CN117679244B - 一种远程运动中心机构及眼内手术机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种远程运动中心机构及眼内手术机器人,属于眼内手术技术领域。远程运动中心机构包括主轴、末端执行组件和运动单元,运动单元用于带动末端执行组件运动;运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,末端执行组件与第一连杆组件连接,进给直线模组还包括第一直线驱动单元,俯仰驱动模组中的第二滑块沿第一方向可移动地设置于主轴,第一直线驱动单元安装于主轴,俯仰驱动模组用于驱动第二滑块移动以带动末端执行组件进行俯仰运动;第二连杆组件用于使第一连杆组件与主轴保持相互平行。这种远程运动中心机构能够在任意姿态都能保证稳定性,保证远程运动中心的精度。
Description
技术领域
本申请涉及眼内手术技术领域,具体而言,涉及一种远程运动中心机构及眼内手术机器人。
背景技术
视网膜为眼球后部最内层组织,结构精细复杂,特别是位于后极部的黄斑区,由于该区视网膜的组织结构和生理活动特殊,极易受到内外致病因素的影响而发生病变。此外视网膜还易受自身血管疾病和全身血管性疾病的影响而产生病变。若视网膜病变得不到及时、有效的治疗,会严重影响患者视力,甚至致盲,显微手术是治疗视网膜病变的有效手段。
针对眼内显微手术的要求,已经开发出了能使眼科手术器械进入眼内绕着支点进行运动的远程运动中心机构。但现有的远程运动中心机构多是采用平行四连杆机构或平行五连杆机构,在通常情况下,能够保证运动中心的精度,而在机构运动到极限位置时,由于平行四连杆的夹角变小而稳定性变差,导致远程运动中心机构不够精准。
发明内容
本申请实施例提供一种远程运动中心机构,能够使得远程运动中心在任意姿态都能保证稳定性,保证远程运动中心的精度。
第一方面,本申请实施例提供一种远程运动中心机构,远程运动中心机构用于眼内手术机器人,远程运动中心机构包括主轴、末端执行组件和运动单元,末端执行组件用于执行眼内手术;运动单元设置于主轴和末端执行组件之间,运动单元用于带动末端执行组件运动;其中,运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,末端执行组件与第一连杆组件连接,并与第一连杆组件构成第一平行四连杆机构;第一连杆组件包括第一滑块,第一滑块与末端执行组件平行设置,第一连杆组件和进给直线模组共用第一滑块,进给直线模组还包括第一直线驱动单元,第一直线驱动单元用于驱动第一滑块沿第二方向移动,以带动第一连杆组件连同末端执行组件进行进给运动;俯仰驱动模组安装于主轴,俯仰驱动模组包括第二滑块,第二滑块沿第一方向可移动地设置于主轴,第一直线驱动单元安装于主轴,且第一直线驱动单元与第二滑块之间连接有拉杆,俯仰驱动模组用于驱动第二滑块在主轴沿第一方向移动,以通过拉杆带动末端执行组件进行俯仰运动;第二连杆组件设置于第一连杆组件与主轴之间,第二连杆组件用于使第一连杆组件与主轴保持相互平行。
在本方案中,通过将运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,末端执行组件与第一连杆组件连接,并与第一连杆组件构成第一平行四连杆机构,在俯仰驱动模组驱动第二滑块运动的情况下,拉杆带动进给直线模组的角度变化,并通过第一平行四连杆机构带动末端执行组件进行俯仰动作,从而实现末端执行组件的转动。通过进给直线模组的设置,第一直线驱动单元带动第一滑块移动,利用第一平行四连杆机构带动末端执行组件进行第二方向上的进给运动。并且在第一连杆组件和第二连杆组件的配合约束作用下,采用第一连杆组件和第二连杆组件形成互补,让运动单元驱使末端执行组件在任意姿态下使得第一连杆组件与主轴保持相互平行,从而使得远程运动中心在任意姿态都能保证稳定性,使其更加精准。
在一些实施例中,第一连杆组件还包括第一连杆和第二连杆,第一连杆和第二连杆相互平行,末端执行组件和第一滑块相互平行,第一连杆的两端分别与末端执行组件和第一滑块铰接,第二连杆的两端分别与末端执行组件和第一滑块铰接,第一滑块、第一连杆、第二连杆和末端执行组件之间构成第一平行四连杆机构。
在一些实施例中,第一直线驱动单元包括基座、丝杆、丝杆螺母和第一驱动件,基座靠近于主轴的一端与主轴铰接,丝杆沿第二方向延伸,丝杆转动安装于基座,第一驱动件安装于基座,用于带动丝杆沿其轴线方向旋转,丝杆螺母与丝杆螺纹配合,第一滑块安装于丝杆螺母,拉杆的一端与基座铰接,另一端与第二滑块铰接。
上述技术方案中,通过将第一直线驱动单元采用丝杆螺母副机构驱动第一滑块实现升降,移动精度高,不易出现偏移的现象,能够确保末端执行组件进给动作的精准性。
在一些实施例中,俯仰驱动模组还包括第二直线驱动单元,第二直线驱动单元安装于主轴,第二直线驱动单元用于驱动第二滑块在主轴上沿第一方向移动。
上述技术方案中,通过设置有第二直线驱动单元,可以带动第二滑块在主轴上沿第一方向移动,从而实现末端执行组件的俯仰动作,不需要人为参与,借助于俯仰驱动模组中的第二直线驱动单元可自动进行,精准性强。
在一些实施例中,第二连杆组件包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆,第三连杆与第四连杆平行,第三连杆和第四连杆的一端铰接于第一连杆,另一端分别铰接于第五连杆长度方向的两端;第六连杆和第七连杆相互平行,第六连杆和第七连杆的一端铰接于主轴,第六连杆与第七连杆的另一端铰接于第五连杆长度方向的两端,且第六连杆与第三连杆在第五连杆上的一端共用同一铰接端,第七连杆和第四连杆在第五连杆上的一端共用同一铰接端;第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆构成平行五连杆机构。
上述技术方案中,通过将第二连杆组件采用为平行五连杆机构,在不影响第一平行四连杆机构沿第二方向直线运动的前提下,保证第一平行四连杆机构与主轴的平行,从而保证远程运动中心机构O点始终位于同一轴线上。
在一些实施例中,远程运动中心机构还包括第三连杆组件,第三连杆组件包括滑轨和第八连杆,滑轨与丝杆平行,第八连杆的两端分别与基座和滑轨铰接,第八连杆与主轴平行,滑轨、第八连杆、丝杆和主轴之间构成第二平行四连杆机构;滑轨在对应于第一连杆和第二连杆的位置设置有配合部,配合部与第一连杆和第二连杆铰接,配合部滑动设置于滑轨。
上述技术方案中,通过在远程运动中心机构设置第三连杆组件,相当于在第一连杆和主轴之间增加了一套四连杆机构,通过第八连杆、滑轨、主轴、进给直线模组中的丝杆形成一个平行四连杆机构,而第一滑块与第一连杆组件连接,第一滑块与滑轨配合进行直线运动,保证进给直线模组运动的时候不影响第一平行四连杆机构的进给运动。此结构在俯仰角度为90°时,由于自重,第一平行四连杆机构的末端会有下沉现象,偏移量较大,而在极限位置时,偏移量减小,从而弥补平行五连杆机构稳定性的不足。也就是说,在90°俯仰角度时,主要通过平行五连杆机构来保证末端执行组件的稳定性,在极限俯仰角度时,通过俯仰直线驱动模组配合第一平行四连杆机构来保证末端执行组件的稳定性,两者形成互补。
在一些实施例中,第一连杆组件的数量设为两组,两组第一连杆组件结构相同,两组第一连杆组件分别位于基座和末端执行组件的第三方向的相对两侧;第二连杆组件的数量设为两组,两组第二连杆组件结构相同,两组第二连杆组件分别位于主轴的第三方向的相对两侧。
上述技术方案中,通过将第一连杆组件的数量设为两组,使得末端执行组件相对的两侧均具有第一连杆组件的牵引和拉扯作用,使得第一平行四连杆机构运动的稳定性更高。同样的,通过将第二连杆组件的数量设为两组,第二连杆组件分别位于主轴的两侧,使得第一连杆与主轴始终保持平行,末端执行组件在位置调整过程中的精度更高。
在一些实施例中,在两组第一连杆组件中,两个第一连杆之间连接有第一连接杆,两个第二连杆之间连接有第二连接杆。
上述技术方案中,通过第一连接杆和第二连接杆的设置,可以使得两组第一连杆组件之间的整体性更强。
在一些实施例中,远程运动中心机构还包括转动单元,转动单元设置于运动单元远离末端执行组件的一侧,转动单元与主轴连接,用于带动主轴转动,以实现末端执行组件的转动。
上述技术方案中,通过转动单元驱动主轴转动,给远程运动中心机构提供自转运动,这样转动单元可以带动末端执行组件实现转动,满足末端执行组件的转动需求。
第二方面,本申请实施例还提供了一种眼内手术机器人,眼内手术机器人包括前述的远程运动中心机构。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,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申请的某些实施例,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。
图1为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构的结构示意图;
图2为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构部包括第三连杆组件的结构示意图;
图3为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构部中包含有第三连杆组件的结构示意图;
图4为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构的正视图;
图5为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构进行进给动作的结构示意图;
图6为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构进行俯仰动作的结构示意图;
图7为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构的O点偏移的示意图;
图8为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构运动至低点O点偏移的示意图;
图9为本申请一些实施例提供的远程运动中心机构中第三连杆组件中O点的示意图;
图10为图9的远程运动中心机构进行俯仰后O点的示意图。
图标:末端执行组件10、第一连杆20、第二连杆21、第一滑块23、第一连接杆24、第二连接杆25、基座30、丝杆31、第一驱动件32、第二滑块40、拉杆41、俯仰电机42、第三连杆50、第四连杆51、第五连杆52、第六连杆53、第七连杆54、第八连杆60、滑轨61、主轴70、自转电机71。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
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。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请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申请和简化描述,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申请的限制。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。
在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“相连”应做广义理解,例如,可以是固定相连,也可以是可拆卸相连,或一体地相连;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申请中的具体含义。
实施例
经发明人发现,显微手术是治疗视网膜病变的有效手段。但由于眼内空间的狭小(眼球近似为直径约23mm~24mm的球体)、操作对象的细微(眼底血管直径约为40μm~350μm,视网膜厚度约为100μm~300μm,内界膜的厚度约为1μm~3μm)以及人的各项生理极限(手部的生理颤抖可达156μmRMS,低于7.5mN的微力难以感知)等限制因素,使得相关手术的实施难度极大。
以治疗视网膜中央静脉阻塞的视网膜静脉穿刺注射术式为例:医生在显微镜的帮助下,观察病人的眼底。同时手持显微器械,使其末端通过位于巩膜上的内径小于1mm的套管,进入眼内直至眼底目标区域。然后在直径约150μm的视网膜静脉血管上***直径约30μm的空心微针。随后保持显微器械的位姿稳定,持续2~10min,使溶栓剂足量地注入,保障治疗的成功。类似的还有治疗黄斑裂孔的内界膜剥离手术以及治疗眼底出血的视网膜下注射等,其操作过程相近,但手术器械及对象有所不同(器械还涉及:显微手术镊等,对象涉及视网膜、内界膜)。通常情况下,医生难以手工完成上述术式。
不仅如此,由于器械是穿过套管进入眼内,而非通过开放式的创口(如移除角膜、晶状体等后再实施手术),因此该类手术属于眼科的“微创”手术,器械的操作亦需满足微创手术的运动约束条件。器械末端进入眼内后,套管上存在着“最佳”的支点,可使巩膜受到的额外力最小。器械可以此支点为转动中心,调整自身3个姿态,同时也可过支点沿自身轴线进行直线移动,通过这4个自由度的运动配合完成手术。若未按此形式进行操作,则会对巩膜施加较大额外力,使巩膜受到损伤,或使眼球在眼窝中发生旋转而导致医生难以对目标区域定位。
可以看到,手术对医生手部操作的运动精准性、稳定性与灵巧性要求极高。而机器人具有较好的运动精准性、结构稳定性以及运动映射能力,能够帮助人克服在客观方面的不足。
针对眼内显微手术的要求,已经开发出了能使眼科手术器械进入眼内绕着支点进行运动的远程运动中心机构。但现有的远程运动中心机构多是采用平行四连杆机构或平行五连杆机构,在通常情况下,能够保证运动中心的精度,而在机构运动到极限位置时,由于平行四连杆的夹角变小而稳定性变差,导致远程运动中心机构不够精准。
鉴于此,本申请实施例提供一种远程运动中心机构,请参阅图1至图10,远程运动中心机构用于眼内手术机器人,远程运动中心机构包括主轴70、末端执行组件10和运动单元,末端执行组件10用于执行眼内手术;运动单元设置于主轴70和末端执行组件10之间,运动单元用于带动末端执行组件10运动;其中,运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,末端执行组件10与第一连杆组件连接,并与第一连杆组件构成第一平行四连杆机构;第一连杆组件包括第一滑块23,第一滑块23与末端执行组件10平行设置,第一连杆组件和进给直线模组共用第一滑块23,进给直线模组还包括第一直线驱动单元,请结合图3和图4,第一直线驱动单元用于驱动第一滑块23沿第二方向(图1中Y轴线方向)移动,以带动第一连杆组件连同末端执行组件10进行进给运动;俯仰驱动模组安装于主轴70,俯仰驱动模组包括第二滑块40,第二滑块40沿第一方向(图1中X轴线延伸方向)可移动地设置于主轴70,第一直线驱动单元安装于主轴70,且第一直线驱动单元与第二滑块40之间连接有拉杆41;请结合图5和图6,俯仰驱动模组用于驱动第二滑块40在主轴70沿第一方向移动,以通过拉杆41带动末端执行组件10进行俯仰运动(图1中绕Z轴线方向俯仰运动);第二连杆组件设置于第一连杆组件与主轴70之间,第二连杆组件用于使第一连杆组件与主轴70保持相互平行。
在本方案中,通过将运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,末端执行组件10与第一连杆组件连接,并与第一连杆组件构成第一平行四连杆机构,在俯仰驱动模组驱动第二滑块40运动的情况下,拉杆41带动进给直线模组的角度变化,并通过第一平行四连杆机构带动末端执行组件10进行俯仰动作,从而实现末端执行组件10的转动。通过进给直线模组的设置,第一直线驱动单元带动第一滑块23移动,利用第一平行四连杆机构带动末端执行组件10进行第二方向上的进给运动。并且在第一连杆组件和第二连杆组件的配合约束作用下,采用第一连杆组件和第二连杆组件形成互补,让运动单元驱使末端执行组件10在任意姿态下使得第一连杆组件与主轴70保持相互平行,从而使得远程运动中心在任意姿态都能保证稳定性,使其更加精准。
在一些实施例中,第一连杆组件还包括第一连杆20和第二连杆21,第一连杆20和第二连杆21相互平行,末端执行组件10和第一滑块23相互平行,第一连杆20的两端分别与末端执行组件10和第一滑块23铰接,第二连杆21的两端分别与末端执行组件10和第一滑块23铰接,第一滑块23、第一连杆20、第二连杆21和末端执行组件10之间构成第一平行四连杆机构。
在一些实施例中,第一直线驱动单元包括基座30、丝杆31、丝杆31螺母和第一驱动件32,基座30靠近于主轴70的一端与主轴70铰接,丝杆31沿第二方向延伸,丝杆31转动安装于基座30,第一驱动件32安装于基座30,用于带动丝杆31沿其轴线方向旋转,丝杆31螺母与丝杆31螺纹配合,第一滑块23安装于丝杆31螺母,拉杆41的一端与基座30铰接,另一端与第二滑块40铰接。通过将第一直线驱动单元采用丝杆螺母副机构驱动第一滑块23实现第二方向(Y轴线方向)升降,移动精度高,不易出现偏移的现象,能够确保末端执行组件10进给动作的精准性。
在一些实施例中,俯仰驱动模组还包括第二直线驱动单元,第二直线驱动单元安装于主轴70,第二直线驱动单元用于驱动第二滑块40在主轴70上沿第一方向移动。通过设置有第二直线驱动单元,可以带动第二滑块40在主轴70上沿第一方向移动,从而实现末端执行组件10的俯仰动作,不需要人为参与,借助于俯仰驱动模组中的第二直线驱动单元可自动进行,精准性强。
其中,第二直线驱动单元可以为多种直线驱动机构,譬如,第二直线驱动单元可以为同步带轮机构配合丝杆螺母副机构、气缸、电动推杆、液压缸、直线电机或者直线模组等。
在一些实施例中,第二连杆组件包括第三连杆50、第四连杆51、第五连杆52、第六连杆53和第七连杆54,第三连杆50与第四连杆51平行,第三连杆50和第四连杆51的一端铰接于第一连杆20,另一端分别铰接于第五连杆52长度方向的两端;第六连杆53和第七连杆54相互平行,第六连杆53和第七连杆54的一端铰接于主轴70,第六连杆53与第七连杆54的另一端铰接于第五连杆52长度方向的两端,且第六连杆53与第三连杆50在第五连杆52上的一端共用同一铰接端,第七连杆54和第四连杆51在第五连杆52上的一端共用同一铰接端;第三连杆50、第四连杆51、第五连杆52、第六连杆53和第七连杆54构成平行五连杆机构。通过将第二连杆组件采用为平行五连杆机构,在不影响第一平行四连杆机构沿第二方向直线运动的前提下,保证第一平行四连杆机构与主轴70的平行,从而保证远程运动中心机构O点始终位于同一轴线(X轴线)上。通过第一平行四连杆机构和平行五连杆机构,便可实现末端执行组件10的手术器械在O点上实现沿X轴、Z轴旋转和沿Y轴的直线运动。
在实际工作中,首先进给直线模组带动末端执行组件10沿Y轴方向上移动,直到出发微动开关,记录零点,然后进给直线模组反向移动一定距离,是末端执行组件10上的器械定位到O点,然后有人工或遥控将整体机构拖动到人眼巩膜创口,之后由远程运动中心机构的进给、俯仰和自转来控制眼内的微动手术操作。因为远程运动中心机构的O点为理论上的不动点,所以不论末端执行组件10上的器械在眼内如何动作,O点都不会对巩膜的创口造成任何压力。
在实际加工当中,请参阅图7至图10,由于存在零件加工公差、装配误差、轴承游隙等问题,导致末端执行组件10O点的浮动,并不能形成一个理想的点,这个O点的精确度,就是远程运动中心机构的关键。而各个连杆之间的铰接通过轴承实现,一般小径深沟球轴承的游隙为4μm-18μm,虽然通过过盈装配会抵消一部分游隙,但是为保证轴承转动的顺滑,还是要保留一部分游隙,而且因为零件的加工公差等,导致各连杆配合依然会存在一些间隙,为便于说明,假定单个连杆的累积间隙为0.01mm(10μm),所有的连杆尺寸都为60mm,受重力影响,第五连杆52和第六连杆53受压力,尺寸变小为59.99mm,第七连杆54和主轴70受拉力影响尺寸变为60.01,在俯仰角度为90°时,末端执行组件10的位置偏移0.2mm,而在极限角度时,末端执行组件10的位置偏移1.18mm,可见随着俯仰角度的变化,O点会存在不稳定情况。
为便于说明,将原结构图纸以直线简图表示,虚线为理想尺寸,实线为各连杆受轴承间隙及加工公差影响后的实际尺寸,图7和图8为五连杆结构两个工作极限位置,经过对比,可见五连杆结构末端点在上极限时位置偏差为0.2mm,而在下极限位置增大到1.18mm。而图9和图10为四连杆滑轨机构的两个工作极限位置,经过对比,可见上极限位置末端点偏差为3.8mm,在下极限位置,偏差减小为0.05mm。此机构同时具有五连杆机构和四连杆滑块机构,形成互相补充,从而使机构在上极限位置和下极限位置都能具有较小的位置偏差。
在一些实施例中,远程运动中心机构还包括第三连杆组件,第三连杆组件包括滑轨61和第八连杆60,滑轨61与丝杆31平行,第八连杆60的两端分别与基座30和滑轨61铰接,第八连杆60与主轴70平行,滑轨61、第八连杆60、丝杆31和主轴70之间构成第二平行四连杆机构;滑轨61在对应于第一连杆20和第二连杆21的位置设置有配合部,配合部与第一连杆20和第二连杆21铰接,配合部滑动设置于滑轨61。
上述技术方案中,通过在远程运动中心机构设置第三连杆组件,相当于在第一连杆20和主轴70之间增加了一套四连杆机构,通过第八连杆60、滑轨61、主轴70、进给直线模组中的丝杆31形成一个平行四连杆机构,而第一滑块23与第一连杆组件连接,第一滑块23与滑轨61配合进行直线运动,保证进给直线模组运动的时候不影响第一平行四连杆机构的进给运动。此结构在俯仰角度为90°时,由于自重,第一平行四连杆机构的末端(末端执行组件10)会有下沉现象,偏移量较大,而在极限位置时,偏移量减小,从而弥补平行五连杆机构稳定性的不足。也就是说,在90°俯仰角度时,主要通过平行五连杆机构来保证末端执行组件10的稳定性,在极限俯仰角度时,通过俯仰直线驱动模组配合第一平行四连杆机构来保证末端执行组件10的稳定性,两者形成互补。
在一些实施例中,第一连杆组件的数量设为两组,两组第一连杆组件结构相同,两组第一连杆组件分别位于基座30和末端执行组件10的第三方向的相对两侧;第二连杆组件的数量设为两组,两组第二连杆组件结构相同,两组第二连杆组件分别位于主轴70的第三方向的相对两侧。通过将第一连杆组件的数量设为两组,使得末端执行组件10相对的两侧均具有第一连杆组件的牵引和拉扯作用,使得第一平行四连杆机构运动的稳定性更高。同样的,通过将第二连杆组件的数量设为两组,第二连杆组件分别位于主轴70的两侧,使得第一连杆20与主轴70始终保持平行,末端执行组件10在位置调整过程中的精度更高。
在一些实施例中,在两组第一连杆组件中,两个第一连杆20之间连接有第一连接杆24,两个第二连杆21之间连接有第二连接杆25。通过第一连接杆24和第二连接杆25的设置,可以使得两组第一连杆组件之间的整体性更强。
在一些实施例中,远程运动中心机构还包括转动单元,转动单元设置于运动单元远离末端执行组件10的一侧,转动单元与主轴70连接,用于带动主轴70转动,以实现末端执行组件10的转动。通过转动单元驱动主轴70绕X轴线方向转动,给远程运动中心机构提供自转运动,这样转动单元可以带动末端执行组件10实现转动,满足末端执行组件10的转动需求。
其中,转动单元包括自转电机71,自转电机71的驱动端与主轴70连接,带动主轴70旋转,远程运动中心的O点位于自转电机7110和主轴7013的旋转轴线上,在远程运动中心机构自转的时候保证O点在X轴线上。
第二方面,本申请实施例还提供了一种眼内手术机器人,眼内手术机器人包括前述的远程运动中心机构。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种远程运动中心机构,用于眼内手术机器人,其特征在于,包括:
主轴;
末端执行组件,用于执行眼内手术;
运动单元,设置于所述主轴和所述末端执行组件之间,所述运动单元用于带动所述末端执行组件运动;
其中,所述运动单元包括第一连杆组件、进给直线模组、俯仰驱动模组和第二连杆组件,所述末端执行组件与所述第一连杆组件连接,并与所述第一连杆组件构成第一平行四连杆机构;所述第一连杆组件包括第一滑块,所述第一滑块与所述末端执行组件平行设置,所述第一连杆组件和所述进给直线模组共用所述第一滑块,所述进给直线模组还包括第一直线驱动单元,所述第一直线驱动单元用于驱动所述第一滑块沿第二方向移动,以带动所述第一连杆组件连同所述末端执行组件进行进给运动;所述俯仰驱动模组安装于所述主轴,所述俯仰驱动模组包括第二滑块,所述第二滑块沿第一方向可移动地设置于所述主轴,所述第一直线驱动单元安装于所述主轴,且所述第一直线驱动单元与所述第二滑块之间连接有拉杆,所述俯仰驱动模组用于驱动所述第二滑块在所述主轴沿所述第一方向移动,以通过所述拉杆带动所述末端执行组件进行俯仰运动;所述第二连杆组件设置于所述第一连杆组件与所述主轴之间,所述第二连杆组件用于使所述第一连杆组件与所述主轴保持相互平行;
所述第一连杆组件还包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆和所述第二连杆相互平行,所述第一连杆的两端分别与所述末端执行组件和所述第一滑块铰接,所述第二连杆的两端分别与所述末端执行组件和所述第一滑块铰接,所述第一滑块、所述第一连杆、第二连杆和所述末端执行组件之间构成第一平行四连杆机构;
所述第一直线驱动单元包括基座、丝杆、丝杆螺母和第一驱动件,所述基座靠近于所述主轴的一端与所述主轴铰接,所述丝杆沿所述第二方向延伸,所述丝杆转动安装于所述基座,所述第一驱动件安装于所述基座,用于带动所述丝杆沿其轴线方向旋转,所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹配合,所述第一滑块安装于所述丝杆螺母,所述拉杆的一端与所述基座铰接,另一端与所述第二滑块铰接;
所述第二连杆组件包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆,所述第三连杆与所述第四连杆平行,所述第三连杆和所述第四连杆的一端铰接于所述第一连杆,另一端分别铰接于所述第五连杆的两端;所述第六连杆和所述第七连杆相互平行,所述第六连杆和所述第七连杆的一端铰接于所述主轴,所述第六连杆与所述第七连杆的另一端铰接于所述第五连杆的两端,且所述第六连杆与所述第三连杆在所述第五连杆上的一端共用同一铰接端,所述第七连杆和所述第四连杆在所述第五连杆上的一端共用同一铰接端;所述第三连杆、所述第四连杆、所述第五连杆、所述第六连杆和所述第七连杆构成平行五连杆机构;
所述远程运动中心机构还包括第三连杆组件,所述第三连杆组件包括滑轨和第八连杆,所述滑轨与所述丝杆平行,所述第八连杆的两端分别与所述基座和所述滑轨铰接,所述第八连杆与所述主轴平行,所述滑轨、所述第八连杆、所述丝杆和所述主轴之间构成第二平行四连杆机构;
所述滑轨在对应于所述第一连杆和所述第二连杆的位置设置有配合部,所述配合部与所述第一连杆和所述第二连杆铰接,所述配合部滑动设置于所述滑轨。
2.如权利要求1所述的远程运动中心机构,其特征在于,所述俯仰驱动模组还包括第二直线驱动单元,所述第二直线驱动单元安装于所述主轴,所述第二直线驱动单元用于驱动所述第二滑块在所述主轴上沿所述第一方向移动。
3.如权利要求1所述的远程运动中心机构,其特征在于,所述第一连杆组件的数量设为两组,两组所述第一连杆组件结构相同,两组所述第一连杆组件分别位于所述基座和所述末端执行组件的第三方向的相对两侧;
所述第二连杆组件的数量设为两组,两组所述第二连杆组件结构相同,两组所述第二连杆组件分别位于所述主轴的第三方向的相对两侧。
4.如权利要求3所述的远程运动中心机构,其特征在于,在两组所述第一连杆组件中,两个所述第一连杆之间连接有第一连接杆,两个所述第二连杆之间连接有第二连接杆。
5.如权利要求1所述的远程运动中心机构,其特征在于,所述远程运动中心机构还包括转动单元,所述转动单元设置于所述运动单元远离所述末端执行组件的一侧,所述转动单元与所述主轴连接,用于带动所述主轴转动,以实现所述末端执行组件的转动。
6.一种眼内手术机器人,其特征在于,包括如权利要求1-5中任一项所述的远程运动中心机构。
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Citations (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101919739A (zh) * | 2010-09-07 | 2010-12-22 | 天津大学 | 一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂 |
CN104349741A (zh) * | 2012-06-01 | 2015-02-11 | 直观外科手术操作公司 | 手术器械操纵器方面 |
CN104622573A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-20 | 北京航空航天大学 | 一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 |
CN105250025A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-01-20 | 吉林大学 | 一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器 |
KR20170003789A (ko) * | 2015-06-30 | 2017-01-10 | 성균관대학교산학협력단 | 최소침습수술용 로봇 시스템 |
CN106806002A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-06-09 | 上海工程技术大学 | 一种用于体外微创手术扶持内窥镜的末端执行机构 |
CN109549774A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种适于眼底显微手术的微创执行机构 |
EP3771446A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-03 | Katholieke Universiteit Leuven KU Leuven Research & Development | Mechanical remote motion constraining mechanism |
CN113288577A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 北京航空航天大学 | 眼底穿刺注射机器人*** |
CN113598953A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-05 | 浙江理工大学 | 一种可用于微创手术的四自由度远中心机构 |
CN114504427A (zh) * | 2021-10-03 | 2022-05-17 | 崔迪 | 一种眼科手术机器人及眼科手术设备 |
CN218832878U (zh) * | 2023-02-06 | 2023-04-11 | 北京衔微医疗科技有限公司 | 一种远程运动中心机构及眼内手术机器人 |
WO2023080618A1 (ko) * | 2021-11-03 | 2023-05-11 | 주식회사 로엔서지컬 | 3자유도 중력 보상이 적용된 위치 조절 암 |
WO2023100125A1 (en) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | Forsight Robotics Ltd. | Robotic unit for microsurgical procedures |
WO2023112539A1 (ja) * | 2021-12-13 | 2023-06-22 | ソニーグループ株式会社 | ロボット装置及びロボットシステム |
CN116616995A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-08-22 | 北京衔微医疗科技有限公司 | 一种眼底血管注射设备及控制方法 |
CN116898552A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-20 | 北京航空航天大学 | 一种用于骨科手术的并联rcm机构末端执行器 |
CN116919715A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种眼科微创手术用rcm机构 |
CN117017503A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-11-10 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 一种基于双平面远程运动中心机构的视网膜手术机器人 |
KR20230173928A (ko) * | 2022-06-20 | 2023-12-27 | 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 | 생검 시술 로봇 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB201300490D0 (en) * | 2013-01-11 | 2013-02-27 | Univ Leuven Kath | An apparatus and method for generating motion around a remote centre of motion |
CN106584445B (zh) * | 2016-12-16 | 2018-12-25 | 微创(上海)医疗机器人有限公司 | 不动点机构 |
-
2024
- 2024-02-04 CN CN202410153190.4A patent/CN117679244B/zh active Active
Patent Citations (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101919739A (zh) * | 2010-09-07 | 2010-12-22 | 天津大学 | 一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂 |
CN104349741A (zh) * | 2012-06-01 | 2015-02-11 | 直观外科手术操作公司 | 手术器械操纵器方面 |
CN104622573A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-20 | 北京航空航天大学 | 一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 |
KR20170003789A (ko) * | 2015-06-30 | 2017-01-10 | 성균관대학교산학협력단 | 최소침습수술용 로봇 시스템 |
CN105250025A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-01-20 | 吉林大学 | 一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器 |
CN106806002A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-06-09 | 上海工程技术大学 | 一种用于体外微创手术扶持内窥镜的末端执行机构 |
CN109549774A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种适于眼底显微手术的微创执行机构 |
EP3771446A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-03 | Katholieke Universiteit Leuven KU Leuven Research & Development | Mechanical remote motion constraining mechanism |
CN113288577A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 北京航空航天大学 | 眼底穿刺注射机器人*** |
CN113598953A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-05 | 浙江理工大学 | 一种可用于微创手术的四自由度远中心机构 |
CN114504427A (zh) * | 2021-10-03 | 2022-05-17 | 崔迪 | 一种眼科手术机器人及眼科手术设备 |
WO2023080618A1 (ko) * | 2021-11-03 | 2023-05-11 | 주식회사 로엔서지컬 | 3자유도 중력 보상이 적용된 위치 조절 암 |
WO2023100125A1 (en) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | Forsight Robotics Ltd. | Robotic unit for microsurgical procedures |
WO2023112539A1 (ja) * | 2021-12-13 | 2023-06-22 | ソニーグループ株式会社 | ロボット装置及びロボットシステム |
KR20230173928A (ko) * | 2022-06-20 | 2023-12-27 | 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 | 생검 시술 로봇 |
CN218832878U (zh) * | 2023-02-06 | 2023-04-11 | 北京衔微医疗科技有限公司 | 一种远程运动中心机构及眼内手术机器人 |
CN116919715A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种眼科微创手术用rcm机构 |
CN116616995A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-08-22 | 北京衔微医疗科技有限公司 | 一种眼底血管注射设备及控制方法 |
CN117017503A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-11-10 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 一种基于双平面远程运动中心机构的视网膜手术机器人 |
CN116898552A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-20 | 北京航空航天大学 | 一种用于骨科手术的并联rcm机构末端执行器 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
一种新型平面远程运动中心设计;梁闯;;机械工程与自动化;20180929(第05期);全文 * |
一种新型微创手术机器人远心定位机构的研究;马保平;张帆;张召颖;邹洵;张国胜;;机械传动;20200915(第09期);全文 * |
眼科显微手术机器人研究进展及关键技术分析;肖晶晶;杨洋;李大寨;黄龙;张雷雨;;机械工程学报;20130105(第01期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117679244A (zh) | 2024-03-12 |
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