CN113384351B - 一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医用手术机器人技术领域，尤其涉及一种适用于外科手术定位臂的新型多自由度摩擦锁紧机构，包括关节1锁紧装置、锁紧块、锁紧轴、摩擦垫、关节2锁紧装置、关节1箱体、关节2箱体。所述的关节1锁紧装置通过旋转运动使摩擦垫向上移动对关节1箱体施加摩擦力组成关节1锁紧机构，该机构可实现关节轴1的锁紧及锁紧块向下移动；所述的关节2锁紧装置，通过锁紧轴向右移动对关节2锁紧装置施加的摩擦力锁紧关节轴2组成关节2锁紧机构，关节1锁紧机构与关节1箱体、关节2锁紧机构与关节2箱体通过螺纹固定连接。本机构结构紧凑，可以根据本发明使用要求多自由度锁定，不仅可以使定位臂的所有关节同时锁定，体积小制造成本低，操作简便。

Description

一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构
技术领域
本发明涉及医用手术机器人技术领域，具体是一种外科手术机器人手术臂定位锁紧机构.
背景技术
机器人系统在微创手术(MIS)中具有精确操作、人体工程学控制和灵巧性等方面的显著优势。为了提高外科手术精度，许多用于微创手术机器人系统的机器人系统已经被开发出来，在MIS中,大多数机器人系统都有一个远程的运动中心(RCM)，与之相关的手术器械在侵入点周围进行一个支点运动。手术助手放置MIS机器人，使MIS机器人的RCM与手术机器人系统安装过程中病人身体上的侵入点相匹配。如果RCM在手术环境中由于外部湍流而移动，手术器械可能会穿孔器官，导致重大的手术事故因此，需要设计带有锁紧机构的定位臂，将RCM固定在正确的位置,以确保患者的安全，此外，在术前和术中，RCM复位时，经常发生锁定与解锁之间的转换。
然而，对于一种能够对手术机器人手臂的初始位置进行牢固并定位的定位臂还没有得到深入的研究。由于定位臂是用于定位手术机器人的装置，因此它应配备一个抗外力的坚固锁紧机构。此外，由于手术机器人在手术前和手术过程中经常发生重新定位，故定位臂需要一个同时锁定和解锁多自由度(MDoF)的机构来减少设置时间。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，本发明设计了一种适用于MIS定位臂的多自由度锁紧机构，有效解决了现有微创手术中手术机器人手臂的同时锁定、可多自由度、定位精确的问题。
本发明通过以下技术方案实现：包括：关节1锁紧装置、锁紧块、锁紧轴、摩擦垫、关节2锁紧装置，关节1锁紧装置通过旋转运动与摩擦垫的移动组成关节1锁紧机构；锁紧轴与关节2锁紧装置通过摩擦组成关节2锁紧机构，关节1锁紧机构与关节1箱体6、关节2锁紧机构与关节2箱体7通过螺纹固定连接。
所述关节1锁紧装置包括：手柄、旋转轴、弹簧、旋转轴轴套、摩擦垫、衬套、轴承、轴承，手柄和旋转轴通过螺纹固定连接，锁紧块与旋转轴同心配合，弹簧与旋转轴同心配合且放置于锁紧块下，衬套与摩擦垫上的圆柱同心配合，关节轴1与轴承、轴承过盈配合、关节轴1端盖与关节轴1通过螺纹固定连接、衬套与关节1箱体6过盈配合。
所述的关节2锁紧装置，所述关节2锁紧装置包括关节轴、轴承，关节轴与轴承过盈配合连接。
所述锁紧轴，所述锁紧轴左端面与锁紧块做相同坡度处理，锁紧轴轴线与锁紧块轴线垂直，锁紧轴右端面向内侧铣削半圆槽通过固定板和套筒固定，左右连接锁紧块与关节轴2，固定板与外壳通过螺纹固定连接。
所述的关节1锁紧机构中轴承与关节1箱体6过盈配合连接，采用调心球轴承。
所述的关节2锁紧机构中轴承采用深沟球轴承。
本发明的一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构具有以下有益效果:本发明可用于现有微创手术中手术机器人的定位手臂内部，用于精确运动关节的机械部件，是一种可手动调节的简易装置，为微创手术机器人手术臂提供精准定位；本发明可以根据使用要求多自由度锁定，并且可以使定位臂的所有关节同时锁定，减少操作时间；本发明结构紧凑，操作简便。
附图说明
图1是本发明一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构的内部结构图
图2是锁紧块结构图
图3是锁紧轴结构图
图4是本发明一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构的总体结构图
具体实施方式
下面结合附图1至附图4对本发明的具体实施例做详细说明。
本实例包括：关节1锁紧装置、锁紧块3、锁紧轴4、摩擦垫5、关节2锁紧装置，其特征在于，关节1锁紧装置通过旋转运动与锁紧块组成关节1锁紧机构；锁紧轴与关节2锁紧装置通过摩擦组成关节2锁紧机构，关节1锁紧机构与关节1箱体6、关节2锁紧机构与关节2箱体7通过螺纹固定连接。
关节1锁紧装置包括：手柄101、旋转轴102、弹簧103、旋转轴轴套104、摩擦垫105、衬套106、轴承107、轴承108，手柄101和旋转轴102通过螺纹固定连接，锁紧块3与旋转轴102同心配合，弹簧103与旋转轴102同心配合且放置于锁紧块3下，衬套106与摩擦垫5上的圆柱同心配合，关节轴1与轴承107、轴承108过盈配合、关节轴1端盖与关节轴1通过螺纹固定连接、衬套106与关节1箱体6过盈配合，通过摩擦点与端盖接触，通过摩擦锁紧关节轴1。
关节2锁紧装置包括：关节轴201、轴承202、轴承203，其特征在于，关节轴201与轴承202、轴承203过盈配合连接。
锁紧轴4左端面与锁紧块3做相同坡度处理，锁紧轴轴线与锁紧块轴线垂直，锁紧轴右端面向内侧铣削半圆槽通过固定板和套筒固定，左右连接锁紧块与关节轴2，固定板与外壳通过螺纹固定连接。
轴承部分：轴承107、轴承108由于旋转轴在完成关节轴1的锁紧后还会进行轴向运动，故采用向心角接触球轴承，且与关节轴1过盈配合连接。轴承202、轴承203只做旋转运动，没有轴向力，采用深沟球轴承，同样与关节轴2过盈配合连接。
下面说明一种外科手术定位臂的摩擦锁紧机构的动作实施过程。
当组成关节1锁紧机构时：旋转手柄，带动旋转轴转动，旋转轴与摩擦垫通过螺纹连接，使摩擦垫在衬套的约束下向上运动，摩擦垫对关节1箱体6施加摩擦力完成锁紧。
关节1箱体6锁紧后，继续旋转手柄，此时旋转轴向下运动，旋转轴压动锁紧块向下运动，锁紧块的中心线和锁紧轴的轴线垂直，锁紧块与锁紧轴接触处做相同的坡度处理，锁紧块向下移动推动锁紧轴向右移动。
锁紧轴的右端面向内做内圆槽，锁紧轴向右移动，通过摩擦完成对关节轴2的锁紧，从而锁紧关节2箱体7。
锁紧块与锁紧轴的坡度大小与锁紧轴抵住关节轴2的锁紧力矩经计算存在函数关系，通过确定坡度大小，保证锁紧力矩大小，从而确定两个旋转关节的锁定。

Claims (1)

1.一种适用于外科手术定位臂的多自由度摩擦锁紧机构，其特征在于：包括关节1锁紧装置、锁紧块(3)、锁紧轴(4)、摩擦垫(5)、关节2锁紧装置，关节1锁紧装置通过旋转运动与摩擦垫的移动组成关节1锁紧机构；锁紧块(3)与旋转轴(102)同心配合；锁紧轴(4)与关节2锁紧装置通过摩擦组成关节2锁紧机构，关节1锁紧机构与关节2锁紧机构通过锁紧轴4对关节轴(201)的摩擦以及对锁紧块(3)的摩擦相互制约，同时锁紧；关节1锁紧机构与关节1箱体(6)、关节2锁紧机构与关节2箱体(7)通过螺纹固定连接；所述关节1锁紧装置包括：手柄(101)、旋转轴(102)、弹簧(103)、旋转轴轴套(104)、摩擦垫(5)、衬套(106)、轴承(107)、轴承(108)，其特征在于，手柄(101)和旋转轴(102)通过螺纹固定连接，锁紧块(3)与旋转轴(102)同心配合，弹簧(103)与旋转轴(102)同心配合且放置于锁紧块(3)下，衬套(106)与摩擦垫(5)上的圆柱同心配合，关节轴(1)与轴承(107)、轴承(108)过盈配合、关节轴1端盖(105)与关节轴1通过螺纹固定连接、衬套106与关节1箱体(6)过盈配合；所述关节2锁紧装置包括关节轴(201)、轴承(202)、轴承(203)，其特征在于，关节轴(1)与轴承(202)、轴承(203)过盈配合连接；所述锁紧轴(4)左端面与锁紧块(3)做相同坡度处理，锁紧轴轴线与锁紧块轴线垂直，锁紧轴右端面向内侧铣削半圆槽通过固定板(205)和套筒(204)固定，左右连接锁紧块(3)与关节轴(2)，固定板(205)与外壳(206)通过螺纹固定连接；所述摩擦垫(5)，其特征在于与旋转轴(102)螺纹连接，摩擦垫(5)的凸台与衬套同心配合；所述的轴承(107)、轴承(108)，其特征在于，所述轴承(107)、(108)与关节1箱体过盈配合连接，采用调心球轴承；所述的轴承(202)、轴承(203)，其特征在于，所述轴承(202)、(203)与关节2箱体过盈配合连接采用深沟球轴承。
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