本申请涉及一种关节锁紧机构，尤其涉及一种基于碟刹原理的被动机械臂关节锁紧机构。
背景技术：
近几年，随着达芬奇等医疗机器人的成熟应用，医疗机器人已发展成为机器人领域的一个重要分支，在生物医学工程领域也是一个重要的研究方向。近 30年的医疗机器人研究和临床实践表明，限制医疗机器人进入临床的一个巨大障碍就是机器人的安全性问题，特别是机器人是一种直接与医生及病患交互的由动力驱动的开环装置，对很多临床医生造成很大的心里压力。因此，研制不需要动力驱动的被动机械臂用于辅助导航手术或安装微型带动力的手术机器人成为近年来医疗机器人研发的重点。
被动机械臂的核心在于关节锁紧机构研制，目前关节锁紧机构主要采用液压的、气动的、电磁的、机械的等几种方式。由于液压和气动方式会给手术室环境带来污染且设备体积大，因而应用十分受限。电磁锁紧基本原理和掉电刹车类似，结构简单，但微型条件下锁紧力不高。因此，纯机械锁紧的关节锁紧机构是最理想的方式，纯机械锁紧方式结构简单，操作容易，缓解了医生在操作时的心里压力，且不需要特别的工作环境，不会对手术环境造成污染。
技术实现要素：
为解决医疗临床对被动机械臂的需求，本申请提供一种模块化的被动机械臂关节锁紧机构。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种关节锁紧机构，所述的锁紧机构包括第一端盖、第二端盖、可转动地设置在所述的第一端盖和第二端盖之间的输出轴、可转动地设置在所述的第一端盖和第二端盖之间的转动杆、设置在所述的第一端盖和第二端盖之间的导向杆，所述的输出轴固定有一摩擦盘，所述的转动杆上螺纹连接有第一刹车片和第二刹车片，所述的第一刹车片和第二刹车片相对所述的转动杆的旋向相反，所述的导向杆穿过所述的第一刹车片和第二刹车片，所述的第一刹车片和第二刹车片沿所述的导向杆可滑动的设置，所述的第一刹车片和第二刹车片分别位于所述的刹车片的两侧，且压紧所述的刹车片。
优选地，所述的转动杆上设置有一用于对所述的转动杆施加旋转力的锁紧弹簧，所述的锁紧弹簧为扭簧，一端部固定在第一端盖上，另一端固定在所述的转动杆上。
优选地，所述的锁紧机构还包括一手动解锁组件，所述的手动解锁组件包括一端部与所述的转动杆相固定连接的摆杆、与所述的摆杆相连接绳索。
优选地，所述的手动解锁组件还包括安装在第一端盖上的滑轮支架、安装在所述的滑轮支架上的第一滑轮和第二滑轮，所述的第二滑轮的转动轴线方向与所述的转动轴所在直线方向相互垂直，所述的第一滑轮的转动轴线方向与所述的第二滑轮的转动轴线方向相互垂直设置，所述的绳索依次绕过第一滑轮和第二滑轮后与所述的摆杆相连接。
优选地，所述的转动杆上固定套设有第一套筒和第二套筒，所述的第一刹车片与所述的第一套筒螺纹连接，所述的第二刹车片与所述的第二套筒螺纹连接。
优选地，所述的第一刹车片和第二刹车片上均设置有供所述的转动杆穿过的第一通孔、供所述的导向杆穿过的第二通孔、供输出轴穿过的向远离所述的输出轴凹陷的凹陷区，所述的第一刹车片和第二刹车片相对的表面还设置有安装槽，所述的安装槽内设置有摩擦片。
本申请所述的一种关节锁紧机构，是一种面向医疗手术的被动机械臂关节锁紧机构，实现关节锁紧。在没有外力的作用下，第一刹车片和第二刹车片抵紧摩擦盘将输出轴锁紧，输出轴停止转动。锁紧弹簧能够对转动杆施加一旋转力，使转动杆具有一旋转趋势，使第一刹车片和第二刹车片具有向相互靠近的方向运动的趋势，从而抵紧摩擦盘。当对转动杆施加一外力，将转动杆向相反方向转动时，第一刹车片和第二刹车片向相互远离的方向运动，离开摩擦盘，输出轴开始转动。本申请的锁紧机构的锁紧方式采用蝶形刹车原理，正常情况下依靠弹簧扭力带动螺纹传动缩小刹车片间隙，锁紧刹车片，实现关节输出轴锁紧。且采用绳驱动方式解锁锁紧机构，拉动绳索，转动解锁摆杆，带动螺纹传动增大刹车片间隙，松开刹车片，实现关节输出轴解锁。
附图说明
图1是本申请所述的一种关节锁紧机构的结构示意图；
图2是本申请所述的一种关节缩进机构的部分结构示意图；
图3是本申请所述的一种关节缩进机构的部分结构示意图；
图4是本申请所述的刹车片的结构示意图，
其中：11、第一端盖；12、第二端盖；21、转动杆；22、第一套筒；23、第二套筒；31、第一刹车片；32、第二刹车片；4、导向杆；5、锁紧弹簧；61、摩擦盘；81、第一滑轮；82、第二滑轮；83、滑轮支架；84、绳索；85、摆杆； 311、第一通孔；312、第二通孔；313、安装槽；314、摩擦片；315、凹陷区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
如图1-4所示，为一种关节锁紧机构，所述的锁紧机构包括第一端盖11、第二端盖12、可转动地设置在所述的第一端盖11和第二端盖12之间的输出轴、可转动地设置在所述的第一端盖11和第二端盖12之间的转动杆21、设置在所述的第一端盖11和第二端盖12之间的导向杆4，所述的输出轴固定有一摩擦盘 61，所述的转动杆21上螺纹连接有第一刹车片31和第二刹车片32，所述的第一刹车片31和第二刹车片32相对所述的转动杆21的旋向相反，所述的导向杆 4穿过所述的第一刹车片31和第二刹车片32，所述的第一刹车片31和第二刹车片32沿所述的导向杆4可滑动的设置，所述的第一刹车片31和第二刹车片 32分别位于所述的刹车片的两侧，且压紧所述的刹车片。所述的转动杆21上设置有一用于对所述的转动杆21施加旋转力的锁紧弹簧5，所述的锁紧弹簧5 为扭簧，一端部固定在第一端盖11上，另一端固定在所述的转动杆21上。锁紧弹簧5能够对转动杆21施加一旋转力，使转动杆21具有一旋转趋势，使第一刹车片31和第二刹车片32具有向相互靠近的方向运动的趋势，从而抵紧摩擦盘61。本申请的锁紧机构的锁紧方式采用蝶形刹车原理，正常情况下依靠弹簧扭力带动螺纹传动缩小刹车片间隙，锁紧刹车片，实现关节输出轴锁紧。
所述的锁紧机构还包括一手动解锁组件，所述的手动解锁组件包括一端部与所述的转动杆21相固定连接的摆杆85、与所述的摆杆85相连接绳索84。所述的手动解锁组件还包括安装在第一端盖11上的滑轮支架83、安装在所述的滑轮支架83上的第一滑轮81和第二滑轮82，所述的第二滑轮82的转动轴线方向与所述的转动轴所在直线方向相互垂直，所述的第一滑轮81的转动轴线方向与所述的第二滑轮82的转动轴线方向相互垂直设置，所述的绳索84依次绕过第一滑轮81和第二滑轮82后与所述的摆杆85相连接。当需要解锁时，只需要拉动绳索84，转动解锁摆杆85，第一刹车片31和第二刹车片32向相互远离的方向运动，带动螺纹传动增大刹车片间隙，实现关节输出轴解锁。当放开绳索84，撤掉外力后，转动杆21在锁紧弹簧5的作用下转动，第一刹车片31和第二刹车片32向相互靠近的方向运动，重新锁紧转动杆21。
所述的转动杆21上固定套设有第一套筒22和第二套筒23，所述的第一刹车片31与所述的第一套筒22螺纹连接，所述的第二刹车片32与所述的第二套筒23螺纹连接。在一种优选实施方案中，所述的第一套筒22和第二套筒23 的两端部均设置有凸环，所述的凸环能够防止第一刹车片31和第二刹车片32 脱离套筒，并且在拉动绳索84时，第一刹车片31和第二刹车片32不会因为拉力过大二脱离套筒。
所述的第一刹车片31和第二刹车片32上均设置有供所述的转动杆21穿过的第一通孔311、供所述的导向杆4穿过的第二通孔312、供输出轴穿过的向远离所述的输出轴凹陷的凹陷区315，所述的第一刹车片31和第二刹车片32相对的表面还设置有安装槽313，所述的安装槽313内设置有摩擦片314。在旧的摩擦片314磨损后，能够更换新的摩擦片314。
本申请的关节锁紧机构的工作原理如下：
本发明是一种手动控制的医用被动机械臂关节锁紧机构，采用绳索84驱动。锁紧机构在无外力施加的情况下，由于锁紧弹簧5的作用，输出轴被第一刹车片31和第二刹车片32压紧，处于静止状态。当施加外力时，通过绳索84 驱动，第一刹车片31和第二刹车片32松开输出轴，输出轴转动。
第一刹车片31和第二刹车片32上分别设计左右旋螺纹，与第一刹车片31 和第二刹车片32配合的间隙调整的第一套筒22和第二套筒23也设计相对应的左右旋螺纹。第一套筒22和第二套筒23固定在转动杆21上，转动杆21和第一套筒22和第二套筒23在整体上起到类似丝杆的作用。当转动杆21转动时，第一套筒22和第二套筒23也配合转动，使得拥有不同螺纹旋向的第一刹车片 31和第二刹车片32在第一套筒22和第二套筒23上做相互靠近或分离运动。
锁紧弹簧5一端固定在第一端盖11上，另一端固定在摆杆85上。摆杆85 与转动杆21两者间固定。摆杆85末端连接绳索84，当绳索84受力时，摆杆 85转动，压紧锁紧弹簧5，同时带动转动杆21及第一套筒22和第二套筒23 转动，从而使第一刹车片31和第二刹车片32相互分离。输出轴转动。当撤销作用力后，锁紧弹簧5复位，此时第一刹车片31和第二刹车片32又重新靠拢，输出轴停止转动。摆杆85在此装置中只做垂直于输出轴的摆臂运动。
绳索84经过依次第一滑轮81和第二滑轮82的凹槽，在第一滑轮81和第二滑轮82的作用下实现力的转向。两个滑轮固定在滑轮支架83上。
本发明的关节锁紧机构包括两种工作状态：一、当不施加外力时，在锁紧弹簧5作用力下，第一刹车片31和第二刹车片32压紧输出轴的摩擦盘61，结构处于锁紧状态。二、当施加外力时，摆杆85摆动从而压缩锁紧弹簧5，第一刹车片31和第二刹车片32离开输出轴的摩擦盘61，输出轴转动。力撤销后，锁紧弹簧5复位，机构重新锁紧。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。