专利名称：微创外科机器人关节液压锁紧机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人的关节锁紧结构，具体讲是涉及一种微创外科机器人 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。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微创外科机器人关节液 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，本发明是通过以下的技术方案来实现的
一种微创外科机器人关节液压锁紧机构，包括关节轴2、前臂3、摩擦组件 4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的不同位置上开有多个不同规格的环形槽，在环形槽中装有密封件， 在关节轴2上设有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相连，斜孔通关节轴2的侧面； 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；摩擦组件4置于前臂3和后臂5之间，所述的摩擦组件4包 括摩擦环12和摩擦座13,摩擦环12嵌入设置在前臂3端面上的环形槽内，可 以拆卸更换，摩擦座13通过锁紧螺钉与后臂5固联，摩擦座13和摩擦环12的 位置相对应。通过液压油的作用，在摩擦环和摩擦座之间产生压力，从而使机 器人关节锁紧。
前述的微创外科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，编码器组件1固定安装在前臂3上，用于捡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9与关节轴2相连接。
前述的微创外科机器人关节液压锁紧机构，其特征在于所述的编码器组件 l包括编码器6、编码器罩18、编码器座7、连轴器9，所述的编码器罩18罩在 编码器6的外面，与编码器座7通过螺钉相连，保护编码器6，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9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。
前述的微创外科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。
前述的微创外科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。
本发明的有益效果是采用本发明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，是哦用寿命长，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，该发明的 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为微创外科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，4、摩擦组件，5、后臂，6、编码 器，7、编码器座，8、螺钉，9、连轴器，10、密封件，11、密封件，12、摩擦 环，13、摩擦座，14、螺钉，15、密封件，16、螺钉，17、螺钉，18、编码器罩。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步详述。 图1为微创外科机器人关节液压锁紧机构的结构示意图。 如图所示，本发明的微创外科机器人关节液压锁紧机构，包括关节轴2、 前臂3、摩擦组件4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的不同位置上开有多个不同规格的环形槽，在环形槽中装有 密封件，在关节轴2上设有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相连，斜孔通关节轴2
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。
摩擦组件4置于前臂3和后臂5之间，所述的摩擦组件4包括摩擦环12和 摩擦座13，摩擦环12嵌入设置在前臂3端面上的环形槽内，可以拆卸更换，摩 擦座13通过锁紧螺钉与后臂5固联，摩擦座13和摩擦环12的位置相对应。通 过液压油的作用，在摩擦环和摩擦座之间产生压力，从而使机器人关节锁紧。
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，本发明的微创 外科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、编码器罩18、编码器座7、连轴器9。编码器罩18罩 在编码器6的外面，与编码器座7通过螺钉16相连，保护编码器6。编码器6 与编码器座7通过螺钉8固定，编码器座7通过螺钉17与前臂3固定连接，编 码器轴通过连轴器9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。
本发明的微创外科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。
本发明的微创外科机器人关节锁紧机构中，摩擦组件4包括摩擦环12和摩 擦座13，它位于前臂3和后臂5之间，摩擦环12安装于前臂3端面上的环形槽 中，但可以拆卸更换。摩擦座13通过螺钉14与后臂5固连，通过液压油的作 用，在摩擦环12和摩擦座13之间产生压力，从而使机器人关节锁紧。
进行微创外科手术时，通过增压装置给机器人内腔升压，液压油关节轴2 上的油路孔和斜孔充满关节内腔，液压油通过关节轴2上的斜孔进入关节轴2 中间部分的右端面，沿环形端面产生一个水平向左方向的挤压力，推动关节轴2 拉紧后臂5及摩擦座13，使摩擦座13压紧嵌入在前臂3上的摩擦环12，在摩 擦环12上产生沿环面的水平正压力，进而在环形摩擦面上产生摩擦力，从而形 成了相对于关节轴线的摩擦力矩，使关节轴2和前臂3无法产生相对运动，最 终将关节牢牢抱死。当机器人内腔卸压以后，环面的水平正压力逐渐减少，直 到关节松开。这样便实现了液压机器人关节的松紧控制。
以上对本发明实施例及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图 中所示的也只是本发明的某些实施方式，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，在不脱离本发明创造宗旨的情况 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，均应属于本发明 的保护范围。
权利要求
1、一种微创外科机器人关节液压锁紧机构，包括关节轴(2)、前臂(3)、摩擦组件(4)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，在关节轴(2)上设有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相连，斜孔通关节轴(2)的侧面；关节轴(2)的另一端与后臂(5)通过螺纹固定连接；摩擦组件(4)置于前臂(3)和后臂(5)之间，所述的摩擦组件(4)包括摩擦环(12)和摩擦座(13)，摩擦环(12)嵌入设置在前臂(3)端面上的环形槽内，摩擦座(13)通过锁紧螺钉与后臂(5)固联，摩擦座(13)和摩擦环(12)的位置相对应。
2、 根据权利要求l所述的微创外科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(9)与关节轴(2)相连接。
3、 根据权利要求2所述的微创外科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)、编码器罩(18)、编码器座(7)、连 轴器(9)，所述的编码器罩(18)罩在编码器(6)的外面，与编码器座(7) 通过螺钉相连，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(9)与关节轴(2)连接， 并同时转动。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的微创外科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所述的微创外科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。
全文摘要
本发明涉及一种微创外科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，其特征在于关节轴嵌入前臂中，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，在关节轴上设有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相连，斜孔通关节轴的侧面；关节轴的另一端与后臂通过螺纹固定连接；摩擦组件置于前臂和后臂之间，所述的摩擦组件包括摩擦环和摩擦座，摩擦环嵌入设置在前臂端面上的环形槽内，摩擦座通过锁紧螺钉与后臂固联，摩擦座和摩擦环的位置相对应。本发明具有锁紧力矩大、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A61B17/00GK101524287SQ200910029209
公开日2009年9月9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 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司