微創外科機器人關節液壓鎖緊機構的製作方法

2023-12-07 08:10:06

專利名稱：微創外科機器人關節液壓鎖緊機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人的關節鎖緊結構，具體講是涉及一種微創外科機器人
關節液壓鎖緊機構，屬於機器人技術領域。
背景技術：
近年來，國內醫療器械裝備的研究和開發力度越來越大，但能在臨床上應用的機 器人很少，主要原因是手術機器人的關節鎖緊結構絕大部分存在以下幾個方面存在問題 首先一種結構是摩擦片鎖緊，這種結構靠彈簧在關節外圈拉緊摩擦片實現鎖緊功能，但彈 簧容易變形和損壞，摩擦片在關節軸之間長期摩擦，導致摩擦係數越來越小，鎖緊能力下 降；同時，這種結構的關節體積大，導致機器人外形尺寸大，限制了關節轉動範圍，影響了機 器人的靈活性。另一種是電磁製動，即在關節上安裝電磁製動器，該結構不但增加了系統成 本，也增大了維護難度；同時，因電磁製動器的安裝導致了關節結構複雜，使機器人外形尺 寸和重量較大，並且因結構複雜造成成本較高，不適合普通醫院使用；另外，此類關節鎖緊 結構的鎖緊力矩低，鎖緊能力差，很難滿足微創外科手術的要求；同時，由於上述結構的機 器人體積和重量大，對於要求有雙臂協調控制的微創外科手術場合不適用。

實用新型內容為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種微創外科機器人關節液 壓鎖緊機構，解決了現有醫療機器人關節鎖緊能力差、尺寸和重量大、適應性或通用性差、 結構複雜等問題。 為實現上述目的，本實用新型是通過以下的技術方案來實現的 —種微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，包括關節軸2、前臂3、摩擦組件4和後臂 5，其特徵在於關節軸2嵌入前臂3中，其軸線與前臂3的軸線垂直，在關節軸2的不同位置 上開有多個不同規格的環形槽，在環形槽中裝有密封件，在關節軸2上設有油路孔和斜孔， 油路孔和斜孔相連，斜孔通關節軸2的側面；為了使關節成為一個整體，並能實現鎖緊功 能，關節軸2的另一端與後臂5通過螺紋固定連接；摩擦組件4置於前臂3和後臂5之間， 所述的摩擦組件4包括摩擦環12和摩擦座13，摩擦環12嵌入設置在前臂3端面上的環形 槽內，可以拆卸更換，摩擦座13通過鎖緊螺釘與後臂5固聯，摩擦座13和摩擦環12的位置 相對應。通過液壓油的作用，在摩擦環和摩擦座之間產生壓力，從而使機器人關節鎖緊。 前述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於還包括編碼器組件1 ，編碼 器組件1固定安裝在前臂3上，用於檢測機器人關節在轉動過程中的實際轉動角度。編碼 器軸通過連軸器9與關節軸2相連接。 前述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於所述的編碼器組件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通過螺釘相連，保護編碼器6，編碼器6與編碼器座7通過螺釘固定，編碼器座7 通過螺釘與前臂3固定連接，編碼器軸通過連軸器9與關節軸2連接，並同時轉動。則在關節轉動過程中，能夠實現對關節運行角度的檢測。 前述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於在所述的關節軸2靠近編 碼器6的一側對稱地設有兩個便於維護和拆卸的拆卸孔。 前述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於所述的密封件為非金屬密 封件。 本實用新型的有益效果是採用本實用新型的微創外科機器人關節鎖緊機構，單 關節鎖緊力矩可達到20Nm，鎖緊性能強；體積小，結構簡單而緊湊；操作和維護方便，是哦 用壽命長，定位精度高；編碼器實時檢測關節運動角度，可以用於所有需要進行機器人運動 學反解，獲得機器人末端操作器矢量位置和姿態的穿剌定位手術的機器人上；另外，關節上 可以不帶編碼器，此時具有這種關節的機器人可以用於末端操作器固定和位姿調整的外科 手術場合。所以，該實用新型的微創外科機器人關節鎖緊機構具有非常廣闊的應用前景。可 適用於神經外科、胸腹外科、骨外科等微創手術的機器人關節定位。

圖1為微創外科機器人關節液壓鎖緊機構的結構示意圖。 圖中標記的含義 1、編碼器組件，2、關節軸，3、前臂，4、摩擦組件，5、後臂，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，13、摩擦座，14、螺釘，15、密封件，16、螺 釘，17、螺釘，18、編碼器罩。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例做進一步詳述。
圖1為微創外科機器人關節液壓鎖緊機構的結構示意圖。 如圖所示，本實用新型的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，包括關節軸2、前臂 3、摩擦組件4和後臂5，關節軸2嵌入前臂3中，其軸線與前臂3的軸線垂直，在關節軸2的 不同位置上開有多個不同規格的環形槽，在環形槽中裝有密封件，在關節軸2上設有油路 孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關節軸2的側面。 為了使關節成為一個整體，並能實現鎖緊功能，關節軸2的另一端與後臂5通過螺 紋固定連接。 摩擦組件4置於前臂3和後臂5之間，所述的摩擦組件4包括摩擦環12和摩擦座 13，摩擦環12嵌入設置在前臂3端面上的環形槽內，可以拆卸更換，摩擦座13通過鎖緊螺 釘與後臂5固聯，摩擦座13和摩擦環12的位置相對應。通過液壓油的作用，在摩擦環和摩 擦座之間產生壓力，從而使機器人關節鎖緊。 為了實時地檢測機器人關節在轉動過程中的實際轉動角度，本實用新型的微創外 科機器人關節液壓鎖緊機構還包括編碼器組件l，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通過螺釘16相連，保護編碼器6。編碼器6與編碼器座7通過螺釘8固定，編碼器座7 通過螺釘17與前臂3固定連接，編碼器軸通過連軸器9與關節軸2連接，並同時轉動。則 在關節轉動過程中，能夠實現對關節運行角度的檢測。[0020] 本實用新型的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，關節軸2位於前臂3的內孔中， 其中間設有液壓油路，關節軸2採用強度和耐磨性較好的材料製造。在關節軸2的不同位 置上，設有不同尺寸的環形槽，用於安裝非金屬密封件10、11和15。為便於維護和拆卸，在 關節軸2靠近編碼器6的一側，對稱設有兩個拆卸孔。 本實用新型的微創外科機器人關節鎖緊機構中，摩擦組件4包括摩擦環12和摩擦 座13，它位於前臂3和後臂5之間，摩擦環12安裝於前臂3端面上的環形槽中，但可以拆卸 更換。摩擦座13通過螺釘14與後臂5固連，通過液壓油的作用，在摩擦環12和摩擦座13 之間產生壓力，從而使機器人關節鎖緊。 進行微創外科手術時，通過增壓裝置給機器人內腔升壓，液壓油關節軸2上的油 路孔和斜孔充滿關節內腔，液壓油通過關節軸2上的斜孔進入關節軸2中間部分的右端面， 沿環形端面產生一個水平向左方向的擠壓力，推動關節軸2拉緊後臂5及摩擦座13，使摩擦 座13壓緊嵌入在前臂3上的摩擦環12，在摩擦環12上產生沿環面的水平正壓力，進而在 環形摩擦面上產生摩擦力，從而形成了相對於關節軸線的摩擦力矩，使關節軸2和前臂3無 法產生相對運動，最終將關節牢牢抱死。當機器人內腔卸壓以後，環面的水平正壓力逐漸減 少，直到關節鬆開。這樣便實現了液壓機器人關節的鬆緊控制。 以上對本實用新型實施例及其實施方式進行了描述，該描述沒有局限性，附圖中 所示的也只是本實用新型的某些實施方式，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的 技術人員或研究工作者受其啟示，在不脫離本實用新型創造宗旨的情況下，採用其它類似 拓撲結構、其它類似關節鎖緊裝置，或者只是改變杆件尺寸，不經創造性的設計出與該技術 方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，包括關節軸(2)、前臂(3)、摩擦組件(4)和後臂(5)，其特徵在於關節軸(2)嵌入前臂(3)中，其軸線與前臂(3)的軸線垂直，在關節軸(2)上開有多個環形槽，在環形槽中裝有密封件，在關節軸(2)上設有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關節軸(2)的側面；關節軸(2)的另一端與後臂(5)通過螺紋固定連接；摩擦組件(4)置於前臂(3)和後臂(5)之間，所述的摩擦組件(4)包括摩擦環(12)和摩擦座(13)，摩擦環(12)嵌入設置在前臂(3)端面上的環形槽內，摩擦座(13)通過鎖緊螺釘與後臂(5)固聯，摩擦座(13)和摩擦環(12)的位置相對應。
2. 根據權利要求1所述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於還包括編碼 器組件(l)，所述的編碼器組件(1)固定安裝在前臂(3)上，編碼器軸通過連軸器(9)與關 節軸(2)相連接。
3. 根據權利要求2所述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於所述的編 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)通過螺釘相連，編碼器(6)與編碼器座(7)通 過螺釘固定，編碼器座(7)通過螺釘與前臂(3)固定連接，編碼器軸通過連軸器(9)與關節 軸(2)連接，並同時轉動。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在 於在所述的關節軸(2)靠近編碼器(6)的一側對稱地設有兩個便於維護和拆卸的拆卸孔。
5. 根據權利要求1所述的微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，其特徵在於所述的密封 件為非金屬密封件。
專利摘要本實用新型涉及一種微創外科機器人關節液壓鎖緊機構，包括關節軸、前臂、摩擦組件和後臂，其特徵在於關節軸嵌入前臂中，其軸線與前臂的軸線垂直，在關節軸上開有多個環形槽，在環形槽中裝有密封件，在關節軸上設有油路孔和斜孔，油路孔和斜孔相連，斜孔通關節軸的側面；關節軸的另一端與後臂通過螺紋固定連接；摩擦組件置於前臂和後臂之間，所述的摩擦組件包括摩擦環和摩擦座，摩擦環嵌入設置在前臂端面上的環形槽內，摩擦座通過鎖緊螺釘與後臂固聯，摩擦座和摩擦環的位置相對應。本實用新型具有鎖緊力矩大、體積小、結構緊湊、操作和維護方便、使用壽命高以及定位精度高等特點。可適用於神經外科、胸腹外科、骨外科等微創手術的機器人關節定位。
文檔編號A61B19/00GK201469320SQ200920230599
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月24日 優先權日2009年8月24日
發明者唐粲, 張建偉, 程勝 申請人:崑山市工業技術研究院有限責任公司