CN112790866A - 一种用于外科辅助手术机器人的快速接口 - Google Patents

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Abstract

一种用于外科辅助手术机器人的快速接口，包括锁紧组件，锁紧组件包括连接法兰端和拆离法兰端，连接法兰端包括机器人法兰、连接法兰与连接法兰端旋钮，连接法兰通过连接螺钉固定于所述机器人法兰上，连接法兰端旋钮通过内壁开设与所述连接法兰外壁开设的匹配螺纹实现旋接，拆离法兰端包括拆离法兰和机器人末端执行器械夹持装置，拆离法兰通过四个拆离螺钉固定在机器人末端执行器械夹持装置上，能够实现快速拆装机器人末端的手术执行器械夹持装置或手术工具，从而提高了手术机器人在手术室的适应性和可接受性，快速定位锁紧与松开状态提高拆装效率，本发明通过设置弹簧顶珠，有效防止旋钮螺纹自松而引起的脱落，增加连接的可靠性。

Description

一种用于外科辅助手术机器人的快速接口
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械领域，具体设计一种用于外科辅助手术机器人的快速接口。
背景技术
辅助手术机器人是医疗领域最早展开研究和应用的手术机器人之一，也是国内研究较多的手术机器人。在外科手术过程中，会根据手术需要更换机器人末端手术执行工具，且每次手术使用前后，都需要对机器人末端执行器进行消毒灭菌处理。这也会限制外科手术机器人通用性，和在临床的使用效率及推广，增加使用成本。为此，在手术机器人设计时需要考虑手术机器能在手术中简单快速更换末端执行器，并符合手术无菌要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种外科手术辅助机器人手术工具的快换接口，能够实现手术过程中满足无污染下快速更换不同手术工具，从而提高辅助手术机器人在手术室的适应性和可接受性。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种用于外科辅助手术机器人的快速接口，包括锁紧组件，所述锁紧组件包括连接法兰端和拆离法兰端，所述连接法兰端包括机器人法兰、连接法兰与连接法兰端旋钮，其中，所述连接法兰通过连接螺钉固定于所述机器人法兰上，所述连接法兰端旋钮的内壁开设螺纹，所述连接法兰外壁开设螺纹，所述连接法兰端旋钮内壁的螺纹与所述连接法兰外壁的螺纹相互匹配实现螺栓连接；
所述连接法兰上部开设有一个销钉插口、四个连接螺钉插口，并配置一个销钉和四个连接螺钉，所述连接法兰上部的中间设有一圆柱；
所述连接法兰端旋钮侧面正对的开设有两个弹簧顶珠螺纹孔并各自配置一个弹簧顶珠，所述弹簧顶珠外周设有螺纹与所述弹簧顶珠螺纹孔匹配，所述连接法兰端旋钮设有四个径向凸台；
所述拆离法兰端包括拆离法兰和机器人末端执行器械夹持装置，所述拆离法兰通过四个拆离螺钉固定在所述机器人末端执行器械夹持装置上，所述拆离法兰端通过凸块防止相互转动；
所述拆离法兰上部开设有四个拆离螺钉插口，中间设一个扁平圆环凸台，侧面周向上设有四个周向凹槽，所述周向凹槽还各自连接有一个滑槽。
更进一步地，所述连接法兰侧面的螺纹部分对称开设有两个横槽，每个横槽两端均又设置有供弹簧顶珠落入的凹槽。
更进一步地，所述径向凸台环绕分布，所述周向凹槽与所述径向凸台位置及大小匹配。
更进一步地，连接法兰端旋钮外周间隔设置有防滑凹槽，所述防滑凹槽均匀分布。
更进一步地，所述机器人末端执行器械夹持装置设有把手。
更进一步地，所述扁平圆环凸台与所述连接法兰上部的圆柱匹配插入啮合。
更进一步地，所述拆离法兰上还开设有一个带圆角矩形凹槽，所述带圆角矩形凹槽与所述连接法兰的销钉匹配。
本发明的外科手术辅助机器人手术工具的快换接口，解决了两个部件之间方便快捷的安装和拆卸的技术问题，并且结构简单，工作可靠。以上技术方案运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过精准定位和限位旋钮结合，能够实现快速拆装机器人末端的手术执行器械夹持装置或手术工具（手术工具和夹具一体化的情况），从而提高了手术机器人在手术室的适应性和可接受性；
2、本发明通过设置弹簧顶珠凹槽定位，可以快速定位锁紧与松开状态提高拆装效率；
3、本发明通过设置弹簧顶珠运用，可以有效防止旋钮螺纹自松而引起的脱落，增加连接的可靠性；
4、本发明通过设置双重定位（a.连接法兰端上的旋钮内部的四个径向凸台与拆离法兰端上周向分布的四个凹槽匹配来实现第一定位点，b.拆离法兰端中心面设置的圆凹槽，此圆凹槽与连接法兰一端中心的圆柱匹配，同时在此连接面外侧有带圆角矩形凹槽，此矩形凹槽与连接法兰端的销钉匹配，此两个点共同形成第二定位点），使快换过程更为精确，不易出现误差。
附图说明
图1为本发明连接法兰端爆炸图及装配示意图；
图2为本发明连接法兰端的连接法兰的立体结构示意图；
图3为本发明连接法兰端旋钮结构示意图；
图4为本发明拆离法兰端爆炸图及装配示意图；
图5为本发明拆离法兰端的立体结构示意图；
图6为本发明拆离法兰端的拆离法兰的正面、底面结构示意图；
图7为本发明外科手术辅助机器人手术工具的快换接口的整体拆装示意图；
图中：1、连接法兰端，2、拆离法兰端，3、机器人法兰，4、连接法兰，5、连接法兰端旋钮，6、连接螺钉，7、销钉，8、弹簧顶珠，9、圆柱，10、弹簧顶珠螺纹孔，11、径向凸台，12、防滑凹槽，13、拆离螺钉，14、拆离法兰，15、机器人末端执行器械夹持装置，16、周向凹槽，17、滑槽，18、扁平圆环凸台，19、横槽，20、把手，21、带圆角矩形凹槽，22凸块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1至图7图例所示，一种用于外科辅助手术机器人的快速接口，是一套组装部件，该快速接口是一套锁紧组件组成的快换装置，用于快速拆装机器人末端的手术器械夹持装置或手术工具，具体包括：连接法兰端1和拆离法兰端2，连接法兰端1包括机器人法兰3、连接法兰4与连接法兰端旋钮5，其中，连接法兰4通过连接螺钉6固定于机器人法兰3上（两者相对固定），连接法兰端旋钮5的内壁开设螺纹，连接法兰4外壁开设螺纹，连接法兰端旋钮5内壁的螺纹与连接法兰4外壁的螺纹相互匹配实现螺栓连接。
拆离法兰端2包括拆离法兰14和机器人末端执行器械夹持装置15，拆离法兰14通过四个拆离螺钉13固定在机器人末端执行器械夹持装置15上（两者相对固定）。该连接法兰端1与拆离法兰端2可搭配组装，即连接法兰端1在安装了连接法兰端旋钮5后，进一步与拆离法兰端2装配，进行快速拆装。
参阅图1并结合参阅图4，连接法兰4上部开设有一个销钉插口、四个连接螺钉插口，并配置一个销钉7和四个连接螺钉6，销钉7及四个连接螺钉6分别贯穿连接法兰4并在机器人法兰3处固定，旋拧连接法兰端旋钮5后完成组装。连接法兰4上部的中间设有一圆柱9，圆柱9设于一个圆凹槽的中心处，圆凹槽与拆离法兰14的扁平圆环凸台18大小、厚度匹配，同时，该圆柱9与拆离法兰14的扁平圆环凸台18内环孔匹配实现插入啮合。圆柱及圆凹槽的匹配是作为一个定位基准，销钉与销钉机器人法兰上的销钉孔是另一个定位基准。值得说明的是，图4中，工作端接口可以是一体的也可以是分离式的，若为一体式结构，则该拆离法兰端整体一体化固定式加工，不支持拆卸，若为分离式结构，除图示示意外，机器人末端执行器械夹持装置15与把手20同样为可拆卸式。。
参阅附图2，在连接法兰4外壁开设的螺纹上，设置有两段横槽19，两段横槽19在连接法兰4外壁上间隔180度对称分布。参阅附图3，连接法兰端旋钮5外周间隔设置有防滑凹槽12，防滑凹槽12均匀分布，连接法兰端旋钮5侧面正对的开设有两个弹簧顶珠8螺纹孔并各自配置一个弹簧顶珠8，弹簧顶珠8外周设有螺纹与弹簧顶珠螺纹孔10匹配，当连接法兰端旋钮5安装在连接法兰4上时，弹簧顶珠8位于连接法兰4外壁的横槽19内，故连接法兰端旋钮5相对于连接法兰4的转动被限制在横槽19范围确定的角度内。
在连接法兰端旋钮5还设有四个径向凸台11；径向凸台11环绕分布，每间隔90度设有一个径向凸台11。
参阅附图4、5、6，拆离法兰14上部开设有四个拆离螺钉插口，中间设一个扁平圆环凸台18，在拆离法兰14上扁平圆环凸台18对侧还有一个扁平圆柱凸台，是与机器人末端执行器械夹持装置15实现定位装配的，定位装配后进而通过四个拆离螺钉13固定，扁平圆柱凸台一侧设置有凸块22，该凸块22与设置在机器人末端执行器械夹持装置15上面的凹槽匹配以实现防止相互转动的效果，拆离法兰14侧面周向上设有四个周向凹槽16，周向凹槽16还各自连接有一个滑槽17，周向凹槽16与所述径向凸台11位置及大小匹配，在装配上，径向凸台11卡入周向凹槽16后，进行旋拧卡入滑槽17确保旋拧下不会脱离，确定规则的轨道与最大行程。拆离法兰14上还开设有一个带圆角矩形凹槽21，带圆角矩形凹槽21与连接法兰4的销钉7匹配。
机器人末端执行器械夹持装置15设有把手20。
以下为采用用于外科辅助手术机器人的快速接口的快换方法，用于快速拆装在机器人末端的手术器械夹持装置（或手术工具），快速方法包括如下步骤：
（1）转动连接法兰端1的连接法兰端旋钮5，使得连接法兰端旋钮5位于合适的位置（弹簧顶珠8对准“松”限位），拆离法兰14周向分布的四个周向凹槽16穿过连接法兰端旋钮5内部的四个径向凸台11。
（2）当拆离法兰14不与机器人末端执行器械夹持装置15或手术工具末端连接的端面接触至连接法兰端1的连接法兰4不与机器人法兰3连接的那面时，反向转动连接法兰端旋钮5，此时旋钮内部的四个径向凸台11将向拆离法兰14周向分布的四个滑槽17移动，在旋钮内部螺纹的作用下，旋钮内部的四个径向凸台11压紧在拆离法兰14周向分布的四个滑槽17上。
（3）同时，由于安装在连接法兰4上的销钉7，穿入拆离法兰14端面的带圆角矩形凹槽21内，故而拆离法兰14所有运动轴均被限制，进而使得机器人末端执行器械夹持装置15或手术工具（手术工具和夹具一体化的情况）被稳固的连接在机器人法兰上。
（4）拆离法兰端2脱离机器人端时，仅需转动连接法兰端1的连接法兰端旋钮5，即可将拆离法兰端2拆卸下来。
本发明通过精准定位和限位旋钮结合，能够实现快速拆装机器人末端的手术执行器械夹持装置或手术工具（手术工具和夹具一体化的情况），从而提高了手术机器人在手术室的适应性和可接受性；本发明通过设置弹簧顶珠凹槽定位，可以快速定位锁紧与松开状态提高拆装效率；本发明通过设置弹簧顶珠运用，可以有效防止旋钮螺纹自松而引起的脱落，增加连接的可靠性；本发明通过设置双重定位（a.连接法兰端上的旋钮内部的四个径向凸台与拆离法兰端上周向分布的四个凹槽匹配来实现第一定位点，b.拆离法兰端中心面设置的圆凹槽，此圆凹槽与连接法兰一端中心的圆柱匹配，同时在此连接面外侧有带圆角矩形凹槽，此矩形凹槽与连接法兰端的销钉匹配，此两个点共同形成第二定位点），使快换过程更为精确，不易出现误差。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，包括锁紧组件，所述锁紧组件包括连接法兰端和拆离法兰端，所述连接法兰端包括机器人法兰、连接法兰与连接法兰端旋钮，其中，所述连接法兰通过连接螺钉固定于所述机器人法兰上，所述连接法兰端旋钮的内壁开设螺纹，所述连接法兰外壁开设螺纹，所述连接法兰端旋钮内壁的螺纹与所述连接法兰外壁的螺纹相互匹配实现螺栓连接；
所述连接法兰上部开设有一个销钉插口、四个连接螺钉插口，并配置一个销钉和四个连接螺钉，所述连接法兰上部的中间设有一圆柱；
所述连接法兰端旋钮侧面正对的开设有两个弹簧顶珠螺纹孔并各自配置一个弹簧顶珠，所述弹簧顶珠外周设有螺纹与所述弹簧顶珠螺纹孔匹配，所述连接法兰端旋钮设有四个径向凸台；
所述拆离法兰端包括拆离法兰和机器人末端执行器械夹持装置，所述拆离法兰通过四个拆离螺钉固定在所述机器人末端执行器械夹持装置上，所述拆离法兰端通过凸块防止相互转动；
所述拆离法兰上部开设有四个拆离螺钉插口，中间设一个扁平圆环凸台，侧面周向上设有四个周向凹槽，所述周向凹槽还各自连接有一个滑槽。
2.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，所述连接法兰侧面的螺纹部分对称开设有两个横槽，每个横槽两端均又设置有供弹簧顶珠落入的凹槽。
3.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，所述径向凸台环绕分布，所述周向凹槽与所述径向凸台位置及大小匹配。
4.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，连接法兰端旋钮外周间隔设置有防滑凹槽，所述防滑凹槽均匀分布。
5.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，所述机器人末端执行器械夹持装置设有把手。
6.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，所述扁平圆环凸台与所述连接法兰上部的圆柱匹配插入啮合。
7.根据权利要求1所述的用于外科辅助手术机器人的快速接口，其特征在于，所述拆离法兰上还开设有一个带圆角矩形凹槽，所述带圆角矩形凹槽与所述连接法兰的销钉匹配。
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