CN105798976A - 不规则形状骨切割设备的夹持机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则形状骨切割设备的夹持机械手，它包括底座、支架、推杆电机、旋转气缸、机械手掌、手指驱动电机、回转型手指、压力传感器和位移传感器。采用本发明的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，可以使不规则形状骨材料能方便地在加工设备上进行安装、夹紧及切割，以提高加工的安全性和材料的利用率，还可以优化切割装置的整体结构，使其能够灵活应用于不规则形状骨材料的精确切割，同时能满足植入医疗器械生产质量规范的要求。

Description

不规则形状骨切割设备的夹持机械手

技术领域

本发明涉及医疗器械，特别涉及一种不规则形状骨切割设备的夹持机械手。

背景技术

骨切割设备是制备骨植入材料的重要器械，在医疗、科研、工业生产等许多领域中都有着广泛的应用。手工夹持的操作方式对骨块进行切割，其准确性和安全性难以保证。对于不规则形状的骨块，需要研制适应不规则骨材料的智能化夹具，以提高安全性能和材料的获得率。机械手是骨切割设备研究的关键技术之一，在切割设备中起着夹持紧固的作用，机械手也是骨切割机最灵活的机械部分，因此机械手技术的发展在骨切割设备的研究中具有举足轻重的作用。

德国DLR系列机械手已经有四代产品，研制的目的是在太空中提供舱内和舱外服务。英国Shadow公司的机械手TheSmartAwardHand具有同人手完全相同的自由度，手指运动空间及抓力。其尺寸与人手相近，重约5—10公斤，而其“手指”的驱动速度大约是人的手指常速的一半。北航已发布了三代BH机械手，其中BH-3型是比较成熟的，已销往香港，澳大利亚作为实验室实验的模型。BH灵巧手系列的发布开创了国内机械手研究的先河，填补了当时国内多指灵巧手的研究空白，为我国多指手制造和控制技术的发展奠定了坚实的基础。另外还有意大利的DIST机械手，日本的0kada机械手，本田公司的机械手等等。

不规则形状骨切割设备的夹持机械手的研发满足医疗器械生产质量管理规范的要求，并要求其适应不规则形状骨材料的加工，满足临床对不同规格产品的需求，提高操作的安全性、骨料的利用率。另一方面机械手代替临床上采用的手工操作把骨组织切割成所需形状，不仅减少了时间和人力，还保证了医务人员的安全、提高了切割尺寸精度。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种不规则形状骨切割设备的夹持机械手，以实现骨材料切割设备中夹持机械手的推进、夹紧、旋转和退回等运动动作，适应不规则形状骨材料的精确加工。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其包括：

底座；

支架，其安装在底座上；

推杆电机，其水平安装在支架上，包括电机和由电机带动的水平推杆；

旋转气缸，其通过连接件连接在推杆电机的推杆前端；

机械手掌，连接在旋转气缸的旋转轴上并可在旋转气缸的驱动下旋转；

手指驱动电机，共四台分别安装在机械手掌的背面；

回转型手指，共四只均匀分布设置在机械手掌的正面，四只回转型手指分别通过蜗轮蜗杆机构与四台手指驱动电机传动相连；

压力传感器，共四个分别安装在四只回转型手指上；

位移传感器，共四个分别安装在四只回转型手指上。

所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接在手指驱动电机的旋转轴上，蜗轮与回转型手指传动相连并形成回转型手指基关节。

所述回转型手指包括顺序相连的第一指节、指关节和第二指节，在指关节上连接有带动其作回转运动的指关节电机；所述蜗轮蜗杆机构与第一指节传动相连。

所述第二指节的指尖内侧分别设有球面结构，所述压力传感器和位移传感器分别安装在相应的球面结构上。

所述指关节上设有角度传感器。

所述旋转气缸可带动机械手掌实现360度旋转。

本发明具有以下的优点和特点：

1)、采用的驱动方式为推杆电机驱动，其优点有动作灵敏、平稳、无噪声、体积小、重量轻、推拉力大、速度范围广、耗能少、装卸方便、价格低廉等，此外还具有远距离自动控制和就地操作等优点。

2)、手指是与物件直接接触的构件，为了能有效的抓握各种形状不规则的骨组织，每个手指有两个关节，在手指部装有压力传感器和位移传感器，手指的运动形式为回转型结构，回转型手指结构简单，容易制造，应用广泛。

3)、该夹持机械手为智能安装夹具，可以适应不同形状尺寸的骨材料的加工，提高安全性和材料的利用率。

附图说明

图1为本发明的正视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的左视结构示意图。

具体实施方式

参见图1，配合参见图2和图3，本发明的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，包括底座1、支架2-1、2-2、推杆电机3、连接件4、旋转气缸5、手指驱动电机6、机械手掌7、蜗轮蜗杆机构8、由第一指节9、指关节10、指关节电机11和第二指节12组成的回转型手指、压力传感器13和位移传感器14。其中，支架2-1、2-2安装在底座1的上面；推杆电机3水平安装在支架上；旋转气缸5通过连接件4连接在推杆电机的推杆前端；手指驱动电机6共四台均匀分布安装在机械手掌的背面；机械手掌7连接在旋转气缸的旋转轴上并可在旋转气缸的驱动下作360度旋转；第一指节9共四只均匀分布设置在机械手掌的正面，并分别穿过机械手掌通过蜗轮蜗杆机构8与四台手指驱动电机传动相连；指关节10连接手指第一指节9和第二指节12，关节轴上嵌入角度传感器以精确测量并控制手指的旋转角度；指关节电机11共四台分别通过旋转轴与指关节的回转轴连接；压力传感器13共四个分别安装在四只第二指节12的指尖的球面结构上；位移传感器14共四个分别安装在四只第二指节12的指尖的球面结构上。

本发明中的机械手掌由旋转气缸驱动，旋转气缸带动机械手掌，可实现不规则形状骨材料的360度旋转，使扫描仪扫描到骨材料的截面，为夹持操作提供必要的信息。

本发明中的四根第一指节与手指驱动电机之间通过蜗轮蜗杆机构传动，蜗轮蜗杆将手指驱动电机的旋转运动转换为回转型手指的内收与外伸。

指尖上直接连接压力传感器和位移传感器，通过受力分析和位移判断帮助其夹持不规则形状骨材料，能满足临床对不同规格产品生产的需求，提高操作的安全性，骨材料的利用率。

采用本发明的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，可以使不规则形状的骨材料能方便地在切割设备上进行安装、推进、夹紧、切割以及退回等运动，以提高加工的安全性和材料的利用率。另一方面优化整个切割装置结构，使其能够灵活应用于不规则形状骨的精确切割，同时能满足植入医疗器械生产质量规范要求。

Claims (6)

1.一种不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于，包括：

底座；

支架，其安装在底座上；

推杆电机，其水平安装在支架上，包括电机和由电机带动的水平推杆；

旋转气缸，其通过连接件连接在推杆电机的推杆前端；

机械手掌，连接在旋转气缸的旋转轴上并可在旋转气缸的驱动下旋转；

手指驱动电机，共四台分别安装在机械手掌的背面；

回转型手指，共四只均匀分布设置在机械手掌的正面，四只回转型手指分别通过蜗轮蜗杆机构与四台手指驱动电机传动相连；

压力传感器，共四个分别安装在四只回转型手指上；

位移传感器，共四个分别安装在四只回转型手指上。

2.根据权利要求1所述的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于：所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接在手指驱动电机的旋转轴上，蜗轮与回转型手指传动相连并形成回转型手指基关节。

3.根据权利要求1所述的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于：所述回转型手指包括顺序相连的第一指节、指关节和第二指节，在指关节上连接有带动其作回转运动的指关节电机；所述蜗轮蜗杆机构与第一指节传动相连。

4.根据权利要求3所述的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于：所述第二指节的指尖内侧分别设有球面结构，所述压力传感器和位移传感器分别安装在相应的球面结构上。

5.根据权利要求3所述的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于：所述指关节上设有角度传感器。

6.根据权利要求1所述的不规则形状骨切割设备的夹持机械手，其特征在于：所述旋转气缸可带动机械手掌实现360度旋转。