专利名称：执行器末端快速切换机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种切换装置，具体讲是涉及一种用于外科等微创手术机械臂上
快速安装不同的手术器械的执行器末端快速切换机构，属于机器人技术领域。
背景技术：
在微创外科手术中，需要多名助手用力撑开切口，以拨开病人内部脏器。但是，我 们知道外科手术时间一般都比较长，手术人员极易疲劳，很容易造成切口撑开不到位，不能 很好隔离内部脏器与病灶的情况，以至于会严重影响医生的手术视野和操作。因此，在微创 外科手术中，会采用手术辅助机械臂来辅助外科医生完成微创外科手术，外科手术辅助机 械臂主要用于辅助医生撑开切口，以解决人为操作易疲劳的问题，正是由于外科手术辅助 机械臂具有上述优点，其临床应用前景非常广泛。 但是，在医生手术过程中，作为辅助医生手术的机械臂，执行器末端往往需要多次 切换末端辅助工具，且每次切换的时间也需要很短，以便医生能及时顺利地完成手术，这就 要求手术器械能简单快捷的完成切换，且能快速固定，而在现有的机械臂系统中，很多都是 采用多个执行器夹持不同的手术器械，如果需要在同一手术中，随时更换不同的手术器械 进行不同的操作，就需要更换整个执行器，这样会大大增加系统成本。另外，在已有的采用 同一个机执行器的一些末端工具切换装置，大都存在切换麻烦、切换时间长、连接不可靠等 问题，极大地影响了医生手术质量和效果。
实用新型内容为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种执行器末端快速切换机 构，为关节型多自由度手术机器人系统提供一种可以在同一机械臂上安装不同的手术器 械，而且可以快速切换、迅速固定。 为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的 —种执行器末端快速切换机构，其特征在于包括手柄、中轴、弹簧、套筒和滚珠，在
手柄的底部通过螺纹固定连接中轴，所述的中轴的下部设有内孔，在内孔的侧壁上设有通
透的滚珠孔，滚珠安装在滚珠孔中，所述的滚珠孔为锥形孔，外壁孔径大于内壁孔径，而所
述的滚珠的直径小于外壁孔径且大于内壁孔径；在中轴的外侧套装有套筒，套筒内壁的下
部为锥形面，上侧的内径大于下侧的内径，滚珠配合在锥形面上；在套筒的下表面上设有U
形槽，弹簧挡板通过螺纹连接在中轴的下端，弹簧挡板的上端插入U形槽中，在U形槽中设
有弹簧，封装在弹簧挡板与套筒之间；在末端器械的上部设有连接件，在连接件的外表面上
周向设有若干个锥形孔。 前述的执行器末端快速切换机构，其特征在于所述的滚珠与连接件上的锥形孔至 少为2个。 前述的执行器末端快速切换机构，其特征在于所述的连接件上的锥形孔的数量为 滚珠数量的整数倍。[0009] 前述的执行器末端快速切换机构，其特征在于连接件的顶端的周向为倒角斜面。 本实用新型的有益效果是本实用新型的执行器末端快速切换机构，利用弹簧复 位，通过套筒内表面加工出的锥形面可以实现滚珠在中轴锥形孔中的径向移动，能够利用 滚珠同时实现末端器械的周向和轴向固定，快速切换、迅速固定，可以适用于多种手术器 械。
图1是本实用新型的剖视图； 图2是本实用新型的安装示意图； 图3是滚珠的运动方式示意图。 图中标号含义如下 1、末端器械，2、弹簧挡板，3、弹簧，4、套筒，5、滚珠，6、中轴，7、手柄，8、连接件。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作具体的介绍。 图l是本实用新型的剖视图；图2是本实用新型的安装示意图；图3是滚珠的运动 方式示意图。 如图所示，本实用新型的执行器末端快速切换机构包括手柄7、中轴6、弹簧3、套 筒4和滚珠5，在手柄7的底部设有内孔，通过螺纹固定连接中轴6，中轴6的下部设有内孔， 在内孔的的侧壁上设有通透的滚珠孔，滚珠5安装在滚珠孔中。 滚珠孔采用锥形孔，外壁孔径大于内壁孔径，S卩外大内小。而滚珠5的直径小于外 壁孔径且大于内壁孔径，这样讲滚珠5安装在滚珠孔中时，滚珠不会从滚珠孔中通过，锥形 孔也利于滚珠的径向移动，保证切换的方便。 在中轴6的外侧套装有套筒4，套筒4的内壁的下部为锥形面，上侧的内径大于下 侧的内径，滚珠5配合在锥形面上。这样，当滚珠5位于套筒4内侧的锥形面的上侧时，滚 珠5可以沿径向向外移动，使滚珠5完全不突出中轴6上的锥形孔，便于切换动作；当滚珠 5位于套筒4内侧的锥形面的下侧时，滚珠5被锥形面压紧，顶死在中轴6上的锥形孔中，使 滚珠5突出，起到周向和轴向固定的作用。 在套筒4的下表面上设有U形槽，弹簧挡板2通过螺纹连接在中轴6的下端，弹簧 挡板2的上端插入U形槽中，与套筒4的下端形成一个空腔。在U形槽中设有弹簧3，封装 在弹簧挡板2与套筒4之间。在末端器械1的上部设有连接件8，在连接件8的外表面上周 向设有若干个锥形孔。 正常情况下，由于弹簧挡板2与中轴6固联，套筒4在弹簧3的作用下，向上移动， 其其内侧的锥形面顶死滚珠5，使滚珠5压紧在滚珠孔中。在需要安装到末端执行器上时， 把套筒4往下推动，如图2所示，由于套筒4上的锥形面，使套筒4上端的直径较大，如图3 所示，使镶嵌在中轴6上的滚珠5可以往外移动，当插入末端器械1上的连接件8时，通过 连接件8的顶端给滚珠5施加向外的径向力，滚珠能够径向向外侧退让，从而使连接件8顺 利插入中轴6中。然后放松套筒4，在弹簧力的作用，套筒4复位，将滚珠5压紧到连接件8 上的锥形孔中，实现轴向、周向定位，以固定末端器械1。若锥形孔和滚珠5未对上，只需转动末端器械，在锥形孔和滚珠5对上后，弹簧3会自动复位，以固定末端器械1。 在需要切换或者拿下末端执行器时，同样把套筒4往下推动，使镶嵌在中轴6的滚
珠孔中的滚珠5往外移动，从而可以让连接件8能够从中轴6中拔出来。 —般情况下，滚珠5与连接件8上的锥形孔数量至少为2个。同时滚珠与连接件
的数量可以不一致，只要它们的位置能对上就可以。在实际操作过程中，连接件上的锥形孔
的数量多，且与滚珠的数量是成倍的关系，比如滚珠为2个，锥形孔可为4个、6个、8个……。
同时，为了便于连接件8的插入，在连接件8的顶端的周向设置倒角斜面，方便将滚珠5顶出。 本实用新型利用套筒4上下直径不一样大的特点，可以控制滚珠5的进出；利用滚 珠5实现末端器械1的固定；利用弹簧3的伸縮性自动实现套筒4复原。该机构只需利用 滚珠5即可实现末端器械1的轴向和周向定位，无须借助于其他机构，方便快速，作用牢靠。 上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所 获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求一种执行器末端快速切换机构，其特征在于包括手柄、中轴、弹簧、套筒和滚珠，在手柄的底部通过螺纹固定连接中轴，所述的中轴的下部设有内孔，在内孔的侧壁上设有通透的滚珠孔，滚珠安装在滚珠孔中，所述的滚珠孔为锥形孔，外壁孔径大于内壁孔径，而所述的滚珠的直径小于外壁孔径且大于内壁孔径；在中轴的外侧套装有套筒，套筒内壁的下部为锥形面，上侧的内径大于下侧的内径，滚珠配合在锥形面上；在套筒的下表面上设有U形槽，弹簧挡板通过螺纹连接在中轴的下端，弹簧挡板的上端插入U形槽中，在U形槽中设有弹簧，封装在弹簧挡板与套筒之间；在末端器械的上部设有连接件，在连接件的外表面上周向设有若干个锥形孔。
2. 根据权利要求1所述的执行器末端快速切换机构，其特征在于所述的滚珠与连接件 上的锥形孔至少为2个。
3. 根据权利要求1或2所述的执行器末端快速切换机构，其特征在于所述的连接件上 的锥形孔的数量为滚珠数量的整数倍。
4. 根据权利要求1所述的执行器末端快速切换机构，其特征在于连接件的顶端的周向 为倒角斜面。
专利摘要本实用新型涉及一种执行器末端快速切换机构，手柄底部连接中轴，中轴的下部设有内孔，在孔壁上设有锥形的滚珠孔，外壁孔径大于内壁孔径，滚珠的直径小于外壁孔径且大于内壁孔径；中轴的外侧套装套筒，套筒内壁的下部为锥形面，上侧的内径大于下侧，滚珠配合在锥形面上；在套筒的下表面上设有U形槽，弹簧挡板通过螺纹连接在中轴的下端，在U形槽中设有弹簧，封装在弹簧挡板与套筒之间；末端器械上部的连接件的外表面上周向设有若干个锥形孔。本实用新型利用弹簧复位，通过套筒内表面加工出的锥形面可以实现滚珠在中轴锥形孔中的径向移动，能够利用滚珠同时实现末端器械的周向和轴向固定，快速切换、迅速固定，可以适用于多种手术器械。
文档编号A61B19/00GK201542753SQ200920257158
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者唐粲, 张建伟, 李超, 王峰, 程胜 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司