一种并联RCM机构及微创手术机器人制造技术

本发明专利技术提供一种并联RCM机构及微创手术机器人，该并联RCM机构包括：动平台、定平台和三个结构相同的运动单元；定平台中部位置处设置有圆形镂空部，上表面设置有圆环形导轨，下表面设置有内齿轮，且圆环形导轨、内齿轮和圆形镂空部共轴线设置；动平台上设置有三个第一安装孔，三个第一安装孔对称分布；运动单元包括驱动机构、滚动机构和弧形导轨，驱动机构包括电机模块和与电机轴连接的外齿轮，外齿轮与内齿轮啮合；电机模块与滚动机构连接用于驱动滚动机构沿圆环形导轨移动；弧形导轨一端与滚动机构转动连接，另一端与第一安装孔通过球铰机构连接。该机构可确定空间一个不动点，用于对安装在其上的末端操作器的三自由度姿态进行调整。调整。调整。

【技术实现步骤摘要】
一种并联RCM机构及微创手术机器人


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种并联RCM机构及微创手术机器人。

技术介绍

[0002]微创手术是通过微小创口将特殊器械、物理能量或化学药剂送入人体内部，完成对人体内病变、畸形、创伤的灭活、切除、修复或重建等操作而达到治疗目的的外科手术。随着设计和制造技术的进步，机器人在外科手术领域的应用展现出了明显的优势。将机器人技术与传统的微创技术相结合的穿刺针机器人被普遍认为是一种能够有效地解决传统微创技术缺点的方法。
[0003]穿刺针机器人一般包括机器人手臂、设置在机器人手臂末端的进针装置，进针装置一般包括RCM机构及设在RCM机构上的穿刺针机构。RCM机构利用结构自身的约束实现的微创手术机器人并没有加入多余的自由度，而是依靠特殊设计的机构使机器人的一部分在运动过程中始终通过某一固定点。机器人的手臂可自由移动，用于实现穿刺点的定位，RCM机构则用于对穿刺针的穿刺姿态(穿刺角度)进行调节，穿刺针机构用于最终实现穿刺进行，使穿刺针达到病灶点。
[0004]目前比较常见的是一种基于双平行四边形的穿刺机器人的进针装置，包括双平行四边形RCM机构及可转动设置在所述双平行四边形RCM机构上的进针机构。通过平行四边形来实现进针方向的改变。但这种RCM机构对于其组成部件中各杆件的加工精度及装配要求都非常高，且由于杠杆作用的存在，驱动末端负载对于相应自由度驱动模块的驱动力要求较高，容易出现进针不稳定和方向转向困难等实际操作问题。
[0005]进一步的，现行的手术机器人多以串联机械手为主，其要求的运动空间是较大的，无法实现小范围的精准操作。并且串联机器人刚度小、承载力小、误差较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种并联RCM机构及微创手术机器人，用以解决现有技术中并联RCM机构刚度小、承载力小且误差大的缺陷，实现一种高刚度、稳定性高且精度高的RCM机构。
[0007]本专利技术提供一种并联RCM机构，包括：动平台、定平台和三个结构相同的运动单元；
[0008]所述定平台中部位置处设置有圆形镂空部，上表面设置有圆环形导轨，下表面设置有内齿轮，且所述圆环形导轨、所述内齿轮和所述圆形镂空部共轴线设置；
[0009]所述动平台上设置有三个第一安装孔，所述三个第一安装孔对称分布；
[0010]所述运动单元包括驱动机构、滚动机构和弧形导轨，所述驱动机构包括电机模块和与电机轴连接的外齿轮，所述外齿轮与所述内齿轮啮合；所述电机模块与所述滚动机构连接用于驱动所述滚动机构沿所述圆环形导轨移动；所述弧形导轨一端与所述滚动机构转动连接，另一端和所述第一安装孔通过球铰机构连接。
[0011]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述滚动机构包括滚轮组件和滚轮支架，所述滚动机构安装在所述滚轮支架上，所述滚轮支架穿过所述圆形镂空部与所述电机模块固
定连接。
[0012]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述圆环形导轨内周面上设置有内轨道，外周面上设置有外轨道；
[0013]所述滚轮组件包括第一滚轮组和第二滚轮组，所述第一滚轮组位于所述内轨道上，所述第二滚轮组位于所述外轨道上。
[0014]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述第一滚轮组和/或所述第二滚轮组至少包括两个滚轮。
[0015]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述定平台上位于所述第二滚轮组下方位置处对称设置有三个镂空安装部。
[0016]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述滚动机构上设置有转动连接件，所述转动连接件包括基座和转轴，所述转轴设置在所述基座上或设置在所述弧形导轨一端；
[0017]三个所述转动连接件的转轴的轴线相交于所述圆环形导轨的轴线上。
[0018]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述球铰机构包括球头杆和球座杆，所述球头杆的球头端与所述球座杆的球座端连接，所述球头杆的另一端转动安装于所述第一安装孔内，所述球座杆的另一端转动安装于所述弧形导轨的另一端。
[0019]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述动平台为正三角形且所述正三角形顶点处进行了圆角处理，所述三个第一安装孔分别位于所述正三角形靠近三个顶点处。
[0020]根据本专利技术提供的一种并联RCM机构，所述定平台为圆环形且所述定平台的外周设置有固定结构。
[0021]本专利技术还提供一种微创手术机器人，包括上述任一种所述并联RCM机构，还包括末端操作器和机械臂：
[0022]所述末端操作器安装于所述动平台上所述三个第一安装孔构成的三角形的重心位置处；
[0023]所述机械臂与所述定平台固定连接。
[0024]本专利技术提供的并联RCM机构，一方面，三个结构相同的运动单元并联，相较于串联的RCM机构精度和稳定性更高，且提供了三个自由度，提高了RCM机构操作的灵活性；另一方面，通过圆环形导轨和齿轮结构的设置，使得运动单元的运动流畅且更加稳定；进一步的，通过对弧形导轨等部件尺寸的改变，可以改变并联RCM机构远程运动中心的位置。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术提供的并联RCM机构的正视结构示意图；
[0027]图2是本专利技术提供的并联RCM机构的立体结构示意图；
[0028]图3是本专利技术提供的并联RCM机构的仰视结构示意图；
[0029]图4是本专利技术提供的驱动机构和滚动机构连的结构示意图；
[0030]图5是本专利技术提供的动平台结构示意图；
[0031]图6是本专利技术提供的驱动机构、滚动机构和圆环形导轨的结构示意图。
[0032]附图标记：
[0033]101、动平台；102、定平台；103、圆环形导轨；104、内齿轮；105、第一安装孔；106、弧形导轨；107、电机模块；108、外齿轮；109、球铰机构；110、滚动机构；111、镂空安装部；112、转动连接件；113、固定结构。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联RCM机构，其特征在于，包括：动平台、定平台和三个结构相同的运动单元；所述定平台中部位置处设置有圆形镂空部，上表面设置有圆环形导轨，下表面设置有内齿轮，且所述圆环形导轨、所述内齿轮和所述圆形镂空部共轴线设置；所述动平台上设置有三个第一安装孔，所述三个第一安装孔对称分布；所述运动单元包括驱动机构、滚动机构和弧形导轨，所述驱动机构包括电机模块和与电机轴连接的外齿轮，所述外齿轮与所述内齿轮啮合；所述电机模块与所述滚动机构连接用于驱动所述滚动机构沿所述圆环形导轨移动；所述弧形导轨一端与所述滚动机构转动连接，另一端和所述第一安装孔通过球铰机构连接。2.根据权利要求1所述并联RCM机构，其特征在于，所述滚动机构包括滚轮组件和滚轮支架，所述滚动机构安装在所述滚轮支架上，所述滚轮支架穿过所述圆形镂空部与所述电机模块固定连接。3.根据权利要求2所述并联RCM机构，其特征在于，所述圆环形导轨内周面上设置有内轨道，外周面上设置有外轨道；所述滚轮组件包括第一滚轮组和第二滚轮组，所述第一滚轮组位于所述内轨道上，所述第二滚轮组位于所述外轨道上。4.根据权利要求3所述并联RCM机构，其特征在于，所述第一滚轮组和/或所述第二滚轮组至少包括两个滚轮。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯西龙，郑佳，王双翌，
申请(专利权)人：中国科学院香港创新研究院人工智能与机器人创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：