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。
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，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的 —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，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，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剌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，本实用新型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。 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，本实用新型的微创外 科机器人关节液压锁紧机构还包括编码器组件l，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。[0020] 本实用新型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。 本实用新型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1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(l)，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。
专利摘要本实用新型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A61B19/00GK201469320SQ200920230599
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者唐粲, 张建伟, 程胜 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司