[发明专利]平行四边形传动结构

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种平行四边形传动结构，特别是一种用于手术机器人的平行四边形传动结构。

背景技术

随着机器人技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。微创手术机器人可以减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者微创伤、失血少、术后感染少、术后恢复快。微创手术机器人系统通常使用主从式控制模式：操作者在对主手进行操作时，其手部运动会带动主手随之运动，主手关节处传感器可以测量运动信息，再通过主从控制算法将主手的运动映射到从手主动臂，从手主动臂各关节被动运动，带动手术器械实现相应运动。微创手术机器人主动臂关键组成部分主要包括远程运动中心机构和手术器械，其机械结构的设计优劣直接影响了微创手术机器人的性能，也制约着系统中其他部件的研发与设计。

例如，中国专利公开了一种用于支撑微创外科手术器械的机器人本体结构[授权公告号号为CN104224328AB]，主要由平行四杆机构、伸缩体和四杆支撑杆单元组成。平行四杆机构与伸缩体和四杆支撑杆共同组成三个平行四边形，是双平行四边形构型中的一种变形，提供双平行四边形具有的不变的远程运动中心，此本体结构通过对四杆机构中的四杆形状合理设计，使其提供的远程运动中心为手术器械轴线和四杆支撑杆的旋转轴线的交点，因此能为手术器械的安装留有足够的空间，避免传统双平行四边形机构由于手术器械的安装使远程运动中心点发生改变。

上述的结构要实现大运动范围，在收缩时需要各杆重叠，无法形成完好的外壳包裹，并且内部零件外露，无法满足安全性要求；要使其具备较好的刚性，连杆必然设计得较为粗壮，重量和体积较大：体积大会影响布局，为避免各杆相互干涉，手术开口距离比较大；重量大会造成驱动困难，前端手术器械容易抖动。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种伸展运动范围大的平行四边形传动结构。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

平行四边形传动结构，设于手术机器人的固定臂与滑动臂之间，所述的滑动臂上设有带器械手的手术器械，其特征在于，传动结构包括中段臂和前段臂，所述的中段臂通过铰接轴一铰接在固定臂上，所述的前段臂通过铰接轴二铰接在中段臂远离固定臂的一端，所述的滑动臂通过铰接轴三铰接在前段臂远离中段臂的一端，所述的铰接轴一、铰接轴二和铰接轴三平行，所述的中段臂与前段臂构成一平行四边形的两相邻边，两者之间具有位于平行四边形顶点处的供器械手穿过的远心点，所述的中段臂与滑动臂之间设有当中段臂绕铰接轴一旋转时用于带动滑动臂绕铰接轴三旋转的带动组件，在带动组件的作用下器械手始终穿过远心点。

在上述的平行四边形传动结构中，所述的铰接轴一垂直固定在中段臂上，所述的铰接轴二垂直固定在前段臂上，所述的铰接轴一穿设在固定臂内且两者之间设有轴承一，所述的铰接轴二穿设在中段臂内且两者之间设有轴承二，所述的固定臂位于中段臂的一侧，所述的前段臂位于中段臂的另一侧。

铰接轴一由设于固定臂上的动力单元（电机）驱动，在该动力单元的作用下铰接轴可绕自身中轴线旋转，从而带动中段臂摆动。将固定臂和前段臂分别设于中段臂的不同侧，避免在旋转时固定臂与前段臂交涉，从而可大大增加该结构的伸展运动范围。

在上述的平行四边形传动结构中，所述的带动组件包括固定在固定臂上的与铰接轴一同轴设置的主动轮一、同轴固定在铰接轴二上的与主动轮一对应设置的从动轮一以及张紧在主动轮一与主动轮二之间的传动带一，所述的中段臂上固定有与铰接轴二同轴设置的主动轮二、同轴固定在铰接轴三上的与主动轮二对应设置的从动轮二以及张紧在主动轮二与从动轮二之间的传动带二。

在上述的平行四边形传动结构中，所述的中段臂内部中空，所述的前段臂内部中空，所述的主动轮一、从动轮一和传动带一位于中段臂内，主动轮二、从动轮二和传动带二位于前段臂内。

在上述的平行四边形传动结构中，所述主动轮一与从动轮一的外径相等，所述主动轮二与从动轮二的外径相等。传动带一呈环形且张紧在主动轮一与从动轮一之间，被张紧的传动带一的两条边平行，传动带二呈环形且张紧在主动轮二和从动轮二之间，被张紧的传动带二的两条边平行。