[发明专利]一种并联RCM机构及微创手术机器人

说明书

本发明提供一种并联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。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种并联RCM机构及微创手术机器人。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明提供一种并联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。

本发明提供一种并联RCM机构，包括：动平台、定平台和三个结构相同的运动单元；

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。

根据本发明提供的一种并联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。

根据本发明提供的一种并联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；

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。

根据本发明提供的一种并联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。