專利名稱：一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)，更特別地說，是指一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程運 動中心機構(gòu)。
背景技術(shù)：
一種可以繞空間上的一固定點進(jìn)行轉(zhuǎn)動，此固定點處不存在實際的轉(zhuǎn)動副，而且
該虛擬的固定點在機構(gòu)遠(yuǎn)端，這種機構(gòu)稱為虛擬遠(yuǎn)程運動中心(Remote Center of
Motion, RCM)機構(gòu)。近年來，對少自由度機構(gòu)的研究已成為機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域研究熱點 之一。這是因為一且明確了應(yīng)用背景需求之后，專用機構(gòu)的方案一般比通用結(jié)構(gòu)更簡 單、易于控制和低廉。
在微創(chuàng)外科手術(shù)得到迅速發(fā)展的今天，為了提高手術(shù)的精度和安全性，機器人技
術(shù)被引入并輔助進(jìn)行臨床手術(shù)。遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)機器人 腕部結(jié)構(gòu)的新型機構(gòu)，該機構(gòu)為手術(shù)工具提供一個相對固定的插入點以使手術(shù)工具可 以繞著手術(shù)切口進(jìn)行安全的轉(zhuǎn)動或移動。
仿圖儀是一種等比例放大圖形的繪圖連桿機構(gòu)，主要利用平行四桿的相似變換原 理。本發(fā)明利用了仿圖儀機構(gòu)這一特性使其在輸入端作圓周運動，則其輸出端也作圓 周運動，從而實現(xiàn)一個RCM機構(gòu)。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)，該機構(gòu)可以使工具繞 空間一虛擬轉(zhuǎn)動中心O進(jìn)行二維轉(zhuǎn)動，并且兩個轉(zhuǎn)動之間互相解耦。
本發(fā)B月的一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，該遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)包括有 八根連桿、兩個支壁、 一橫桿、 一支撐；A連桿、B連桿、D連桿、E連桿構(gòu)成一 個平行四邊形；八根連桿之間的連接應(yīng)用了銷釘與滾珠軸承的活動連接關(guān)系；B 連桿、F連桿、G連桿、H連桿上分別開有通孔；A連桿、B連桿的中間分別開有
通孔，兩端分別開有軸承孔，且該軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A連桿、C連桿、D 連桿、E連桿的兩端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A支壁、B支 壁上端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；支撐的上端開有軸承孔， 且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承。
所述的基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，應(yīng)用了不同孔(通孔或者軸承孔)的 設(shè)計來區(qū)分了八根連桿之間的相對轉(zhuǎn)動關(guān)系，即通過在B連桿2、 F連桿6、 G連 桿7、 H連桿8上分別開有通孔；在A連桿1、 B連桿2的中間分別開有通孔，兩 端分別開有軸承孔；A連桿l、 C連桿3、 D連桿4、 E連桿5的兩端分別開有軸承 孔，；A支壁14、 B支壁15上端分別開有軸承孔；支撐12的上端開有軸承孔；所 有軸承孔中均安裝滾珠軸承，所有通孔使用銷釘穿過。
本發(fā)明遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)的優(yōu)點對仿圖儀機構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展成為一種新型二自由度 RCM機構(gòu)，其主要特征為可繞空間虛擬轉(zhuǎn)動點進(jìn)行轉(zhuǎn)動，而這一虛擬轉(zhuǎn)動點處無需 固定的轉(zhuǎn)動副進(jìn)行約束?；诜聢D儀的遠(yuǎn)程運動中心機構(gòu)可解決RCM機構(gòu)中驅(qū)動的 安裝問題。結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)?？捎糜谑殖质绞中g(shù)輔助機器人等場合，以增加手術(shù) 的安全性。


圖1是本發(fā)明遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是本發(fā)明遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)的正視圖。
圖中 l.A連桿 2.B連桿 3.C連桿 4.D連桿
5.E連桿 6.F連桿 7.G連桿 8.H連桿 9.工具
11.底座 12.支撐 13.橫桿 14.A支臂 15.B支臂
21.A套筒 22.B套筒
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖1所示，本發(fā)明是一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，包括有八根連 桿、兩個支壁、 一個橫桿、 一個支撐(豎桿)；八根連桿是指A連桿1、 B連桿2、 C連桿3、 D連桿4、 E連桿5、 F連桿6、 G連桿7、 H連桿8，且A連桿1、 B 連桿2、 D連桿4、 E連桿5構(gòu)成一個平行四邊形；八l艮連桿之間應(yīng)用了銷釘與滾珠
軸承的活動連接關(guān)系，即兩個連桿之間的連接可以相對轉(zhuǎn)動，但F連桿6的B端與 G連桿7的A端除外。F連桿6的B端與G連桿7的A端之間是不能相對轉(zhuǎn)動的， 但放置于F連桿6的B端與G連桿7的A端之間的D連桿4的B端是能夠繞滾珠 軸承轉(zhuǎn)動的。
在本發(fā)明中，B連桿2、 F連桿6、 G連桿7、 H連桿8上分別開有通孔；A連 桿l、 B連桿2的中間分別開有通孔，兩端分別開有軸承孔，且該軸承孔內(nèi)安裝有滾 珠軸承；A連桿l、 C連桿3、 D連桿4、 E連桿5的兩端分別開有軸承孔，且軸承 孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A支壁14、 B支壁15上端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安 裝有滾珠軸承；支撐12的上端開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承。
在本發(fā)明中，八纟艮連桿的連接為
A連桿1的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在B連桿2的A端上，A 連桿1的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在H連桿8的B端上。即A連 桿1的A端的軸承孔內(nèi)安裝有A滾珠軸承(圖中未示出)，A銷釘(圖中未示出)的 一端穿過A滾珠軸承、B連桿2的A端的通孔后，實現(xiàn)A連桿1的A端與B連桿2 的A端的活動連接，A連桿1的A端能夠繞A滾珠軸承轉(zhuǎn)動。同理，A連桿l的B 端的軸承孔內(nèi)安裝有B滾珠軸承(圖中未示出)，B銷釘(圖中未示出)的一端穿過 B滾珠軸承、H連桿8的B端的通孔后，實現(xiàn)A連桿1的B端與H連桿8的B端 的活動連接，A連桿1的B端能夠繞B滾珠軸承轉(zhuǎn)動。
B連桿2的A端通過A銷釘連接在A連桿1的A端上，B連桿2的B端通過 一銷釘連接在A支臂14上，且B連桿2的B端與A支臂14之間設(shè)有A套筒21 ， 該A套筒21用于調(diào)節(jié)B連桿2的B端與A支臂14之間的距離，解決了 B連桿2 與A支臂14之間在運動時的干涉。
C連桿3的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在F連桿6的A端上，C 連桿3的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在H連桿8的A端上。
D連桿4的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在A連桿1的中部，D連 桿4的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在F連桿6上，且D連桿4的B 端夾持在E連桿5的B端與F連桿6的B端之間。
E連桿5的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在B連桿2的中部，E連 桿5的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在G連桿7的A端上。
F連桿6的A端通過銷釘連接在C連桿3的A端，F(xiàn)連桿6的B端通過銷釘連 接在D連桿4的B端上。
G連桿7的A端通過銷釘連接在E連桿5的B端，G連桿7的B端通過銷釘 連接在B支臂15上，且G連桿7的B端與B支臂15之間設(shè)有B套筒22，該B 套筒22用于調(diào)節(jié)G連桿7的B端與B支臂15之間的距離，解決了 G連桿7與B 支臂15之間在運動時的干涉。
H連桿8的A端通過銷釘連接在C連桿3的B端，H連桿8的B端通過B銷 釘連接在A連桿1的B端，且H連桿8的下端連接有工具9。
支撐12安裝在底座11上，支撐12上端設(shè)有軸承孔，軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸 承；橫桿13安裝在支撐12的上端，且橫桿13的兩端分別安裝有A支臂14、 B支 臂15。橫桿13與支撐12上端軸承孔內(nèi)的滾珠軸承的配合，也是一組銷釘與滾珠軸 承的配合，即橫桿13能夠繞該滾珠軸承轉(zhuǎn)動。
A支臂14的下端與橫桿13的一端連接，A支臂14的上端設(shè)有軸承孔，軸承孔 內(nèi)安裝有滾珠軸承；A支臂14的上端與B連桿2的B端之間設(shè)有A套筒21 ， 一銷 釘順次穿過A支臂14的上端軸承孔內(nèi)的滾珠軸承、A套筒21、 B連桿2的B端的 通孔后，實現(xiàn)A支臂14的上端與B連桿2的B端之間的活動連接。
B支臂15的下端與橫桿13的另一端連接，B支臂15的上端設(shè)有軸承孔，軸 承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；B支臂15的上端與G連桿7的B端之間設(shè)有B套筒22， 一銷釘順次穿過B支臂15的上端軸承孔內(nèi)的滾珠軸承、B套筒22、 G連桿7的B 端的通孔后，實現(xiàn)B支臂15的上端與G連桿7的B端之間的活動連接。
參見圖2所示，本發(fā)明基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)的虛擬轉(zhuǎn)動中心點O為 鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點L和鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點K的連線LK的延長線與鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點H和 鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點M的連線HM的延長線之間的交點為虛擬轉(zhuǎn)動中心點O。連線HM 平行于鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點K和鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點G的連線KG。橫桿13中心線的延長線 過虛擬轉(zhuǎn)動中心點o。
權(quán)利要求
1、一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，其特征在于該遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)包括有八根連桿、A支壁(14)、B支壁(15)、橫桿(13)、支撐(12)；八根連桿是指A連桿(1)、B連桿(2)、C連桿(3)、D連桿(4)、E連桿(5)、F連桿(6)、G連桿(7)、H連桿(8)，且A連桿(1)、B連桿(2)、D連桿(4)、E連桿(5)構(gòu)成一個平行四邊形；八根連桿之間的連接應(yīng)用了銷釘與滾珠軸承的活動連接關(guān)系；B連桿(2)、F連桿(6)、G連桿(7)、H連桿(8)上分別開有通孔；A連桿(1)、B連桿(2)的中間分別開有通孔，兩端分別開有軸承孔，且該軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A連桿(1)、C連桿(3)、D連桿(4)、E連桿(5)的兩端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A支壁(14)、B支壁(15)上端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；支撐(12)的上端開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A連桿(1)的A端通過A銷釘與A滾珠軸承的配合活動連接在B連桿(2)的A端上，A連桿(1)的B端通過B銷釘與B滾珠軸承的配合活動連接在H連桿(8)的B端上；B連桿(2)的A端通過A銷釘連接在A連桿(1)的A端上，B連桿(2)的B端通過一銷釘連接在A支臂(14)上，且B連桿(2)的B端與A支臂(14)之間設(shè)有A套筒(21)；C連桿(3)的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在F連桿(6)的A端上，C連桿(3)的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在H連桿(8)的A端上；D連桿(4)的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在A連桿(1)的中部，D連桿(4)的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在F連桿(6)上，且D連桿(4)的B端夾持在E連桿(5)的B端與F連桿(6)的B端之間；E連桿(5)的A端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在B連桿(2)的中部，E連桿(5)的B端通過銷釘與滾珠軸承的配合活動連接在G連桿(7)的A端上；F連桿(6)的A端通過銷釘連接在C連桿(3)的A端，F(xiàn)連桿(6)的B端通過銷釘連接在D連桿(4)的B端上；G連桿(7)的A端通過銷釘連接在E連桿(5)的B端，G連桿(7)的B端通過銷釘連接在B支臂(15)上，且G連桿(7)的B端與B支臂(15)之間設(shè)有B套筒(22)；H連桿(8)的A端通過銷釘連接在C連桿(3)的B端，H連桿(8)的B端通過B銷釘連接在A連桿1的(B)端，且H連桿(8)的下端連接有工具(9)；支撐(12)安裝在底座(11)上，支撐(12)上端設(shè)有軸承孔，軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；橫桿(13)安裝在支撐(12)的上端，且橫桿(13)的兩端分別安裝有A支臂(14)、B支臂(15)；A支臂(14)的下端與橫桿(13)的一端連接，A支臂(14)的上端設(shè)有軸承孔，軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；B支臂(15)的下端與橫桿(13)的另一端連接，B支臂(15)的上端設(shè)有軸承孔，軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，其特征在于遠(yuǎn)程中心運 動機構(gòu)的虛擬轉(zhuǎn)動中心點O為鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點L和鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點K的連線 LK的延長線與鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點H和鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點M的連線HM的延長線之間 的交點為虛擬轉(zhuǎn)動中心點0。連線HM平行于鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點K和鉸鏈轉(zhuǎn)動中心點G的連線KG。橫桿13中心線的延長線過虛擬轉(zhuǎn)動中心點O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于仿圖儀的遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)，該遠(yuǎn)程中心運動機構(gòu)包括有八根連桿、兩個支壁、一橫桿、一支撐；A連桿、B連桿、D連桿、E連桿構(gòu)成一個平行四邊形；八根連桿之間的連接應(yīng)用了銷釘與滾珠軸承的活動連接關(guān)系；B連桿、F連桿、G連桿、H連桿上分別開有通孔；A連桿、B連桿的中間分別開有通孔，兩端分別開有軸承孔，且該軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A連桿、C連桿、D連桿、E連桿的兩端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；A支壁、B支壁上端分別開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承；支撐的上端開有軸承孔，且軸承孔內(nèi)安裝有滾珠軸承。本發(fā)明機構(gòu)可以使工具繞空間一虛擬轉(zhuǎn)動中心O進(jìn)行二維轉(zhuǎn)動，并且兩個轉(zhuǎn)動之間互相解耦。
文檔編號A61B17/00GK101380241SQ20081022354
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者于靖軍, 孫明磊, 宗光華, 畢樹生, 旭 裴 申請人:北京航空航天大學(xué)