CN102579105A - 夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，包括主夹持管、开口卡环、锁紧套和多个锥形卡块，其中夹持管安装于机械臂末端；开口卡环位于主夹持管外部中间位置，锁紧套套于主夹持管外部尾端，多个锥形卡块分别位于主夹持管外部尾端的卡块孔中，并设置于锁紧套内。本发明不仅具有沿管状夹持器轴线方向的定位功能，而且能保证骨钻轴线与夹持器轴线始终保持一致，从而实现了骨钻每次拆装后的准确重复定位，还具有操作简单、结构紧凑以及夹持力小、夹持可靠等特点。

Description

夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器
技术领域
本发明涉及一种骨科微创手术辅助机械臂的夹持机构，具体地说是一种夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器。
背景技术
骨科手术中，经常需要在骨头上钻孔以植入螺钉。微创手术是目前外科手术领域的重要发展方向，具有手术创伤小、术后并发症少等优势。近年来随着各种微创手术器械及技术的发展，手术适应症不断扩大。在微创骨科手术过程中，尤其是脊柱微创骨科手术过程中，常常需要通过术中CT(或X光)获取钻孔部位的实时图像，利用图像引导的计算机辅助技术，实现对钻头位置和角度的调整和确认。对于经常从事该类手术的医生来说，长期暴露在X光辐射下，会严重影响其身体健康。如果采用机器人进行X光下的钻孔操作，辅助医生完成手术，将从根本上解决了医生长期辐射暴露导致的健康损害问题，同时也将机器人的精确性、稳定性、一致性与手术医生的临床经验和手术技巧紧密结合。
骨科微创手术中常用的钻孔工具是一种高速气钻，在手术中医生以一种类似于握笔的姿势，抓持骨钻的圆柱杆形的马达部位，执行钻孔操作。若以机械臂代替人工进行钻孔操作，其末端的骨钻夹持器将是一个重要的部件。
目前尚没有专门用于该类医用骨钻的夹持器，类似的现有管状器件的夹持器不具备较高的定位精度、方便的装拆性、夹持的可靠性及简单小巧的外形和尺寸。
发明内容
针对现有技术中医用骨钻的夹持器存在的不具备较高的定位精度、方便的装拆性等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种拆装操作简单、定位精度高、外形简单、尺寸较小、夹持可靠的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器包括主夹持管、开口卡环、锁紧套和多个锥形卡块，其中主夹持管安装于机械臂末端；开口卡环位于主夹持管外部中间位置，锁紧套套于主夹持管外部尾端，多个锥形卡块分别位于主夹持管外部尾端的卡块孔中，并设置于锁紧套内。
所述的主夹持管具有前端定位环形台阶、限位台阶、外螺纹以及多个卡块孔，其中定位环形台阶与骨钻马达的前端锥面相抵接；限位台阶设于主夹持管外侧与开口卡环配合；外螺纹位于主夹持管外侧中部，与锁紧套内螺纹相配合；多个卡块孔位于主夹持管尾部，其前、后两端分别设有用于约束锥形卡块的内台阶和外台阶，卡块孔为方形，孔壁两侧面相互平行且与管体轴线等距；主夹持管通过连接法兰和连接杆与机械臂末端机械接口相连接。
所述的锁紧套设有内螺纹和内锥面，内螺纹设于锁紧套的前端，与主夹持管的外螺纹相配合；内锥面与多个锥形卡块的外锥面相接触。
所述锁紧套外部设有用于手动旋转的滚花。
所述的锥形卡块设有前端台阶、外锥面、后端卡槽和内柱面；外锥面与锁紧套的内锥面采用相同的锥角，以锥面接触；锥形卡块的两侧面相互平行且与内柱面的轴线等距。
所述锥形卡块为3～4个。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.定位准确。本发明不仅具有沿管状夹持器轴线方向的定位功能，而且能保证骨钻轴线与夹持器轴线始终保持一致，从而实现了骨钻每次拆装后的准确重复定位；
2.操作简单。本发明通过旋转夹持器外部的螺纹套即可实现骨钻的装拆，而且仅需手动即可完成，不需要辅助工具；
3.结构紧凑。本发明部件较少、外观简单、尺寸较小，极大降低了与病人身体或其他器具设备干涉的概率；
4.夹持力小，夹持可靠。本发明采用在圆柱管两端设置定位和夹持点，受力点间隔和接触面积较大，可以较小的夹持力实现可靠夹持。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中主夹持管结构示意图；
图3为本发明中锁紧套结构示意图；
图4A为本发明中锥形卡块结构示意图；
图4B为本发明中锥形卡块装配关系示意图；
图5A为本发明的工作原理示意图；
图5B为本发明中骨钻的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器应满足如下功能要求：(1)作为医疗器械，骨钻要经常清洗消毒，因此该夹持器必须要实现以简单的方式装拆骨钻，方便医务人员的操作；(2)该夹持器作为机器人系统的一部分，必须具有较高的定位精度，以保证每次拆装后，骨钻的位置和角度始终保持一致；(3)该夹持器必须较小的外形尺寸和简单的外部形状，以尽可能减小其与其他医疗设备及病人身体干涉的概率，同时容易清洗；(4)另外，该夹持器要实现与人工手持方式相当的夹持力，以免损坏骨钻，而且在小夹持力下必须夹持可靠。
为了满足上述功能要求，本发明夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器如图1所示，包括主夹持管1、开口卡环2、锁紧套3和多个锥形卡块4，其中夹持管1安装于机械臂末端；开口卡环2位于主夹持管1外部中间位置，锁紧套3套于主夹持管1外部尾端，多个锥形卡块4分别位于主夹持管1外部尾端的卡块孔104中，并设置于锁紧套3内。锥形卡块4可为3～5个，本实施例中采用4个。
开口卡环2为弹性元件，经由开口处卡入管体并套于外柱面；锁紧套3通过螺纹与主夹持管1相连，锁紧套3向前旋动受开口卡环2限制，锁紧套3与锥形卡块4以锥面接触，锁紧套3向后旋动使四个锥形卡块4的内接圆柱面直径变小，实现锁紧骨钻。所有部件均采用医用不锈钢材料。
如图2所示，主夹持管1采用管状结构，具有前端定位环形台阶101、限位台阶102、外螺纹103、4个卡块孔104，连接法兰107和连接杆108；其中定位环形台阶101与骨钻马达的前端锥面相抵接，实现轴向和径向定位；限位台阶102设于主夹持管1外侧前部，与开口卡环2配合，限制开口卡环2沿轴线向前滑动；外螺纹103位于主夹持管1外侧中部，与锁紧套3内螺纹相配合；四个卡块孔104位于主夹持管1尾部，其前、后两端分别设有用于约束锥形卡块4的内台阶105和外台阶106，卡块孔104为方形，孔壁两侧面相互平行且与管体轴线等距；主夹持管1通过连接法兰107和连接杆108与机械臂末端机械接口相连接。
如图3所示，锁紧套3设有内螺纹301和内锥面302，内螺纹301设于锁紧套3的前端，与主夹持管1的外螺纹103相配合；内锥面302的前端半径小，后端半径大，与四个锥形卡块4的外锥面相接触；锁紧套3外部设有用于手动旋转的滚花。
如图4A所示，所述的锥形卡块4设有前端台阶401、外锥面402、后端卡槽403和内柱面404。四个锥形卡块4完全相同，外锥面402与锁紧套3的内锥面302采用相同的锥角，两侧面相互平行且与内柱面404的轴线等距；锥形卡块4与主夹持管1的卡块孔104之间的装配关系如图4B所示，卡块孔104的外台阶106位于锥形卡块4的后端卡槽403中，卡块孔104的内台阶105位于锥形卡块4的前端台阶401之外侧，锥形卡块4的两侧面与卡块孔104两侧面接触并可相对滑动。
本发明的工作原理和工作过程如下：
如图5A、5B所示，本发明的组装过程如下：先将锁紧套3套于主夹持管1上，并向前旋动至限位台阶102处，此时主夹持管1上的四个卡块孔104完全露出；然后将锥形卡块4的后端卡槽403卡于主夹持管1卡块孔104后端的外台阶106上，前端台阶401置于卡块孔104的内台阶105上；同样步骤将四个锥形卡块4都安装到主夹持管1卡块孔104中后，向后旋动锁紧套3将锥形卡块4盖住一半以上；最后将开口卡环2装在主夹持管1的限位台阶102和锁紧套3之间，并向前旋动锁紧套3将开口卡环2推至限位台阶102处；此时，锁紧套3将锥形卡块4的后端包络在内，不致脱落，夹持器组装完成。
将组装好的夹持器通过连接法兰107安装至机械臂5的末端后，即可开始装载骨钻6，具体如下：首先将锁紧套3旋动至最前端(即将开口卡环2推至限位台阶102处——如果锁紧套3未位于该位置)；然后将骨钻6从夹持器的后端插入，至骨钻6锥面601卡于主夹持管1前端定位环形台阶101处；最后向后手动旋动锁紧套3直至锁紧。

Claims (6)

1.一种夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：包括主夹持管(1)、开口卡环(2)、锁紧套(3)和多个锥形卡块(4)，其中主夹持管(1)安装于机械臂末端；开口卡环(2)位于主夹持管(1)外部中间位置，锁紧套(3)套于主夹持管(1)外部尾端，多个锥形卡块(4)分别位于主夹持管(1)外部尾端的卡块孔(104)中，并设置于锁紧套(3)内。
2.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：所述的主夹持管(1)具有前端定位环形台阶(101)、限位台阶(102)、外螺纹(103)以及多个卡块孔(104)，其中定位环形台阶(101)与骨钻马达的前端锥面相抵接；限位台阶(102)设于主夹持管(1)外侧与开口卡环(2)配合；外螺纹(103)位于主夹持管(1)外侧中部，与锁紧套(3)内螺纹相配合；多个卡块孔(104)位于主夹持管(1)尾部，其前、后两端分别设有用于约束锥形卡块(4)的内台阶(105)和外台阶(106)，卡块孔(104)为方形，孔壁两侧面相互平行且与管体轴线等距；主夹持管(1)通过连接法兰(107)和连接杆(108)与机械臂末端机械接口相连接。
3.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：所述的锁紧套(3)设有内螺纹(301)和内锥面(302)，内螺纹(301)设于锁紧套(3)的前端，与主夹持管(1)的外螺纹(103)相配合；内锥面(302)与多个锥形卡块(4)的外锥面相接触。
4.按权利要求3所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：所述锁紧套(3)外部设有用于手动旋转的滚花。
5.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：所述的锥形卡块(4)设有前端台阶(401)、外锥面(402)、后端卡槽(403)和内柱面(404)；外锥面(402)与锁紧套(3)的内锥面(302)采用相同的锥角，以锥面接触；锥形卡块(4)的两侧面相互平行且与内柱面(404)的轴线等距。
6.按权利要求1所述的夹持骨钻的机械臂末端管状夹持器，其特征在于：所述锥形卡块(4)为3～4个。
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