專(zhuān)利名稱(chēng)：微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的關(guān)節(jié)鎖緊結(jié)構(gòu)，具體講是涉及一種微創(chuàng)外科機(jī)器人 關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)醫(yī)療器械裝備的研究和開(kāi)發(fā)力度越來(lái)越大，但能在臨床上應(yīng) 用的機(jī)器人很少，主要原因是手術(shù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)鎖緊結(jié)構(gòu)絕大部分存在以下幾 個(gè)方面存在問(wèn)題首先一種結(jié)構(gòu)是摩擦片鎖緊，這種結(jié)構(gòu)靠彈簧在關(guān)節(jié)外圈拉 緊摩擦片實(shí)現(xiàn)鎖緊功能，但彈簧容易變形和損壞，摩擦片在關(guān)節(jié)軸之間長(zhǎng)期摩 擦，導(dǎo)致摩擦系數(shù)越來(lái)越小，鎖緊能力下降；同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)體積大，
導(dǎo)致機(jī)器人外形尺寸大，限制了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，影響了機(jī)器人的靈活性。另一 種是電磁制動(dòng)，即在關(guān)節(jié)上安裝電磁制動(dòng)器，該結(jié)構(gòu)不但增加了系統(tǒng)成本，也
增大了維護(hù)難度；同時(shí)，因電磁制動(dòng)器的安裝導(dǎo)致了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使機(jī)器人 外形尺寸和重量較大，并且因結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成成本較高，不適合普通醫(yī)院使用； 另外，此類(lèi)關(guān)節(jié)鎖緊結(jié)構(gòu)的鎖緊力矩低，鎖緊能力差，很難滿(mǎn)足微創(chuàng)外科手術(shù) 的要求；同時(shí)，由于上述結(jié)構(gòu)的機(jī)器人體積和重量大，對(duì)于要求有雙臂協(xié)調(diào)控 制的微創(chuàng)外科手術(shù)場(chǎng)合不適用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液 壓鎖緊機(jī)構(gòu)，解決了現(xiàn)有醫(yī)療機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊能力差、尺寸和重量大、適應(yīng)性 或通用性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)軸2、前臂3、摩擦組件 4和后臂5，其特征在于關(guān)節(jié)軸2嵌入前臂3中，其軸線與前臂3的軸線垂直， 在關(guān)節(jié)軸2的不同位置上開(kāi)有多個(gè)不同規(guī)格的環(huán)形槽，在環(huán)形槽中裝有密封件， 在關(guān)節(jié)軸2上設(shè)有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關(guān)節(jié)軸2的側(cè)面； 為了使關(guān)節(jié)成為一個(gè)整體，并能實(shí)現(xiàn)鎖緊功能，關(guān)節(jié)軸2的另一端與后臂5通過(guò)螺紋固定連接；摩擦組件4置于前臂3和后臂5之間，所述的摩擦組件4包 括摩擦環(huán)12和摩擦座13,摩擦環(huán)12嵌入設(shè)置在前臂3端面上的環(huán)形槽內(nèi)，可 以拆卸更換，摩擦座13通過(guò)鎖緊螺釘與后臂5固聯(lián)，摩擦座13和摩擦環(huán)12的 位置相對(duì)應(yīng)。通過(guò)液壓油的作用，在摩擦環(huán)和摩擦座之間產(chǎn)生壓力，從而使機(jī) 器人關(guān)節(jié)鎖緊。
前述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括編碼器組件 1，編碼器組件1固定安裝在前臂3上，用于撿測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的實(shí) 際轉(zhuǎn)動(dòng)角度。編碼器軸通過(guò)連軸器9與關(guān)節(jié)軸2相連接。
前述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的編碼器組件 l包括編碼器6、編碼器罩18、編碼器座7、連軸器9，所述的編碼器罩18罩在 編碼器6的外面，與編碼器座7通過(guò)螺釘相連，保護(hù)編碼器6，編碼器6與編碼 器座7通過(guò)螺釘固定，編碼器座7通過(guò)螺釘與前臂3固定連接，編碼器軸通過(guò) 連軸器9與關(guān)節(jié)軸2連接，并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。則在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)關(guān) 節(jié)運(yùn)行角度的檢測(cè)。
前述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于在所述的關(guān)節(jié)軸2 靠近編碼器6的一側(cè)對(duì)稱(chēng)地設(shè)有兩個(gè)便于維護(hù)和拆卸的拆卸孔。
前述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的密封件為非 金屬密封件。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，單關(guān) 節(jié)鎖緊力矩可達(dá)到20Nm，鎖緊性能強(qiáng)；體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊；操作和維護(hù) 方便，是哦用壽命長(zhǎng)，定位精度高；編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度，可以用于 所有需要進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，獲得機(jī)器人末端操作器矢量位置和姿態(tài)的穿 刺定位手術(shù)的機(jī)器人上；另外，關(guān)節(jié)上可以不帶編碼器，此時(shí)具有這種關(guān)節(jié)的 機(jī)器人可以用于末端操作器固定和位姿調(diào)整的外科手術(shù)場(chǎng)合。所以，該發(fā)明的 微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)具有非常廣闊的應(yīng)用前景?？蛇m用于神經(jīng)外科、 胸腹外科、骨外科等微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人關(guān)節(jié)定位。


圖1為微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)記的含義-1、編碼器組件，2、關(guān)節(jié)軸，3、前臂，4、摩擦組件，5、后臂，6、編碼 器，7、編碼器座，8、螺釘，9、連軸器，10、密封件，11、密封件，12、摩擦 環(huán)，13、摩擦座，14、螺釘，15、密封件，16、螺釘，17、螺釘，18、編碼器罩。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。 圖1為微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖所示，本發(fā)明的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)軸2、 前臂3、摩擦組件4和后臂5，關(guān)節(jié)軸2嵌入前臂3中，其軸線與前臂3的軸線 垂直，在關(guān)節(jié)軸2的不同位置上開(kāi)有多個(gè)不同規(guī)格的環(huán)形槽，在環(huán)形槽中裝有 密封件，在關(guān)節(jié)軸2上設(shè)有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關(guān)節(jié)軸2
為了使關(guān)節(jié)成為一個(gè)整體，并能實(shí)現(xiàn)鎖緊功能，關(guān)節(jié)軸2的另一端與后臂5 通過(guò)螺紋固定連接。
摩擦組件4置于前臂3和后臂5之間，所述的摩擦組件4包括摩擦環(huán)12和 摩擦座13，摩擦環(huán)12嵌入設(shè)置在前臂3端面上的環(huán)形槽內(nèi)，可以拆卸更換，摩 擦座13通過(guò)鎖緊螺釘與后臂5固聯(lián)，摩擦座13和摩擦環(huán)12的位置相對(duì)應(yīng)。通 過(guò)液壓油的作用，在摩擦環(huán)和摩擦座之間產(chǎn)生壓力，從而使機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊。
為了實(shí)時(shí)地檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度，本發(fā)明的微創(chuàng) 外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)還包括編碼器組件1，編碼器組件1固定安裝在前 臂3上，包括編碼器6、編碼器罩18、編碼器座7、連軸器9。編碼器罩18罩 在編碼器6的外面，與編碼器座7通過(guò)螺釘16相連，保護(hù)編碼器6。編碼器6 與編碼器座7通過(guò)螺釘8固定，編碼器座7通過(guò)螺釘17與前臂3固定連接，編 碼器軸通過(guò)連軸器9與關(guān)節(jié)軸2連接，并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。則在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，能 夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)行角度的檢測(cè)。
本發(fā)明的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，關(guān)節(jié)軸2位于前臂3的內(nèi)孔 中，其中間設(shè)有液壓油路，關(guān)節(jié)軸2采用強(qiáng)度和耐磨性較好的材料制造。在關(guān) 節(jié)軸2的不同位置上，設(shè)有不同尺寸的環(huán)形槽，用于安裝非金屬密封件10、 11 和15。為便于維護(hù)和拆卸，在關(guān)節(jié)軸2靠近編碼器6的一側(cè)，對(duì)稱(chēng)設(shè)有兩個(gè)拆卸孔。
本發(fā)明的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)中，摩擦組件4包括摩擦環(huán)12和摩 擦座13，它位于前臂3和后臂5之間，摩擦環(huán)12安裝于前臂3端面上的環(huán)形槽 中，但可以拆卸更換。摩擦座13通過(guò)螺釘14與后臂5固連，通過(guò)液壓油的作 用，在摩擦環(huán)12和摩擦座13之間產(chǎn)生壓力，從而使機(jī)器人關(guān)節(jié)鎖緊。
進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)時(shí)，通過(guò)增壓裝置給機(jī)器人內(nèi)腔升壓，液壓油關(guān)節(jié)軸2 上的油路孔和斜孔充滿(mǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)腔，液壓油通過(guò)關(guān)節(jié)軸2上的斜孔進(jìn)入關(guān)節(jié)軸2 中間部分的右端面，沿環(huán)形端面產(chǎn)生一個(gè)水平向左方向的擠壓力，推動(dòng)關(guān)節(jié)軸2 拉緊后臂5及摩擦座13，使摩擦座13壓緊嵌入在前臂3上的摩擦環(huán)12，在摩 擦環(huán)12上產(chǎn)生沿環(huán)面的水平正壓力，進(jìn)而在環(huán)形摩擦面上產(chǎn)生摩擦力，從而形 成了相對(duì)于關(guān)節(jié)軸線的摩擦力矩，使關(guān)節(jié)軸2和前臂3無(wú)法產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最 終將關(guān)節(jié)牢牢抱死。當(dāng)機(jī)器人內(nèi)腔卸壓以后，環(huán)面的水平正壓力逐漸減少，直 到關(guān)節(jié)松開(kāi)。這樣便實(shí)現(xiàn)了液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)的松緊控制。
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有局限性，附圖 中所示的也只是本發(fā)明的某些實(shí)施方式，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如 果本領(lǐng)域的技術(shù)人員或研究工作者受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況 下，采用其它類(lèi)似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、其它類(lèi)似關(guān)節(jié)鎖緊裝置，或者只是改變桿件尺寸， 不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)軸(2)、前臂(3)、摩擦組件(4)和后臂(5)，其特征在于關(guān)節(jié)軸(2)嵌入前臂(3)中，其軸線與前臂(3)的軸線垂直，在關(guān)節(jié)軸(2)上開(kāi)有多個(gè)環(huán)形槽，在環(huán)形槽中裝有密封件，在關(guān)節(jié)軸(2)上設(shè)有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關(guān)節(jié)軸(2)的側(cè)面；關(guān)節(jié)軸(2)的另一端與后臂(5)通過(guò)螺紋固定連接；摩擦組件(4)置于前臂(3)和后臂(5)之間，所述的摩擦組件(4)包括摩擦環(huán)(12)和摩擦座(13)，摩擦環(huán)(12)嵌入設(shè)置在前臂(3)端面上的環(huán)形槽內(nèi)，摩擦座(13)通過(guò)鎖緊螺釘與后臂(5)固聯(lián)，摩擦座(13)和摩擦環(huán)(12)的位置相對(duì)應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于 還包括編碼器組件(1)，所述的編碼器組件(1)固定安裝在前臂(3)上，編 碼器軸通過(guò)連軸器(9)與關(guān)節(jié)軸(2)相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于 所述的編碼器組件(1)包括編碼器(6)、編碼器罩(18)、編碼器座(7)、連 軸器(9)，所述的編碼器罩(18)罩在編碼器(6)的外面，與編碼器座(7) 通過(guò)螺釘相連，編碼器(6)與編碼器座(7)通過(guò)螺釘固定，編碼器座(7)通 過(guò)螺釘與前臂(3)固定連接，編碼器軸通過(guò)連軸器(9)與關(guān)節(jié)軸(2)連接， 并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)， 其特征在于在所述的關(guān)節(jié)軸(2)靠近編碼器(6)的一側(cè)對(duì)稱(chēng)地設(shè)有兩個(gè)便于 維護(hù)和拆卸的拆卸孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在于 所述的密封件為非金屬密封件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微創(chuàng)外科機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)軸、前臂、摩擦組件和后臂，其特征在于關(guān)節(jié)軸嵌入前臂中，其軸線與前臂的軸線垂直，在關(guān)節(jié)軸上開(kāi)有多個(gè)環(huán)形槽，在環(huán)形槽中裝有密封件，在關(guān)節(jié)軸上設(shè)有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關(guān)節(jié)軸的側(cè)面；關(guān)節(jié)軸的另一端與后臂通過(guò)螺紋固定連接；摩擦組件置于前臂和后臂之間，所述的摩擦組件包括摩擦環(huán)和摩擦座，摩擦環(huán)嵌入設(shè)置在前臂端面上的環(huán)形槽內(nèi)，摩擦座通過(guò)鎖緊螺釘與后臂固聯(lián)，摩擦座和摩擦環(huán)的位置相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明具有鎖緊力矩大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作和維護(hù)方便、使用壽命高以及定位精度高等特點(diǎn)?？蛇m用于神經(jīng)外科、胸腹外科、骨外科等微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人關(guān)節(jié)定位。
文檔編號(hào)A61B17/00GK101524287SQ200910029209
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者粲 唐, 張建偉, 勝 程 申請(qǐng)人:昆山市工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司