用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的制作方法

1.本发明涉及微创手术器械技术领域，具体而言，涉及一种用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构。


背景技术：

2.微创手术是指在病人身体上仅开3-4个小孔，将微型手术器械及内窥镜伸入人体完成手术；此种类形手术创伤小，术后恢复快。
3.但传统的常规操作是由医生操作杆式器械，通过人体介入处的不动点，进入人体手术，运动原理为杠杆原理，手术器械前端运动与后端手持部分相反，导致不好操作。
4.针对于此种问题，机器人引入了微创外科手术，且伴随着对微创外科手术水平的要求提高，微创外科手术机器人也有了长足的发展。由机器人操作器械，能够精确灵活完成手术器械的操纵，经过特殊算法处理与运算，手术器械前端的运动，与医生手部控制一致，并且能够有效滤除医生在操作过程中的抖动。
5.在机器人手术过程中，手术器械只能以介入切孔为准心，可绕切孔俯仰、偏摆、自轴转动、内外伸缩，进行远心运动；这样，就要求机器人的手臂结构可带动手术器械，完成绕远心不动点的运动。
6.现有的rcm（remote center of motion——远程运动中心）机构类形，主要有等中心式，圆构回转式，平行四边形杆件式，球铰连接式，云台式，平行腕转式等。其中，较为常见的是平行四边形杆件式结构；此类结构一般由多根平行杆件组成两级平行四边形结构，在后级平行四边形的下节点，即形成其远心不动点。
7.平行四边形杆件式结构，具有结构简单，安装方便等优势；但是，由于其连接点较多，各处间隙会累加，且在近极限位置时，有较大的间隙放大作用，因此，构件间隙问题不可避免，运动有回程差，最终影响系统运行平稳性，重复定位精度不好。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，其能够有效解决现有的平行四边形杆件式远心不动点结构具有回程差，且运行平稳性差、重复定位精度低的技术问题。
9.本发明是这样实现的：一种用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，其包括：回转基座，以及与所述回转基座连接的中间臂，所述中间臂远离所述回转基座的一端连接有前臂，所述前臂远离所述中间臂的一端连接有器械滑动臂，所述器械滑动臂连接有手术器械；所述回转基座为固定件，所述中间臂能够绕其自身与所述回转基座的连接点、也即第一轴心转动，所述前臂能够绕其自身与所述中间臂的连接点、也即第二轴心转动，所述器械滑动臂能够绕其自身与所述前臂的连接点、也即第三轴心转动；所述回转基座设有驱动电机，所述驱动电机通过齿形带连接有减速机，所述减速机的
输出端与所述中间臂同轴相连；所述回转基座固定有不转动的第一主动盘，所述第一主动盘通过主动钢带连接有第二主动盘，且所述第二主动盘与所述前臂同轴固定；所述中间臂同轴固定有第一从动盘，所述第一从动盘通过从动钢带连接有第二从动盘，且所述第二从动盘与所述器械滑动臂同轴固定；所述驱动电机依次通过所述齿形带和所述减速机，将动力传递至与所述减速机同轴相连的所述中间臂，使得所述中间臂能够主动旋转；当所述中间臂旋转时，所述第二轴心产生绕所述第一轴心的转动，且所述第一主动盘不转，则在所述主动钢带的反向带动下，与所述主动钢带相连的所述第二主动盘产生绕所述第二轴心的转动，即同时带动与所述第二主动盘同轴相连的所述前臂亦绕所述第二轴心转动；此时，若所述第二轴心为参考不动点，且所述前臂相对静止，则与所述中间臂固定的所述第一从动盘是相对转动的，即能够依次带动所述从动钢带和所述第二从动盘转动，同时所述器械滑动臂是与所述第二从动盘同轴固定的，则能够同时带动所述器械滑动臂产生绕所述第三轴心的转动；由所述第一轴心、所述第二轴心、所述第三轴心、及虚交点构建成一个平行四边形结构，当以所述第一轴心为固定参考点时，则所述虚交点即为远心不动点，所述手术器械上一点必经过所述远心不动点，且能够绕所述远心不动点旋转。
10.其中，所述第一主动盘与所述第二主动盘采用等径结构。
11.其中，所述第一从动盘与所述第二从动盘采用等径结构。
12.实际应用时，所述用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，还包括：调节装置，所述调节装置用于调整远心不动点的位置。
13.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，所述调节装置由所述第一主动盘、所述回转基座、以及标准件胀紧套构成；所述第一主动盘相对所述回转基座的对应轴心旋转任一角度后，通过所述标准件胀紧套能够将所述第一主动盘与所述回转基座锁紧固定连接成为一体。
14.实际应用时，所述用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，还包括：预紧装置，所述预紧装置用于调节所述主动钢带和/或所述从动钢带的张力；所述主动钢带和所述从动钢带均采用开口结构，且在所述开口结构的两端均为180
°
折弯后，形成闭合孔。
15.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，所述预紧装置包括：第一销轴、第二销轴、第一拉板、第二拉板、平端紧定螺钉和圆柱头螺钉；所述第一销轴和所述第二销轴分别由所述主动钢带或所述从动钢带两端的所述闭合孔中穿过，再分别对应穿过所述第一拉板和所述第二拉板；位于中部的所述圆柱头螺钉通过所述第一拉板上的通孔，旋入所述第二拉板上的第一螺纹孔中，以将所述第一拉板和所述第二拉板拉紧，并通过所述第一销轴和所述第二销轴将所述主动钢带或所述从动钢带预紧；所述平端紧定螺钉由所述第二拉板上的第二螺纹孔旋入，顶在所述第一拉板的盲孔内，以使所述第一拉板与所述第二拉板保持平行。
16.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，所述平端紧定螺钉包括平行设置的两个，且分别位于所述圆柱头螺钉的两侧。
17.本发明的有益效果是：用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，采用平行四边形带传动式，也即钢带传动，由两级钢带轮组传动，组成平行四边形结构，在平行四
边形一侧立边下延长线上一点，也即在后级带轮的半径延长线上一点，形成一个自由度的远心不动点；并且，使得机器人的手臂结构可带动手术器械等，完成绕该远心不动点的运动，可靠性高，运动平稳性佳，刚性好，结构间隙小，能够有效消除回程差，重复定位精度高，远心位置精确，同时结构紧凑，容易控制，适合微创手术中的实际需求。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的第一视角结构示意图；图2为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的第二视角结构示意图；图3为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的第三视角结构示意图；图4为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的第四视角结构示意图；图5为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的运动轨迹示意图；图6为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构的原理示意图；图7为本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中调节装置和预紧装置的结构示意图。
20.图中：1-回转基座；2-中间臂；3-前臂；4-器械滑动臂；5-驱动电机；6-齿形带；7-减速机；8-第一主动盘；9-主动钢带；10-第二主动盘；11-第一从动盘；12-从动钢带；13-第二从动盘；14-手术器械；15-标准件胀紧套；16-第一拉板；171-第一销轴；172-第二销轴；18-第二拉板；19-平端紧定螺钉；20-圆柱头螺钉；oa-第一轴心；ob-第二轴心；oc-第三轴心；od-远心不动点。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范
围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.请参照图1-图6所示，本实施例提供一种用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，其包括：回转基座1，以及与回转基座1连接的中间臂2，中间臂2远离回转基座1的一端连接有前臂3，前臂3远离中间臂2的一端连接有器械滑动臂4，器械滑动臂4连接有手术器械14；其中，回转基座1为固定件，中间臂2能够绕其自身与回转基座1的连接点、也即第一轴心oa转动，前臂3能够绕其自身与中间臂2的连接点、也即第二轴心ob转动，器械滑动臂4能够绕其自身与前臂3的连接点、也即第三轴心oc转动；具体地，回转基座1设有驱动电机5，驱动电机5通过齿形带6连接有减速机7，减速机7的输出端与中间臂2同轴相连；回转基座1固定有不转动的第一主动盘8，第一主动盘8通过主动钢带9连接有第二主动盘10，且第二主动盘10与前臂3同轴固定；中间臂2同轴固定有第一从动盘11，第一从动盘11通过从动钢带12连接有第二从动盘13，且第二从动盘13与器械滑动臂4同轴固定；传动时，驱动电机5依次通过齿形带6和减速机7，将动力传递至与减速机7同轴相连的中间臂2，使得中间臂2能够主动旋转；当中间臂2旋转时，第二轴心ob产生绕第一轴心oa的转动，且第一主动盘8不转，则在主动钢带9的反向带动下，与主动钢带9相连的第二主动盘10产生绕第二轴心ob的转动，即同时带动与第二主动盘10同轴相连的前臂3亦绕第二轴心ob转动；此时，若第二轴心ob为参考不动点，且前臂3相对静止，则与中间臂2固定的第一从动盘11是相对转动的，即能够依次带动从动钢带12和第二从动盘13转动，同时器械滑动臂4是与第二从动盘13同轴固定的，则能够同时带动器械滑动臂4产生绕第三轴心oc的转动；进一步地，由第一轴心oa、第二轴心ob、第三轴心oc、及虚交点构建成一个平行四边形
结构（四边分别为ab、bc、cd、da），当以第一轴心oa为固定参考点时，则虚交点即为远心不动点od，手术器械14上一点必经过远心不动点od，且能够绕远心不动点od旋转，从而使得机器人的手臂结构可带动手术器械14等，完成绕该远心不动点od的运动，如图5中y’即为手术器械的运动范围，其可以为0～120
°
，但不限于此角度范围。
29.本发明实施例的有益效果是：用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，采用平行四边形带传动式，也即钢带传动，由两级钢带轮组传动，组成平行四边形结构，在平行四边形一侧立边下延长线上一点，也即在后级带轮的半径延长线上一点，形成一个自由度的远心不动点；并且，使得机器人的手臂结构可带动手术器械等，完成绕该远心不动点的运动，可靠性高，运动平稳性佳，刚性好，结构间隙小，能够有效消除回程差，重复定位精度高，远心位置精确，同时结构紧凑，容易控制，适合微创手术中的实际需求。
30.在本发明较佳的实施例中，上述第一主动盘8与第二主动盘10采用等径结构，也即第一主动盘8的盘径与第二主动盘10的盘径相等。
31.在本发明较佳的实施例中，上述第一从动盘11与第二从动盘13采用等径结构，也即第一从动盘11的盘径与第二从动盘13的盘径相等。
32.实际应用时，本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，还可以包括：调节装置，该调节装置能够用于调整远心不动点od的位置。
33.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，如图7所示，上述调节装置可以由第一主动盘8、回转基座1、以及标准件胀紧套15构成；当第一主动盘8相对回转基座1的对应轴心旋转任一角度后，通过标准件胀紧套15能够将第一主动盘8与回转基座1锁紧固定连接成为一体。
34.具体地，如若因加工误差等原因，造成oa、ob、oc、od四点所组成的并非平行四边行，则结构整体运行后，od便不再是理论不动点rcm，其会移动；此时，需要放松标准件胀紧套 15，将oa、ob、oc、od四点修正为平行四边形结构，再锁紧固定。
35.实际应用时，本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，还可以包括：预紧装置，该预紧装置能够用于调节主动钢带9和/或从动钢带12的张力，从而进一步有效消除回程差，保证运行平稳性，提高重复定位精度。
36.其中，可以是仅有主动钢带9设置有该预紧装置；或者，可以是仅有从动钢带12设置有该预紧装置；或者，可以优选为主动钢带9和从动钢带12均分别设置有该预紧装置。
37.具体地，主动钢带9和从动钢带12可以均采用开口结构，且在该开口结构的两端均为180
°
折弯后，形成闭合孔；也即主动钢带9和从动钢带12均分别具有两个闭合孔。
38.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，如图7所示，上述预紧装置可以包括：第一销轴171、第二销轴172、第一拉板16、第二拉板18、平端紧定螺钉19和圆柱头螺钉20；具体地，第一销轴171和第二销轴172可以分别由主动钢带9或从动钢带12两端的闭合孔中穿过，再分别对应穿过第一拉板16和第二拉板18；并且，位于中部的圆柱头螺钉20可以通过第一拉板16上的通孔，旋入第二拉板18上的第一螺纹孔中，以将第一拉板16和第二拉板18拉紧，并通过第一销轴171和第二销轴172将主动钢带9或从动钢带12预紧；进一步地，平端紧定螺钉19可以由第二拉板18上的第二螺纹孔旋入，顶在第一拉板16的盲孔内，以使第一拉板16与第二拉板18保持平行。
39.在本发明较佳的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构中，如图7所示，上述平端紧定螺钉19可以优选为包括平行设置的两个，且两个平端紧定螺钉19可以分别位于圆柱头螺钉20的两侧。
40.综上所述，本发明实施例提供的用于微创手术的基于钢带传动的远心不动点结构，能够有效消除回程差，远心位置精确，重复定位精度高，且运动平稳性佳，能够适合微创手术中的实际需求。
41.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。