专利名称：夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种骨科微创手术辅助机械臂的夹持机构，具体地说是一种夹持 骨钻的机械臂末端管状夹持器。
背景技术：
骨科手术中，经常需要在骨头上钻孔以植入螺钉。微创手术是目前外科手术领域 的重要发展方向，具有手术创伤小、术后并发症少等优势。近年来随着各种微创手术器械及 技术的发展，手术适应症不断扩大。在微创骨科手术过程中，尤其是脊柱微创骨科手术过程 中，常常需要通过术中CT (或X光)获取钻孔部位的实时图像，利用图像引导的计算机辅助 技术，实现对钻头位置和角度的调整和确认。对于经常从事该类手术的医生来说，长期暴露 在X光辐射下，会严重影响其身体健康。如果采用机器人进行X光下的钻孔操作，辅助医生 完成手术，将从根本上解决了医生长期辐射暴露导致的健康损害问题，同时也将机器人的 精确性、稳定性、一致性与手术医生的临床经验和手术技巧紧密结合。骨科微创手术中常用的钻孔工具是一种高速气钻，在手术中医生以一种类似于握 笔的姿势，抓持骨钻的圆柱杆形的马达部位，执行钻孔操作。若以机械臂代替人工进行钻孔 操作，其末端的骨钻夹持器将是一个重要的部件。目前尚没有专门用于该类医用骨钻的夹持器，类似的现有管状器件的夹持器不具 备较高的定位精度、方便的装拆性、夹持的可靠性及简单小巧的外形和尺寸。
实用新型内容针对现有技术中医用骨钻的夹持器存在的不具备较高的定位精度、方便的装拆性 等不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种拆装操作简单、定位精度高、外形简 单、尺寸较小、夹持可靠的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是本实用新型夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器包括主夹持管、开口卡环、锁紧套 和多个锥形卡块，其中主夹持管安装于机械臂末端；开口卡环位于主夹持管外部中间位置， 锁紧套套于主夹持管外部尾端，多个锥形卡块分别位于主夹持管外部尾端的卡块孔中，并 设置于锁紧套内。所述的主夹持管具有前端定位环形台阶、限位台阶、外螺纹以及多个卡块孔，其中 定位环形台阶与骨钻马达的前端锥面相抵接；限位台阶设于主夹持管外侧与开口卡环配 合；外螺纹位于主夹持管外侧中部，与锁紧套内螺纹相配合；多个卡块孔位于主夹持管尾 部，其前、后两端分别设有用于约束锥形卡块的内台阶和外台阶，卡块孔为方形，孔壁两侧 面相互平行且与管体轴线等距；主夹持管通过连接法兰和连接杆与机械臂末端机械接口相 连接。所述的锁紧套设有内螺纹和内锥面，内螺纹设于锁紧套的前端，与主夹持管的外 螺纹相配合；内锥面与多个锥形卡块的外锥面相接触。[0010]所述锁紧套外部设有用于手动旋转的滚花。所述的锥形卡块设有前端台阶、外锥面、后端卡槽和内柱面；外锥面与锁紧套的内 锥面采用相同的锥角，以锥面接触；锥形卡块的两侧面相互平行且与内柱面的轴线等距。所述锥形卡块为3 4个。本实用新型具有以下有益效果及优点1.定位准确。本实用新型不仅具有沿管状夹持器轴线方向的定位功能，而且能保 证骨钻轴线与夹持器轴线始终保持一致，从而实现了骨钻每次拆装后的准确重复定位；2.操作简单。本实用新型通过旋转夹持器外部的螺纹套即可实现骨钻的装拆，而 且仅需手动即可完成，不需要辅助工具；3.结构紧凑。本实用新型部件较少、外观简单、尺寸较小，极大降低了与病人身体 或其他器具设备干涉的概率；4.夹持力小，夹持可靠。本实用新型采用在圆柱管两端设置定位和夹持点，受力点 间隔和接触面积较大，可以较小的夹持力实现可靠夹持。
图1为本实用新型整体结构示意图；图2为本实用新型中主夹持管结构示意图；图3为本实用新型中锁紧套结构示意图；图4A为本实用新型中锥形卡块结构示意图；图4B为本实用新型中锥形卡块装配关系示意图；图5A为本实用新型的工作原理示意图；图5B为本实用新型中骨钻的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器应满足如下功能要求(1)作为医 疗器械，骨钻要经常清洗消毒，因此该夹持器必须要实现以简单的方式装拆骨钻，方便医务 人员的操作；(2)该夹持器作为机器人系统的一部分，必须具有较高的定位精度，以保证每 次拆装后，骨钻的位置和角度始终保持一致；(3)该夹持器必须较小的外形尺寸和简单的 外部形状，以尽可能减小其与其他医疗设备及病人身体干涉的概率，同时容易清洗；(4)另 外，该夹持器要实现与人工手持方式相当的夹持力，以免损坏骨钻，而且在小夹持力下必须 夹持可靠。为了满足上述功能要求，本实用新型夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器如图1所 示，包括主夹持管1、开口卡环2、锁紧套3和多个锥形卡块4，其中夹持管1安装于机械臂末 端；开口卡环2位于主夹持管1外部中间位置，锁紧套3套于主夹持管1外部尾端，多个锥 形卡块4分别位于主夹持管1外部尾端的卡块孔104中，并设置于锁紧套3内。锥形卡块 4可为3 5个，本实施例中采用4个。开口卡环2为弹性元件，经由开口处卡入管体并套于外柱面；锁紧套3通过螺纹 与主夹持管1相连，锁紧套3向前旋动受开口卡环2限制，锁紧套3与锥形卡块4以锥面接触，锁紧套3向后旋动使四个锥形卡块4的内接圆柱面直径变小，实现锁紧骨钻。所有部件 均采用医用不锈钢材料。如图2所示，主夹持管1采用管状结构，具有前端定位环形台阶101、限位台阶 102、外螺纹103、4个卡块孔104，连接法兰107和连接杆108 ；其中定位环形台阶101与骨 钻马达的前端锥面相抵接，实现轴向和径向定位；限位台阶102设于主夹持管1外侧前部， 与开口卡环2配合，限制开口卡环2沿轴线向前滑动；外螺纹103位于主夹持管1外侧中 部，与锁紧套3内螺纹相配合；四个卡块孔104位于主夹持管1尾部，其前、后两端分别设有 用于约束锥形卡块4的内台阶105和外台阶106，卡块孔104为方形，孔壁两侧面相互平行 且与管体轴线等距；主夹持管1通过连接法兰107和连接杆108与机械臂末端机械接口相 连接。如图3所示，锁紧套3设有内螺纹301和内锥面302，内螺纹301设于锁紧套3的 前端，与主夹持管1的外螺纹103相配合；内锥面302的前端半径小，后端半径大，与四个锥 形卡块4的外锥面相接触；锁紧套3外部设有用于手动旋转的滚花。如图4A所示，所述的锥形卡块4设有前端台阶401、外锥面402、后端卡槽403和 内柱面404。四个锥形卡块4完全相同，外锥面402与锁紧套3的内锥面302采用相同的锥 角，两侧面相互平行且与内柱面404的轴线等距；锥形卡块4与主夹持管1的卡块孔104之 间的装配关系如图4B所示，卡块孔104的外台阶106位于锥形卡块4的后端卡槽403中， 卡块孔104的内台阶105位于锥形卡块4的前端台阶401之外侧，锥形卡块4的两侧面与 卡块孔104两侧面接触并可相对滑动。本实用新型的工作原理和工作过程如下如图5A、5B所示，本实用新型的组装过程如下先将锁紧套3套于主夹持管1上， 并向前旋动至限位台阶102处，此时主夹持管1上的四个卡块孔104完全露出；然后将锥形 卡块4的后端卡槽403卡于主夹持管1卡块孔104后端的外台阶106上，前端台阶401置 于卡块孔104的内台阶105上；同样步骤将四个锥形卡块4都安装到主夹持管1卡块孔104 中后，向后旋动锁紧套3将锥形卡块4盖住一半以上；最后将开口卡环2装在主夹持管1的 限位台阶102和锁紧套3之间，并向前旋动锁紧套3将开口卡环2推至限位台阶102处；此 时，锁紧套3将锥形卡块4的后端包络在内，不致脱落，夹持器组装完成。将组装好的夹持器通过连接法兰107安装至机械臂5的末端后，即可开始装载骨 钻6，具体如下首先将锁紧套3旋动至最前端(即将开口卡环2推至限位台阶102处—— 如果锁紧套3未位于该位置)；然后将骨钻6从夹持器的后端插入，至骨钻6锥面601卡于 主夹持管1前端定位环形台阶101处；最后向后手动旋动锁紧套3直至锁紧。
权利要求1.一种夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于包括主夹持管(1)、开口卡环 O)、锁紧套(3)和多个锥形卡块G)，其中主夹持管(1)安装于机械臂末端；开口卡环(2) 位于主夹持管(1)外部中间位置，锁紧套C3)套于主夹持管(1)外部尾端，多个锥形卡块 (4)分别位于主夹持管(1)外部尾端的卡块孔(104)中，并设置于锁紧套(3)内。
2.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于所述的主夹 持管(1)具有前端定位环形台阶(101)、限位台阶(102)、外螺纹(103)以及多个卡块孔 (104)，其中定位环形台阶(101)与骨钻马达的前端锥面相抵接；限位台阶(10 设于主夹 持管(1)外侧与开口卡环( 配合；外螺纹(10 位于主夹持管(1)外侧中部，与锁紧套 (3)内螺纹相配合；多个卡块孔(104)位于主夹持管(1)尾部，其前、后两端分别设有用于 约束锥形卡块(4)的内台阶(105)和外台阶(106)，卡块孔(104)为方形，孔壁两侧面相互 平行且与管体轴线等距；主夹持管(1)通过连接法兰(107)和连接杆(108)与机械臂末端 机械接口相连接。
3.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于所述的锁紧 套C3)设有内螺纹(301)和内锥面(302)，内螺纹(301)设于锁紧套(3)的前端，与主夹持 管(1)的外螺纹(10 相配合；内锥面(302)与多个锥形卡块的外锥面相接触。
4.按权利要求3所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于所述锁紧套 (3)外部设有用于手动旋转的滚花。
5.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于所述的锥形 卡块(4)设有前端台阶(401)、外锥面(402)、后端卡槽(403)和内柱面(404)；外锥面(402) 与锁紧套C3)的内锥面(30 采用相同的锥角，以锥面接触；锥形卡块(4)的两侧面相互平 行且与内柱面G04)的轴线等距。
6.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于所述锥形卡 块⑷为3 4个。
专利摘要本实用新型一种夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，包括主夹持管、开口卡环、锁紧套和多个锥形卡块，其中夹持管安装于机械臂末端；开口卡环位于主夹持管外部中间位置，锁紧套套于主夹持管外部尾端，多个锥形卡块分别位于主夹持管外部尾端的卡块孔中，并设置于锁紧套内。本实用新型不仅具有沿管状夹持器轴线方向的定位功能，而且能保证骨钻轴线与夹持器轴线始终保持一致，从而实现了骨钻每次拆装后的准确重复定位，还具有操作简单、结构紧凑以及夹持力小、夹持可靠等特点。
文档编号B25J15/00GK201912169SQ20112000831
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者吴镇炜, 赵忆文, 隋春平, 韩建达, 高英丽 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所