一种基于折纸单元的远程运动中心机构的制作方法

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于折纸单元的远程运动中心机构。


背景技术：

2.在微创手术过程中，通常需要利用手术机器人协助医生完成手术。末端手术器械作为微创手术机器人的重要输出构件，在操作过程中需要绕一个远端固定点运动，然而在此固定点处并没有实际的运动副存在，通常这种运动条件可通过远程运动中心机构来满足。
3.在现有的运动中心机构中，通常采用多组闭环绳轮传动系统和刚性连杆机构组成。其中，针对含有多组闭环绳轮传动系统的远程运动中心机构而言，其绳的弹性变形往往会降低末端远程运动中心的精度；针对由刚性连杆机构组成的远程运动中心机构而言，常存在远程运动中心机构的体积较大，难以实现小型化设计，运动范围较小。


技术实现要素：

4.为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于折纸单元的远程运动中心机构，其具体技术方案如下。
5.一种基于折纸单元的远程运动中心机构，包括一个基座、四个依次相连的折纸单元和两个末端器械；
6.所述折纸单元包括第一等腰梯形板、第二等腰梯形板、第一矩形板和第二矩形板；所述第一等腰梯形板的腰边与第二等腰梯形板的腰边铰接形成第一转动轴线；第一矩形板与第一等腰梯形板的底边铰接形成第二转动轴线，且第一等腰梯形板的另一底边与基座固定连接；第二矩形板与第二等腰梯形板的底边铰接形成第三转动轴线；所述第一矩形板与第二矩形板铰接形成第四转动轴线；所述第一转动轴线、第二转动轴线、第三转动轴线、第四转动轴线交于一点；
7.所述折纸单元与一相邻的折纸单元共有第一等腰梯形板和第一矩形板，与另一相邻的折纸单元通过动平台连接；所述动平台分别与两个折纸单元的第二等腰梯形板的腰边铰接形成第五转动轴线、第六转动轴线；
8.两个所述末端器械分别安装于两个动平台上，且末端器械的轴线、末端器械所在动平台的第五轴线和第六轴线、与末端器械相邻的折纸单元的第一轴线相交于运动中心点。
9.可选的，所述第一等腰梯形板和第二等腰梯形板全等，使两个所述末端器械的运动中心点相同。
10.可选的，所述第一等腰梯形板包括与基座固定连接的第一固定板、以及滑动连接于第一固定板两侧的第一移动板；所述第一矩形板包括第二固定板、以及滑动连接于第二固定板两侧的第二移动板；两个第一移动板分别与两个第二移动板铰接形成第二转动轴线；第一移动板移动时，使两个所述末端器械的运动中心点分别移动。
11.进一步的，所述末端器械通过底座块与动平台连接。
12.进一步的，所述第一等腰梯形板与基座之间呈倾斜布置。
13.有益效果：本发明所提供的一种基于折纸单元的远程运动中心机构，由四个折纸单元运动带动末端器械绕运动中心点运动，直接通过板件转动，使得整体刚度大、精度高，并且所需要的零件数量少，易实现远程运动中心机构的小型化设计；另外，能够同步驱动两个末端器械运动，运动空间范围大、适用范围广。
附图说明
14.图1为远程运动中心机构的整体示意图之一；
15.图2为折纸单元a的结构示意图；
16.图3为折纸单元b的结构示意图；
17.图4为折纸单元c的结构示意图；
18.图5为折纸单元d的结构示意图；
19.图6为远程运动中心机构的整体示意图之二；
20.图7为远程运动中心机构的整体示意图之三；
21.图8为第一等腰梯形板的剖面示意图；
22.图9为第一矩形板的剖面示意图。
23.附图标记：1、折纸单元a；2、折纸单元b；3、折纸单元c；4、折纸单元d；5、第一等腰梯形板；6、第二等腰梯形板；7、第二矩形板；8、第一矩形板；9、第三等腰梯形板；10、第四等腰梯形板；11、第五等腰梯形板；12、第六等腰梯形板；13、第三矩形板；14、第四矩形板；15、第五矩形板；16、第六矩形板；17、第一末端器械；18、第二末端器械；19、第一动平台；20、第二动平台；21、底座块；22、基座；23、第一固定板；24、第一移动板；25、第二固定板；26、第二移动板；27、滑杆；28、滑槽；29、线性驱动元件；30、导轨。
具体实施方式
24.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.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，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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，
26.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.实施例
28.本实施例提供了一种基于折纸单元的远程运动中心机构，用于驱动手术机器人的末端手术器械绕远程运动中心运动。参照图1所示，该远程运动中心机构包括一个基座22、四个依次相连的折纸单元和两个末端器械。四个折纸单元分为折纸单元a1、折纸单元b2、折纸单元c3和折纸单元d4。
29.具体来说，参照图2所示，所述折纸单元a1包括第一等腰梯形板5、第二等腰梯形板6、第一矩形板8和第二矩形板7。所述第一等腰梯形板5的腰边与第二等腰梯形板6的腰边铰接形成转动轴线j1；第一矩形板8与第一等腰梯形板5的底边铰接形成转动轴线j2，且第一等腰梯形板5的另一底边与基座22固定连接并与基座22之间呈倾斜布置；第二矩形板7与第二等腰梯形板6的底边铰接形成转动轴线j3；所述第一矩形板8与第二矩形板7铰接形成转动轴线j4；所述转动轴线j1、转动轴线j2、转动轴线j3、转动轴线j4始终交于一点o1。
30.参照图3所示，所述折纸单元b2包括第三等腰梯形板9、第四等腰梯形板10、第三矩形板13和第四矩形板14。所述第三等腰梯形板9的腰边与第四等腰梯形板10的腰边铰接形成转动轴线j5；所述第三矩形板13和第三等腰梯形板9的底边铰接形成转动轴线j6，且第三等腰梯形板9的另一底边与基座22固定连接并与基座22之间呈倾斜布置；第四矩形板14与第四等腰梯形板10的底边铰接形成转动轴线j7；所述第三矩形板13和第四矩形板14铰接形成转动轴线j8；所述转动轴线j5、转动轴线j6、转动轴线j7、转动轴线j8始终相交于一点。
31.所述折纸单元b2与折纸单元a1相邻，且通过一个第一动平台19连接。具体来说，该第一动平台19也为等腰梯形板，其一腰边与第二等腰梯形板6远离第一等腰梯形板5的腰边铰接形成转动轴线j17，另一腰边与第四等腰梯形板10远离第三等腰梯形板9的腰边铰接形成转动轴线j18。第一末端器械17通过底座块21安装于第一动平台19上，并使得第一末端器械17的轴线、转动轴线j17、转动轴线j18、转动轴线j1、转动轴线j5始终交于一远程运动中心点。控制第一矩形板8或第三矩形板13时，使得第一末端器械17绕该远程运动中心点运动，从而实现第一末端器械17的姿态调整。
32.参照图4所示，所述折纸单元c3与折纸单元a1相邻，其共有一个第一等腰梯形板5和一个第一矩形板8。具体来说，所述折纸单元c3既包括第一等腰梯形板5、第一矩形板8，还包括第五等腰梯形板11和第五矩形板15。所述第五等腰梯形板11的腰边与第一等腰梯形板5远离第二等腰梯形板6的腰边铰接形成转动轴线j9，第五矩形板15与第五等腰梯形板11的底边铰接形成转动轴线j12，第一矩形板8与第五矩形板15铰接形成转动轴线j11。所述转动轴线j2、转动轴线j9、转动轴线j11、转动轴线j12始终相交于点。
33.参照图5所示，所述折纸单元d4分别与折纸单元b2和折纸单元c3相邻，该折纸单元d4与折纸单元b2之间共有一个第三等腰梯形板9和第三矩形板13，与折纸单元c3之间通过第二动平台20连接。具体来说，所述折纸单元d4既包括第三等腰梯形板9、第三矩形板13，也包括第六等腰梯形板12和第六矩形板16。所述第六等腰梯形板12的腰边与第三等腰梯形板9远离第四等腰梯形板10的腰边铰接形成转动轴线j13；所述第六矩形板16与第六等腰梯形板12的底边铰接形成转动轴线j16；所述第六矩形板16与第三矩形板13铰接形成转动轴线j15。转动轴线j6、转动轴线j13、转动轴线j15、转动轴线j16始终交于一点。所述第二动平台20也为等腰梯形板，其一腰边与第六等腰梯形板12的腰边铰接形成转动轴线j20，另一腰边与第五等腰梯形板11的腰边铰接形成转动轴线j19。所述第二末端器械18通过底座块21安
装于第二同平台上，并使得第二末端器械18的轴线、转动轴线j13、转动轴线j9、转动轴线j19、转动轴线j20始终交于一远程中心点。控制第一矩形板8或第三矩形板13时，可以分别使得第一末端器械17和第二末端器械18绕其远程中心点运动，从而同步控制两个末端器械同步运动。
34.一方面，在本实施例中，参照图1所示，可以将各等腰梯形板设置为全等状，使得第一末端器械17与第二末端器械18的远程运动中心点位于同一点o，实现两个末端器械绕同一运动中心点运动，其运动的空间范围大、对称性好。
35.另一方面，在本实施例中，参照图7所示，可以将第一等腰梯形板5、第一矩形板8、第三等腰梯形板9和第三矩形板13设置成伸缩结构，通过改变第一等腰梯形、第一矩形板8、第三等腰梯形和第三矩形板13的长度，使得第一末端器械17与第二末端器械18的远程运动中心点分别位于两个不同的点o2、o3。
36.在本实施例中以第一等腰梯形板5和第一矩形板8为例进行说明。继续参照图7所示，所述第一等腰梯形板5包括第一固定板23、以及滑动连接于第一固定板23两侧的第一移动板24。所述第一固定板23与基座22固定连接，所述第一移动板24通过导轨30与基座22连接，并限定第一移动板24的倾斜方向。所述第一矩形板8包括第二固定板25、以及滑动连接于第二固定板25两侧的第二移动板26。两个第一移动板24分别与两个第二移动板26铰接形成转动轴线j2；当第一移动板24相对第一固定板23移动时，带动第二移动板26移动，使得两个末端器械的远程运动中心点发生改变；当驱动第一矩形板8或第三矩形板13时，使得第一末端器械17和所述第二末端器械18分别绕两个远程运动中心同时运动；可使得该远程运动机构扩展应用于对准、调平以及多目标同时微操作领域。第一等腰梯形板5伸缩至与第二等腰梯形板6全等时，使得第一末端器械17与第二末端器械18的远程运动中心点位于同一点，同样可以实现两个末端器械绕同一运动中心点运动。
37.具体来说实现第一固定板23与第一移动板24的相对移动的方式有多种，以下举例一种方式进行示例性说明。
38.第一种方式参照图8所示，所述第一移动板24的侧面设置沿转动轴线j2方向延伸的滑杆27，所述第一固定板23的侧面设置沿转动轴线j2方向延伸的滑槽28，所述滑槽28内安装线性驱动元件29，该线性驱动元件29可以是液压杆，所述滑杆27伸入滑槽28内并与线性驱动元件29连接，由线性驱动元件29驱动第一移动板24与第一固定板23相对移动。相应的，参照图9，在第一矩形板8中，所述第二固定板25与第二移动板26之间也设置滑杆27、滑槽28结构，由于第一移动板24与第二移动板26铰接，因此第一移动板24带动第二移动板26移动。
39.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。