CN112245013B - 一种快拆机构、末端执行器械及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快拆机构、末端执行器械及机器人，快拆机构包括第一连接部；第二连接部，与所述第一连接部转动连接；卡扣，设有与所述第二连接部转动连接的第一转点，所述卡扣和所述第一连接部之间通过连杆实现开合，所述连杆包括用于与所述第一连接部配合连接的开合点和用于与所述卡扣转动连接的第二转点；在闭合状态下，所述第二转点与所述开合点的连线位于所述第一转点下方。本发明可以实现快速锁定和解锁，锁定效果好，操作便捷可靠，不影响手术操作。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种快拆机构、末端执行器械及机器人。
背景技术
随着人工智能的发展，机器人被应用在了各行各业。其中，在医疗领域越来越多的手术机器人在临床外科中大量运用。
通常情况下，手术机器人的末端执行器械由于和手术区域相距很近，每次手术开始或结束的时候都需要从机械臂上拆下来进行消毒灭菌。现有的手术机器人末端执行器械通常采用螺钉与机械臂进行固定连接，螺纹连接虽然结构简单，连接可靠，但是拆卸步骤繁琐，操作时间长。同时，手术机器人属于一种高精度仪器，对稳定性和安全性要求比较高，螺纹连接的连接方式受人为因素影响比较大，操作者在手拧螺丝的过程中施加的力度不一致会导致稳定性差，频繁的拆装也容易使螺钉滑扣等问题，从而进一步影响末端执行器的稳定性。另外，螺丝外露不美观，严重的还会在手术过程中挂住电线、导管或衣物等，造成事故。铰链连接通常应用到需要经常打开和闭合的开合件中，不适用于手术机器人末端执行器械的固定。也有一些末端执行器械采用卡扣连接的方式与机械臂固定，这种方式虽然便于安装，但拆卸不易。
此外，由于手术机器人在术中为了考虑无菌及方便消毒，通常会在安装末端器械时，利用连接件将塑料膜一并安装以覆盖机械臂及主机。由于增加了一层带有厚度的塑料膜，常规的螺钉连接及卡扣连接的不仅难度增加，并且稳定性也会有影响。同时螺钉连接也会破坏塑料膜的完整性，影响密封性。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种机器人末端快拆机构，可以实现快速锁定和解锁，操作简单快速可靠。
技术方案：
一种快拆机构，包括：
第一连接部；
第二连接部，与所述第一连接部转动连接；
卡扣，设有与所述第二连接部转动连接的第一转点，所述卡扣和所述第一连接部之间通过连杆实现开合，所述连杆包括用于与所述第一连接部配合连接的开合点和用于与所述卡扣转动连接的第二转点；在闭合状态下，所述第二转点与所述开合点的连线位于所述第一转点下方。
所述连杆为弧形弹性杆。
在所述第一连接部的外端面上设有与所述连杆配合的卡勾槽；在所述连杆末端设置有与所述卡勾槽相对应配合的卡勾，二者之间通过卡勾槽与卡勾配合实现开合。
所述卡勾槽设计为凹槽，相应的所述连杆末端的卡勾设计为勾状结构。
所述卡勾槽设计为沿轴向的开槽，相应的所述连杆末端的卡勾设计为沿轴向安装的卡轴；在所述第一连接部上端位于所述卡勾槽上方位置处开设有在第一连接部和所述第二连接部闭合时用于容纳所述连杆末端的容纳槽。
在所述卡勾槽位于开启方向的侧壁上开设有解锁槽，在所述第一连接部与所述第二连接部开启时，通过所述卡扣推动所述连杆，通过所述连杆末端与所述解锁槽的配合，对所述第一连接部施加一个沿着开启方向的力，进而辅助开启。
在所述第一连接部和所述第二连接部的内侧面上均开设有对接槽，所述对接槽与机械臂末端及执行端上设置的相应对接机构配合对接。
所述所述第一连接部和所述第二连接部的形状与所述机械臂末端及执行端上的对接机构相对应。
在闭合状态下，所述第二转点与所述开合点的连线位于所述第一转点下方。所述开合点与所述第一转点之间的距离为a，所述第二转点与所述第一转点之间的距离b，所述开合点与所述第二转点之间的距离为c，则0<a+b-c≤10mm。
所述卡扣为中空结构，在闭合状态时，所述卡扣套在所述第二连接部上端外。
在所述第一连接部与所述第二连接部的转动连接点处还安装有扭簧，所述扭簧的两个力臂分别与所述第一连接部与所述第二连接部固定连接，且所述扭簧的两个力臂在自然状态下的角度与所述第一连接部与所述第二连接部在解锁状态下的角度一致。
在所述第一连接部与所述第二连接部内分别开设有力臂槽，所述扭簧的两个力臂分别设置在所述第一连接部与所述第二连接部的所述力臂槽内。
所述第一连接部与第二连接部的转动连接处通过螺栓转动连接到所述执行端上对应位置处。
所述第一连接部与第二连接部、所述卡扣及所述连杆均采用不锈钢材质。
一种末端执行器械，包括机械臂末端及执行端，在所述机械臂末端的末端连接板及所述执行端的执行端连接板上均设置有对接机构，二者通过前述快拆机构进行连接锁定。
所述对接机构的端面沿径向向外延伸形成对接块；在所述末端连接板及所述执行端连接板相互配合连接时，其相应的对接机构抵在一起，二者的对接块嵌入两个所述卡扣内侧面的对接槽内。
在所述末端连接板及所述执行端连接板上均设置有相互配合的导向定位构件，二者相互配合组成导向定位组件。
所述末端连接板或所述执行端连接板其中一连接板上的导向定位构件为开设的至少三个直径为2.5～4mm的半球形定位孔；另一连接板上的导向定位构件相应设计为相应数量的定位球。
一种采用前述末端执行器械的手术机器人。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明通过采用两个卡扣铰接的方式将机器人手臂与手术末端执行器固定连接，相对于现有的螺钉连接，既实现了安装拆卸方便，免工具拆卸，结构美观简洁，减少了因为挂钩衣物等因素所造成事故的可能性，又满足了对手术机器人稳定性要求高，安全性能要求高的条件。
2、本发明采用两个卡扣铰接的方式也避免了传统卡扣对材料的限制，通过设置与连接件本体相对独立的快拆机构，实现快速锁定和解锁，锁定效果好，锁定和解锁都操作便捷可靠，外形美观，如有磨损，也可以在不更换连接件本体的前提下更换快拆机构，节省了维修成本，同时连接结构件外形一致，不影响手术操作。
3、在术中需要无菌环境及消毒情况下安装塑料膜时，通过本发明卡扣式设计，可以很方便地进行塑料膜的覆盖，避免了现有技术中采用螺钉连接进而破坏塑料膜的完整性，影响了塑料膜的密封性，对机械臂末端及末端器械造成污染。
附图说明
图1为本发明的快拆机构的锁定状态图；其中，(a)为正面图，(b)为反面图。
图2为本发明的快拆机构的解锁状态图；其中，(a)为正面图，(b)为反面图。
图3为本发明的快拆机构的完全解锁状态图。
图4为本发明的末端执行器械安装状态图。
图5为本发明的末端执行器械整体结构图。
图6为本发明的机器人的结构示意图。
其中，A为快拆机构，B为机械臂末端，C为执行端，1为左卡扣，11为左对接槽，12为卡勾槽，2为右卡扣，21为右对接槽，22为锁止槽，23为解锁槽，3为卡扣扣手，4为卡扣连杆，9为末端连接板，91为对接机构，92为定位孔，10为执行端连接板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明公开了一种快拆机构，图1为本发明的快拆机构的锁定状态图，图2为本发明的快拆机构的解锁状态图。如图1、2所示，本发明的快拆机构包括左卡扣1、右卡扣2、卡扣扣手3以及卡扣连杆4。
左卡扣1和右卡扣2内侧面上均开设有与末端连接板9及执行端连接板10进行对接的对接槽11；左卡扣1的下端与右卡扣2的下端之间铰接；在左卡扣1的上端左侧端面开设有卡勾槽12，在右卡扣2的上端右侧端面设有锁止槽22；右卡扣2上端末端处铰接有卡扣扣手3，卡扣扣手3为中空结构，其中空结构的大小大于右卡扣2上端大小；在卡扣扣手3的中空结构内设置有卡扣连杆4，卡扣连杆4为弧形弹性杆，其前端铰接在卡扣扣手3的中部位置，其末端设置有与左卡扣1上端左侧端面开设的卡勾槽12相对应配合的卡勾。在左、右卡扣锁紧时，卡扣连杆4末端的卡勾勾在左卡扣1上端左侧端面的卡勾槽12内，其前端位于右卡扣2上端右侧端面的锁止槽22内，卡扣扣手3套在右卡扣2上端外。
在本发明中，在左卡扣1上端在左侧端面位于卡勾槽12上方位置开设有容纳槽，用于在左、右卡扣锁紧时卡扣连杆4末端卡勾卡在卡勾槽12内时容纳卡扣连杆4末端。
将左卡扣1上端左侧端面处的卡沟槽定义为定位点1、卡扣扣手3与右卡扣2之间的铰接点定义为定位点2、卡扣扣手3与卡扣连杆4之间的铰接点定义为定位点3；在左、右卡扣锁紧时，定义定位点1与定位点2之间的距离为a，定位点2与定位点3之间的距离b，定位点1与定位点3之间的距离为c，则0<a+b-c≤10mm；在将卡扣连杆4末端的卡勾勾住左卡扣1的卡勾槽12后，扳动卡扣扣手3带动卡扣连杆4向下方移动，卡扣连杆4前端与锁止槽22相配合，当定位点1、定位点2、定位点3处于一条直线时，此时卡扣连杆4由于其本身的作用，对定位点3处施加向外的力，此时左、右卡扣处于死点位置，然后施力后卡扣扣手3带动卡扣连杆4继续向下运动，卡扣连杆4的前端发生形变，并越过死点位置，卡扣连杆4前端位于锁止槽22内并回复自然状态，从而使得定位点2处于定位点1和定位点3连线的上方，此时左、右卡扣若要解锁，即需要克服卡扣连杆4本身的弹性，因此卡扣连杆4前端被锁定在锁止槽22内，此时快拆机构处于锁紧状态。
左卡扣1和右卡扣2的形状与末端连接板9及执行端连接板10上的对接机构相对应，在本发明中，左卡扣1和右卡扣2均设计为半圆形。
如图1所示，在本发明中，左卡扣1上端左侧端面的卡勾槽可以设计为凹槽，那么相应的卡扣连杆4末端的卡勾设计为勾状结构；也可以设计为沿轴向的开槽，那么相应的卡扣连杆4末端的卡勾设计为沿轴向安装的卡轴，在锁定时，卡扣连杆4末端的卡轴卡入左卡扣1上端左侧端面的开槽内，卡扣连杆4前端通过卡扣扣手3压入右卡扣2上端右侧端面的锁止槽内，完成快速锁定。
在本发明中，左卡扣1与右卡扣2的铰接点处还安装有扭簧，扭簧的两个力臂分别与左卡扣1和右卡扣2固定连接，且扭簧的两个力臂在自然状态下的角度与左、右卡扣解锁状态下的角度一致。通过设置的扭簧，可以在本发明的快拆机构锁定时分别给左、右卡扣提供沿解锁方向的力，从而在需要对本发明的快拆机构进行解锁时进行辅助解锁。
进一步地，在左、右卡扣内分别开设有力臂槽，在扭簧安装在左卡扣1与右卡扣2的铰接点处时，扭簧的两个力臂分别设置在左、右卡扣的力臂槽内。
在本发明中，在左卡扣1上端的卡勾槽位于解锁方向的侧壁上开设有解锁槽，在进行左、右卡扣解锁操作时，通过卡扣扣手3推动卡扣连杆4，通过卡扣连杆4末端与该解锁槽的配合，对左卡扣1施加一个沿着解锁方向的力，进而辅助解锁。
在本发明中，为了方便携带安装同时减少零件数量，左、右卡扣的下端铰接处通过底部螺丝连接到执行端连接板10上对应位置处。解锁时扳起卡扣扣手3，带动卡扣连杆4的前端离开锁止槽，把卡扣连杆4末端从左卡扣1上端左侧端面的卡勾槽中脱离，打开左、右卡扣，实现解锁，如图2。本发明的快拆机构采用了左右卡扣完全分离的结构形式，并在底部单点固定，可在有限的空间里实现较大的锁定面积，确保锁定效果，如图3。
在本发明中，如图1所示，在两个卡扣锁定状态下，在右卡扣2右侧端面位于卡扣扣手3下方位置设有解锁槽，以使得卡扣扣手3突出右卡扣2右侧端面，以方便扳动卡扣扣手3。
在本发明中，左卡扣1、右卡扣2、卡扣扣手3及卡扣连杆4均采用不锈钢材质，不仅能保证结构刚度需要，同时防腐蚀，灭菌效果好，耐磨损。
本发明还公开了一种包含快拆机构的末端执行器械，如图4、5所示，该末端执行器械包括机械臂末端B及执行端C，在机械臂末端B的末端连接板9及执行端C的执行端连接板10上均设置有对接机构，对接机构的端面沿径向向外延伸形成对接块；在末端连接板9及执行端连接板10相互配合连接时，其相应的对接机构抵在一起，二者的对接块嵌入左、右卡扣内侧面的对接槽内，从而通过本发明得到快拆机构A实现末端连接板9和执行端连接板10的连接锁定。末端连接板9及执行端连接板10均采用铝合金表面氧化处理，可有效减轻重量，满足刚性需要，耐腐蚀。
在本发明中，在末端连接板9和执行端连接板10上设置有相互配合的导向定位构件，二者相互配合组成导向定位组件；其中一连接板上的导向定位构件为开设的至少三个半球形定位孔；相应地，另一连接板上的导向定位构件为相应数量的定位球，二者相互配合连接时，通过其上定位销及定位孔的配合实现快速定位。在本发明中，半球形定位孔直径为2.5～4mm；定位球直径与所述半球形定位孔对应设计。
本发明还公开了一种手术机器人，该手术机器人机械臂末端B的末端连接板9通过前述快拆机构A与执行端C的执行端连接板10进行快速锁定连接与解锁。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种末端执行器械，其特征在于：包括机械臂末端及执行端，在所述机械臂末端的末端连接板及所述执行端的执行端连接板上均设置有对接机构，二者通过快拆机构进行连接锁定；
所述快拆机构包括：
第一连接部；
第二连接部，与所述第一连接部转动连接；
卡扣，设有与所述第二连接部转动连接的第一转点，所述卡扣和所述第一连接部之间通过连杆实现开合，所述连杆包括用于与所述第一连接部配合连接的开合点和用于与所述卡扣转动连接的第二转点；所述连杆的所述第二转点与所述卡扣的中部位置转动连接；在闭合状态下，所述第二转点与所述开合点的连线位于所述第一转点下方；
在所述第一连接部和所述第二连接部的内侧面上均开设有对接槽；
所述对接机构的端面沿径向向外延伸形成对接块；在所述末端连接板及所述执行端连接板相互配合连接时，其相应的对接机构抵在一起，二者的所述对接块嵌入所述第一连接部和所述第二连接部的所述对接槽内。
2.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述连杆为弧形弹性杆。
3.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：在所述第一连接部的外端面上设有与所述连杆配合的卡勾槽；在所述连杆末端设置有与所述卡勾槽相对应配合的卡勾，二者之间通过卡勾槽与卡勾配合实现开合。
4.根据权利要求3所述的末端执行器械，其特征在于：所述卡勾槽设计为凹槽，相应的所述连杆末端的卡勾设计为勾状结构。
5.根据权利要求3所述的末端执行器械，其特征在于：所述卡勾槽设计为沿轴向的开槽，相应的所述连杆末端的卡勾设计为沿轴向安装的卡轴；在所述第一连接部上端位于所述卡勾槽上方位置处开设有在第一连接部和所述第二连接部闭合时用于容纳所述连杆末端的容纳槽。
6.根据权利要求3所述的末端执行器械，其特征在于：在所述卡勾槽位于开启方向的侧壁上开设有解锁槽，在所述第一连接部与所述第二连接部开启时，通过所述卡扣推动所述连杆，通过所述连杆末端与所述解锁槽的配合，对所述第一连接部施加一个沿着开启方向的力，进而辅助开启。
7.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述第一连接部和所述第二连接部的形状与所述机械臂末端及执行端上的对接机构相对应。
8.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述开合点与所述第一转点之间的距离为a，所述第二转点与所述第一转点之间的距离b，所述开合点与所述第二转点之间的距离为c，则0<a+b-c≤10mm。
9.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述卡扣为中空结构，在闭合状态时，所述卡扣套在所述第二连接部上端外。
10.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：在所述第一连接部与所述第二连接部的转动连接点处还安装有扭簧，所述扭簧的两个力臂分别与所述第一连接部与所述第二连接部固定连接，且所述扭簧的两个力臂在自然状态下的角度与所述第一连接部与所述第二连接部在解锁状态下的角度一致。
11.根据权利要求10所述的末端执行器械，其特征在于：在所述第一连接部与所述第二连接部内分别开设有力臂槽，所述扭簧的两个力臂分别设置在所述第一连接部与所述第二连接部的所述力臂槽内。
12.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述第一连接部与第二连接部的转动连接处通过螺栓转动连接到所述执行端上对应位置处。
13.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：所述第一连接部与第二连接部、所述卡扣及所述连杆均采用不锈钢材质。
14.根据权利要求1所述的末端执行器械，其特征在于：在所述末端连接板及所述执行端连接板上均设置有相互配合的导向定位构件，二者相互配合组成导向定位组件。
15.根据权利要求14所述的末端执行器械，其特征在于：所述末端连接板或所述执行端连接板其中一连接板上的导向定位构件为开设的至少三个直径为2.5～4mm的半球形定位孔；另一连接板上的导向定位构件相应设计为相应数量的定位球。
16.一种采用权利要求1～15所述的末端执行器械的手术机器人。
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