CN101194848B

CN101194848B - 执行器末端快速切换装置

Info

Publication number: CN101194848B
Application number: CN2008100558370A
Authority: CN
Inventors: 刘荣; 余静科; 张建伟; 李简; 王峰
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: CN101194848A

Abstract

本发明一种执行器末端快速切换装置，其包括以下三部分：(1)末端器械和末端器械切换机构构成可切换的执行器；末端器械与末端器械切换机构连接；末端器械切换机构顶端加工有倒角斜面，上头部加工出一个一定斜度的沟槽；末端器械切换机构下部为六棱柱外形，与中轴下部六棱柱配合；(2)外套筒、弹簧、上套筒、下套筒、中轴、滚珠及上端扣构成快速切换机构；中轴上下端分别打有半通孔，滚珠镶嵌在中轴的半通孔中，该中轴与该外套筒在中轴下端以螺纹连接，然后依次在中轴上套入下套筒、弹簧、上套筒，最后把上端扣和中轴在中轴上端以螺纹连接；(3)上端器械切换结构为执行器与医疗手术机器人机械臂的切换装置。

Description

执行器末端快速切换装置

(一)技术领域：

本发明提供一种执行器末端快速切换装置，尤其指一种医疗手术机器人机械臂末端执行器的快速切换装置，属于医疗手术辅助机器人机械臂上不断更换手术器械技术的领域。

(二)背景技术：

与医生手工操作相比，医疗机器人在某些方面具有极大的优势，因为机械手的定位比人准确、有力得多，而且长时间的手术可能造成外科医生手臂颤动，而机械手绝不会出现这种情况。正是由于机器人的上述优点，手术机器人已经有了很大的临床应用。

而在医生手术过程中，作为辅助医生手术的机械臂，需要不停的切换末端执行机构，以使医生顺利地完成手术。因此要求手术器械能简单快捷的完成切换，而且能快速固定。在现有的机械臂系统中，很多都是采用多个机械臂夹持不同的手术器械，如果需要在同一手术中，随时更换不同的手术器械进行不同的操作，就得整个机械臂都得更换，将会大大增加系统成本。另外，在已有的同一个机械臂的一些末端执行机构切换装置中也都存在切换麻烦，而且固定器械需要一定时间的问题，会极大地影响了医生手术时间。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种执行器末端快速切换装置，以克服上述现有技术的不足，为关节型多自由度手术机器人系统提供一种可以在同一机械臂上安装上不同的手术器械的，而且可以快速切换、迅速固定的装置。

本发明是一种执行器末端快速切换装置，该装置包括以下三部分：

(1)末端器械和末端器械切换机构构成可切换的执行器。末端器械即医疗手术器械，通过螺钉或者其他紧固方式与末端器械切换机构连接。末端器械切换机构，顶端加工有倒角斜面，利用该倒角斜面实现对滚珠的推动，上头部加工出一个有一定斜度的沟槽，利用该沟槽控制末端器械的轴向定位。末端器械切换机构下部为六棱柱外形，与中轴下部六棱柱配合，实现径向定位。

(2)外套筒、弹簧、上套筒、下套筒、中轴、滚珠及上端扣构成快速切换机构。中轴上下两端分别打有半通孔，然后滚珠镶嵌在中轴的半通孔中，中轴与外套筒在中轴下端以螺纹连接，然后依次在中轴上套入下套筒、弹簧、上套筒，最后把上端扣和中轴在中轴上端以螺纹连接。

其中，下套筒及上套筒的下端内表面分别加工有斜面。

其中，上套筒、下套筒及中轴上可打有减轻孔，以减轻重量。

其中，该上套筒、下套筒利用安装在中轴上的弹簧复位。

其中，上套筒、下套筒、中轴、外套筒须保证同轴度。

(3)上端器械切换结构和末端器械切换机构一样，它为执行器与医疗手术机器人机械臂的切换装置。

本发明的执行器末端快速切换装置，利用弹簧复位，通过上、下套筒内表面加工出的斜面可以实现滚珠在空心轴壁孔中的径向移动。

本发明一种执行器末端快速切换装置，其优点及功效在于：本装置可以实现在同一机械臂上安装上不同的手术器械的，而且可以快速切换、迅速固定。

(四)附图说明：

图1是本发明装置结构立体图。

图2是本发明装置结构爆炸视图。

图3是本发明装置剖视图。

图4是末端器械切换结构的示意图。

图5是本发明装置中上套筒剖视图。

图6是本发明装置中下套筒的剖视图。

图7是本发明装置中中轴的剖视图。

图中标号如下：

1、末端器械 2、末端器械切换机构 3、外套筒

4、弹簧 5、滚珠 6、中轴

7、下套筒 8、上套筒 9、上端扣

10、上端器械切换结构 21、倒角斜面 61、半通孔

71、斜面 81、斜面

(五)具体实施方式：

本发明一种执行器末端快速切换装置，如图1至3所示，其包括以下三部分：

(1)末端器械1和末端器械切换机构2构成可切换的执行器。末端器械1即医疗手术器械，通过螺钉或者其他紧固方式与末端器械切换机构2连接。末端器械切换机构2，顶端加工有倒角斜面21(如图4所示)，利用该倒角斜面实现对滚珠5的推动，上头部加工出一个有一定斜度的沟槽，利用该沟槽控制末端器械1的轴向定位。末端器械切换机构2下部为六棱柱外形，与中轴6下部六棱柱配合，实现径向定位。

(2)外套筒3、弹簧4、上套筒8、下套筒7、中轴6、滚珠5及上端扣9构成快速切换机构。下套筒7及上套筒8的下端内表面分别加工有斜面71、81(如图5、6所示)。如图7所示，中轴6上下两端分别打有半通孔61，然后滚珠5镶嵌在中轴6的半通孔61中，中轴6与外套筒3在中轴6下端以螺纹连接，然后依次在中轴6上套入下套筒7、弹簧4、上套筒8，最后把上端扣9和中轴6在中轴6上端以螺纹连接。

其中，上套筒8、下套筒7及中轴上可打有减轻孔，以减轻重量。

其中，上套筒8、下套筒7、中轴6、外套筒3须保证同轴度。

(3)上端器械切换结构10和末端器械切换机构2一样，它为执行器与医疗手术机器人机械臂的切换装置。

在需要安装末端执行器1时，把下套筒7往上推动，由于下套筒7的下端被加工成一斜面71，口径比较大，如图6所示，使镶嵌在中轴6上的滚珠5可以往外走，当插入末端器械1时，末端器械1通过末端器械切换机构2顶端的倒角斜面21，给滚珠5施加向外的径向力，滚珠能够向径向外侧退让，从而使器械顺利插入切换机构。然后放松下套筒7，在弹簧力的作用下套筒7复位将滚珠5压紧到末端器械切换机构2的滚珠槽中实现轴向定位。同时末端器械切换机构2的六棱柱与中轴下端的六棱柱配合，实现径向定位。

在需要切换末端执行器时，同样把下套筒7往上推动，使镶嵌末端器械切换机构2的滚珠槽中的滚珠5往外走，从而可以让末端器械切换机构2从机构中滑出来。

上端执行器与医疗手术机器人机械臂的切换装置和末端的操作原理一样，上套筒8往下推动而已。

Claims

1.一种执行器末端快速切换装置，其特征在于：该装置包括以下三部分：

(1)末端器械和末端器械切换机构构成可切换的执行器；该末端器械即医疗手术器械，与末端器械切换机构连接；该末端器械切换机构，顶端加工有倒角斜面，利用该斜面实现对滚珠的推动，上头部加工出一个有一定斜度的沟槽，利用该沟槽控制末端器械的轴向定位；末端器械切换机构下部为六棱柱外形，与中轴下部六棱柱配合，实现径向定位；

(2)外套筒、弹簧、上套筒、下套筒、中轴、滚珠及上端扣构成快速切换机构；该中轴上下两端分别打有半通孔，然后滚珠镶嵌在中轴的半通孔中，该中轴与该外套筒在中轴下端以螺纹连接，然后依次在中轴上套入下套筒、弹簧、上套筒，最后把上端扣和中轴在中轴上端以螺纹连接；该下套筒的下端内表面被加工成一斜面，且该斜面的倾斜方向为使位于斜面下侧处的下套筒的内径大于位于斜面上侧处的下套筒的内径；该上套筒的下端内表面被加工成一斜面，且该斜面的倾斜方向为使位于斜面上侧处的上套筒的内径大于位于斜面下侧处的上套筒的内径；该上套筒和下套筒利用安装在中轴上的弹簧复位；

(3)上端器械切换结构，上端器械为医疗手术机器人机械臂，该上端器械切换结构为快速切换机构与医疗手术机器人机械臂的切换装置，该上端器械切换结构的上部为球形，连接到医疗手术机器人机械臂上；下底端加工有倒角斜面，利用该斜面实现对滚珠的推动，下头部加工出一个有一定斜度的沟槽，利用该沟槽控制上端器械的轴向定位。

2.根据权利要求1所述的执行器末端快速切换装置，其特征在于：该上套筒、下套筒及中轴上打有减轻孔，以减轻重量。