基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构的制作方法

文档序号:2337432阅读:287来源:国知局
专利名称:基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种机器人的关节锁紧结构,具体讲是涉及一种基于摩擦锥 的微创手术机器人关节液压锁紧机构,属于机器人技术领域。
背景技术
近年来,国内医疗器械装备的研究和开发力度越来越大,但能在临床上应 用的机器人很少,主要原因是手术机器人的关节锁紧结构绝大部分存在以下几 个方面存在问题首先一种结构是摩擦片锁紧,这种结构靠弹簧在关节外圈拉 紧摩擦片实现锁紧功能,但弹簧容易变形和损坏,摩擦片在关节轴之间长期摩 擦,导致摩擦系数越来越小,锁紧能力下降;同时,这种结构的关节体积大, 导致机器人外形尺寸大,限制了关节转动范围,影响了机器人的灵活性。另一 种是电磁制动,即在关节上安装电磁制动器,该结构不但增加了系统成本,也 增大了维护难度;同时,因电磁制动器的安装导致了关节结构复杂,使机器人 外形尺寸和重量较大,并且因结构复杂造成成本较高,不适合普通医院使用; 另外,此类关节锁紧结构的锁紧力矩低,锁紧能力差,很难满足微创外科手术 的要求;同时,由于上述结构的机器人体积和重量大,对于要求有双臂协调控 制的微创外科手术场合不适用。
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基于摩擦锥的微创 手术机器人关节液压锁紧机构,解决了现有医疗机器人关节锁紧能力差、尺寸 和重量大、适应性或通用性差、结构复杂等问题。
为实现上述目的,本实用新型是通过以下的技术方案来实现的 一种基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,主要包括关节轴2、 前臂3、摩擦组件和后臂5,其特征在于关节轴2嵌入前臂3中,其轴线与前臂 3的轴线垂直,在关节轴2上开有多个不同规格的环形槽,在环形槽中装有密封 件;为了使关节成为一个整体,并能实现锁紧功能,关节轴2的另一端与后臂5 通过螺纹固定连接,在关节轴2和前臂3上设有相通的油路孔,在油路孔右侧
3的关节轴2和前臂3之间设有承压活塞19,在承压活塞19与关节轴2、前臂3 之间设有密封件;所述的摩擦组件为摩擦锥,位于承压活塞19的右侧,夹在关 节轴2和前臂3之间;在前臂3和后臂5之间留有间隙。
前述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,其特征在于还包 括编码器组件1,所述的编码器组件1固定安装在前臂3上,用于检测机器人关 节在转动过程中的实际转动角度。编码器轴通过连轴器与关节轴2相连接。
前述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,其特征在于所述 的编码器组件1包括编码器6、编码器座7、连轴器,所述的编码器6与编码器 座7通过螺钉固定,编码器座7通过螺钉与前臂3固定连接,编码器轴通过连 轴器与关节轴2连接,并同时转动。则在关节转动过程中,能够实现对关节运 行角度的检测。
前述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,其特征在于在所 述的关节轴2靠近编码器6的一侧对称地设有两个便于维护和拆卸的拆卸孔。
前述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,其特征在于所述 的密封件为非金属密封件。
本实用新型的有益效果是采用本实用新型的微创外科机器人关节锁紧机 构,单关节锁紧力矩可达到20Nm,锁紧性能强;体积小,结构简单而紧凑;操 作和维护方便,使用寿命长,定位精度高;编码器实时检测关节运动角度,可 以用于所有需要进行机器人运动学反解,获得机器人末端操作器矢量位置和姿 态的穿刺定位手术的机器人上;另外,关节上可以不带编码器,此时具有这种 关节的机器人可以用于末端操作器固定和位姿调整的外科手术场合。所以,该 实用新型的微创外科机器人关节锁紧机构具有非常广阔的应用前景。可适用于 神经外科、胸腹外科、骨外科等微创手术的机器人关节定位。

图1为本实用新型的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构的结 构示意图。
图中标记的含义
1、编码器组件,2、关节轴,3、前臂,5、后臂,6、编码器,7、编码器 座,10、密封件,11、密封件,15、密封件,19、承压活塞,25、摩擦锥。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详述。
图1为本实用新型的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构的结 构示意图。如图所示,本实用新型的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁
紧机构,主要包括关节轴2、前臂3、摩擦组件和后臂5,关节轴2嵌入前臂3 中,其轴线与前臂3的轴线垂直,在关节轴2上开有多个不同规格的环形槽, 在环形槽中装有密封件10、 11、 15。
为了使关节成为一个整体,并能实现锁紧功能,关节轴2的另一端与后臂5 通过螺纹固定连接。在关节轴2和前臂3上设有相通的油路孔,在油路孔右侧 的关节轴2和前臂3之间设有承压活塞19,在承压活塞19与关节轴2、前臂3 之间设有密封件11,形成关节内腔。摩擦组件为摩擦锥25,位于承压活塞19 的右侧,夹在关节轴2和前臂3之间。
为了实时地检测机器人关节在转动过程中的实际转动角度,本实用新型的 基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构还包括编码器组件1,编码器组 件1固定安装在前臂3上,包括编码器6、编码器座7、连轴器。编码器6与编 码器座7通过螺钉固定,编码器座7通过螺钉与前臂3固定连接,编码器轴通 过连轴器与关节轴2连接,并同时转动。则在关节转动过程中,能够实现对关 节运行角度的检测。
本实用新型的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,关节轴2 位于前臂3的内孔中,其中间设有液压油路,关节轴2采用强度和耐磨性较好 的材料制造。在关节轴2的不同位置上,设有不同尺寸的环形槽,用于安装非 金属密封件10、 11和15。为便于维护和拆卸,在关节轴2靠近编码器6的一侧, 对称设有两个拆卸孔。
进行微创外科手术时,通过增压装置给机器人内腔升压,液压油充满关节内 腔,当给腔体增压时,承压活塞19受到压力作用向右移动,挤压紧靠承压活塞 右侧的摩擦锥25。由于设计的摩擦锥在周向具有收缩能力,因此,受到挤压时, 能够沿半径方向收縮,从而使摩擦锥25内圈与关节轴2产生摩擦力矩,外圈锥 面与前臂3内腔紧密结合,也产生一个摩擦力矩。这样就可以将关节牢牢锁死。 关节轴2与后臂5固连,且前臂3和后臂5端面存在间隙,因此摩擦力矩只产生在锁紧锥25内圈与关节轴2之间,以及外圈锥面与前臂3内腔之间。当机器 人卸压以后,承压活塞19对摩擦锥25不再产生压力,所以此时关节松开,这 样便实现了机器人关节的松紧控制。
以上示意性的对本实用新型实施例及其实施方式进行了描述,该描述没有 局限性,附图中所示的也只是本实用新型的某些实施方式,实际的结构并不局 限于此。所以,如果本领域的技术人员或研究工作者受其启示,在不脱离本实 用新型创造宗旨的情况下,采用其它类似拓扑结构、其它类似关节锁紧装置, 或者只是改变杆件尺寸,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及 实施例,均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,包括关节轴(2)、前臂(3)、摩擦组件和后臂(5),其特征在于关节轴(2)嵌入前臂(3)中,其轴线与前臂(3)的轴线垂直,在关节轴(2)上开有多个环形槽,在环形槽中装有密封件;关节轴(2)的另一端与后臂(5)通过螺纹固定连接,在关节轴(2)和前臂(3)上设有相通的油路孔,在油路孔右侧的关节轴(2)和前臂(3)之间设有承压活塞(19),在承压活塞(19)与关节轴(2)、前臂(3)之间设有密封件;所述的摩擦组件为摩擦锥,位于承压活塞(19)的右侧,夹在关节轴(2)和前臂(3)之间;在前臂(3)和后臂(5)之间留有间隙。
2、 根据权利要求1所述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构, 其特征在于还包括编码器组件(1),所述的编码器组件(1)固定安装在前臂(3) 上,编码器轴通过连轴器与关节轴(2)相连接。
3、 根据权利要求2所述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构, 其特征在于所述的编码器组件(1)包括编码器(6)、编码器座(7)、连轴器, 所述的编码器(6)与编码器座(7)通过螺钉固定,编码器座(7)通过螺钉与 前臂(3)固定连接,编码器轴通过连轴器与关节轴(2)连接,并同时转动。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节 液压锁紧机构,其特征在于在所述的关节轴(2)靠近编码器(6)的一侧对称 地设有两个便于维护和拆卸的拆卸孔。
5、 根据权利要求1所述的基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构, 其特征在于所述的密封件为非金属密封件。
专利摘要本实用新型涉及一种基于摩擦锥的微创手术机器人关节液压锁紧机构,包括关节轴、前臂、摩擦组件和后臂,关节轴嵌入前臂中,其轴线与前臂的轴线垂直,在关节轴上开有多个环形槽,在环形槽中装有密封件;关节轴的另一端与后臂通过螺纹固定连接,在关节轴和前臂上设有相通的油路孔,在油路孔右侧的关节轴和前臂之间设承压活塞,在承压活塞的右侧设摩擦锥,夹在关节轴和前臂之间,在前臂和后臂之间留有间隙。本实用新型具有锁紧力矩大、体积小、结构紧凑、操作和维护方便、使用寿命高以及定位精度高等特点。可适用于神经外科、胸腹外科、骨外科等微创手术的机器人关节定位。
文档编号B25J19/00GK201423658SQ200920042088
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者粲 唐, 张建伟, 胜 程, 淳 龚 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司
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