视立体图。

[0013] 图3是本实用新型的机构原理示意图。

[0014] 图中：1、机架，2、转动杆，3、第一行星架驱动电机，4、第一行星轮，5、主动轮，6、第二行星轮，7、中间轮，8、第三行星轮， 9、转动杆驱动电机，10、传动轮，11、第二太阳轮，12、第一行星架，13、第三太阳轮，14、第二行星架，15、手术刀，16、转动套筒， 17、绳索电机，18、弹簧，19、移动套筒，20、手术刀电机，21、第一太阳轮，22、行星轴，23、第三行星架。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

[0016] 如图1、2和3所示，三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式 RCM机构，包括转动杆2、转动杆驱动电机9、第一行星架12、第一行星架驱动电机3、第一行星轮系齿轮、第二行星架14、第二行星轮系齿轮、第三行星架23、第三行星轮系齿轮、转动套筒16、移动套筒19、弹簧18、绳索电机17、手术刀15和手术刀电机20；转动杆驱动电机9的底座固定在机架1上；转动杆2的一端与转动杆驱动电机9的输出轴固定，且转动杆2杆长方向与转动杆驱动电机9的输出轴轴向平行；第一行星架驱动电机3的底座固定在转动杆2的另一端；转动杆驱动电机9的输出轴水平设置，且第一行星架驱动电机3的输出轴与转动杆驱动电机9的输出轴垂直；第一行星轮系齿轮包括第一太阳轮21、行星轴22、主动轮5、第一行星轮4和传动轮10；第一行星架12的一端设有一体成型的伸出轴段，第一行星架12的该端与第一行星架驱动电机
3的输出轴固定；行星轴22与第一行星架12的另一端构成转动副；第一太阳轮21与转动杆2通过牙嵌固定，第一行星轮4和主动轮5均通过渐开线花键与行星轴22固定，第一太阳轮21与第一行星轮4啮合，主动轮5与传动轮10啮合；传动轮10 与第一行星架12的伸出轴段构成转动副；第二行星架14的一端与传动轮10通过牙嵌固定，另一端设有一体成型的伸出轴段；
第二行星轮系齿轮包括第二太阳轮11和第二行星轮6；第二太阳轮11与第一行星架12的伸出轴段通过渐开线花键固定；第二行星轮6与第二行星架14的伸出轴段构成转动副，并与第二太阳轮11啮合；第三行星架23的一端与第二行星轮6通过牙嵌固定；第三行星轮系齿轮包括第三太阳轮13、中间轮7和第三行星轮8；第三太阳轮13与第二行星架14的伸出轴段通过渐开线花键固定；中间轮7与第二行星架14 的中部构成转动副，并与第三太阳轮13啮合；第三行星轮8与第二行星架14的另一端构成转动副，并与中间轮7啮合。转动套筒16的侧部与第三行星轮8通过牙嵌固定；移动套筒19嵌套在转动套筒16 中与转动套筒16构成滑动副，手术刀15嵌套在移动套筒19中，与手术刀电机20的输出轴固定，使手术刀15可以相对移动套筒19绕自身轴线转动，该轴线通过虚拟中心点O；手术刀15的中心轴线与转动杆驱动电机
9的输出轴中心轴线相交；手术刀电机20的底座固定在移动套筒19上；手术刀电机20的输出轴与第一行星架驱动电机3 的输出轴垂直；绳索电机17的底座固定在转动套筒16上；绳索的一端固定在绳索电机17的输出轴上，另一端固定在移动套筒19上，使移动套筒19沿通过虚拟中心点O的轴线上下移动；移动套筒19通过弹簧18回位。

[0017] 如图1所示，弹簧18套置在移动套筒19上，弹簧两端分别由移动套筒19顶端的凸缘和转动套筒16的顶面限位，所述的弹簧18为压缩弹簧。

[0018] 该三行星架九齿第二行星架一级行星轮系式RCM机构，工作原理是：

[0019] 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9安装在机架1上驱动转动杆2绕通过虚拟中心点O的轴线x轴转动，由于后面各个构件都相当于安装在转动杆2上，即转动杆2可以带动整个构件实现绕x轴方向的转动；第一行星架驱动电机3安装在转动杆2上驱动第一行星架12相对于转动杆2转动，第一太阳轮21 和转动杆固定，第一行星轮4和行星轴22固定，主动轮5和行星轴 22固定，第一行星架12带动第一行星轮4和主动轮5转动把动力传递给传动轮10，传动轮10和第二行星架14固定，第二太阳轮11和第一行星架12固定，随着第二行星架14的转动把动力传递给第二行星轮6，通过给定的传动比(第一太阳轮21至第二行星轮6的整个传动链的传动比为1)使第二行星轮6相对于机架1做平面内的平移运动，第三行星架23和第二行星轮6固定也做平移运动，接着在第三行星架23上安装3个非圆齿轮，保证转动杆驱动电机9停止状态下，第三行星轮8的旋转中心运动轨迹为平面内的圆弧段，使最终输出的第三行星轮8和转动套筒16固定，即可实现手术刀15绕过虚拟中心 O点的y轴方向转动；手术刀电机20安装在移动套筒19上直接驱动手术刀15绕过虚拟中心O点的z轴转动；绳索电机17的转动收放绳索使手术刀沿着z轴上下移动。四个电机控制的运动相互独立不耦合。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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