CN113842219A - 一种关节调整制动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种关节调整制动机构，包括转动设置在关节上的制动钢丝导轮，所述制动钢丝导轮上连接有制动钢丝，所述制动钢丝从所述制动钢丝导轮的两侧引出后与旋转设置的循环导轮连接，所述制动钢丝导轮与所述循环导轮之间设置有钢丝制动组件，至少一段所述制动钢丝穿过所述钢丝制动组件，通过所述钢丝制动组件锁紧或解锁所述制动钢丝。本发明通过解锁钢丝的控制使得穿过钢丝制动组件的制动钢丝能切换锁紧与解锁状态，满足了术前初调关节自由度时的一键解锁以及调整完成后的刹车制动需求，提升了关节解锁的便捷性及刹车制动的可靠性。

Description

一种关节调整制动机构

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，特别涉及一种关节调整制动机构。

背景技术

微创外科手术一般也称为介入式手术，它是通过在体表切开数个细小的切口(或依靠人体天然官腔)，借助于视觉显示系统的图像引导，将手术器械通过体表切口伸入体内进行治疗或诊断而完成的手术。微创手术技术使得大部分的外科手术告别了开放式的手术模式，将机器人技术应用于医疗外科手术已经变得越来越流行，机器人在操作稳定性、快捷性和精确性方面具有显著的优势，将机器人技术融入外科手术中，可以改进医生的手术环境，缩短患者的恢复时间。

微创外科手术的机器人具有多个实现不同自由度动作的关节，其中部分自由度为初调自由度，部分为术中调整自由度。术中自由度通过主手控制，初调自由度需要在手术前进行调整，调整完之后需要将初调自由度锁紧制动，保证在术中的时候不动。由于此类机器人通过钢丝传动控制，因此需要由专用的调整制动机构来保证初调自由度关节解锁的便捷性以及刹车的可靠性，满足术前初调的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于微创外科手术机器人的关节调整制动机构，以满足关节初调自由度的解锁便捷性及刹车可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种关节调整制动机构，包括转动设置在关节上的制动钢丝导轮，所述制动钢丝导轮上连接有制动钢丝，所述制动钢丝从所述制动钢丝导轮的两侧引出后与旋转设置的循环导轮连接，所述制动钢丝导轮与所述循环导轮之间设置有钢丝制动组件，至少一段所述制动钢丝穿过所述钢丝制动组件，通过所述钢丝制动组件锁紧或解锁所述制动钢丝。

进一步地，所述钢丝制动组件包括制动基座，所述制动基座上连接有一个或多个钢丝制动器，所述制动钢丝从对应的所述钢丝制动器穿过，所述制动基座上活动连接有解锁压板，所述解锁压板切换所述钢丝制动器的锁紧或解锁状态。

进一步地，所述制动基座内形成有第一通孔，所述第一通孔内活动连接有解锁钢丝和解锁拉杆，所述解锁钢丝的第一端与所述解锁压板固定连接，所述解锁拉杆的第一端与所述解锁压板固定连接，第二端与所述制动基座通过预紧弹簧连接，所述预紧弹簧保持压缩状态。

进一步地，所述解锁拉杆内形成有第二通孔，所述解锁钢丝的第一端从所述解锁拉杆的第二通孔穿过。

进一步地，所述解锁钢丝的第二端与解锁控制器连接，同时所述解锁钢丝的第二端套设有弹簧管，所述弹簧管的末端与所述制动基座的第一通孔连通。

进一步地，所述循环导轮转动设置在预紧调节板上，通过所述预紧调节板的位置变化调节所述制动钢丝的预张力。

进一步地，所述制动钢丝导轮的一侧设置有导轮支架，所述导轮支架上转动连接有两个相对分布的过渡导轮，从所述制动钢丝导轮引出的两段所述制动钢丝分别绕过两个所述过渡导轮后与所述循环导轮连接。

进一步地，所述钢丝制动器包括与所述制动基座固定的制动器外壳、以及与所述解锁压板固定的解锁推杆，所述制动器外壳与所述解锁推杆分别形成有制动钢丝穿过的第三通孔和第四通孔，所述解锁推杆的第一端活动设置在所述第三通孔内，同时所述解锁推杆的第一端与所述制动器外壳通过锁紧弹簧连接，所述锁紧弹簧保持压缩状态，所述解锁推杆的侧壁形成有贯穿的锁孔，所述锁孔内活动设置有钢珠，所述钢珠的外部与所述第三通孔的孔壁滚动接触，所述钢珠的内部与第四通孔内的所述制动钢丝接触，所述第三通孔包括孔径不变的圆柱面以及孔径逐渐缩小的圆锥面，通过所述圆锥面驱动所述钢珠锁紧所述制动钢丝。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的关节调整制动机构，通过制动钢丝导轮与循环导轮之间的钢丝制动组件，由解锁钢丝的控制使得穿过钢丝制动组件的制动钢丝能切换锁紧与解锁状态，满足了术前初调关节自由度时的一键解锁以及调整完成后的刹车制动需求；

本发明中钢丝制动器通过解锁推杆上的钢珠与制动器外壳上的通孔结构配合，完成对制动钢丝的锁紧制动或解锁，由制动基座的解锁压板以及解锁钢丝驱动，提升了关节解锁的便捷性及刹车制动的可靠性；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的制动基座内部结构剖视图；

图3为本发明的钢丝制动器内部结构剖视图。

【附图标记说明】

1-制动钢丝导轮；2-制动钢丝；3-循环导轮；4-制动基座；5-钢丝制动器；6-解锁压板；7-解锁钢丝；8-解锁拉杆；9-预警弹簧；10-弹簧管；11-预紧调节板；12-导轮支架；13-过渡导轮；14-制动器外壳；15-解锁推杆；16-锁紧弹簧；17-锁孔；18-钢珠；19-圆柱面；20-圆锥面。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例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。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种关节调整制动机构，包括转动设置在关节上的制动钢丝导轮1。其中，制动钢丝导轮1作为关节旋转自由度的执行部件，使制动钢丝导轮1所在的机械臂具有相对于前一机械臂的旋转自由度。制动钢丝导轮1上连接有制动钢丝2，制动钢丝2通过缠绕以及端部固定的方式与制动钢丝导轮1连接。制动钢丝2从制动钢丝导轮1的两侧引出后与旋转设置的循环导轮3连接，因此当制动钢丝导轮1转动时，其中一段制动钢丝2相对于制动钢丝导轮1逐渐伸长，另一端制动钢丝2相对于制动钢丝导轮1逐渐缩短收回。制动钢丝导轮1与循环导轮3之间设置有钢丝制动组件，至少一段制动钢丝2穿过钢丝制动组件，由钢丝制动组件锁紧或解锁制动钢丝2，以对制动钢丝导轮1刹车制动或松开，使对应的关节制动或松开。作为优选，本实施例中引出的两段制动钢丝2均穿过钢丝制动组件，确保制动的可靠。

同时如图2所示，钢丝制动组件1包括制动基座4，制动基座4上连接有与两段制动钢丝2对应的两个钢丝制动器5，制动钢丝2从对应的钢丝制动器5穿过。制动基座4上活动连接有解锁压板6，解锁压板6切换钢丝制动器5的锁紧或解锁状态，对穿过的制动钢丝2锁紧或解锁。

进一步地，制动基座4内形成有第一通孔，第一通孔内活动连接有解锁钢丝7，解锁钢丝7的第一端与解锁压板6固定连接，由解锁钢丝7拉动解锁压板6来驱动解锁压板6的解锁动作。同时，第一通孔内活动连接有解锁拉杆8，解锁拉杆8的第一端与解锁压板6固定连接，第二端与制动基座4通过预紧弹簧9连接。预紧弹簧9保持压缩状态，使解锁拉杆8持续向解锁压板6施加顶出力，确保解锁压板6处于远离制动基座4的位置，保证钢丝制动器5处于锁紧制动状态。其中，预紧弹簧9能在安装前调整预紧力，使解锁钢丝7的解锁力以及解锁压板6的锁紧制动力均相对合适。另外，解锁拉杆8内形成有第二通孔，解锁钢丝7是穿过第二通孔设置的，其自身的解锁驱动过程不会直接对解锁拉杆8造成干涉。

作为进一步改进，本实施例中解锁钢丝7的第二端与解锁控制器连接，解锁控制器采用一键控制的方式带动解锁钢丝7拉伸解锁，提升操作的便捷性。另外，解锁钢丝7的第二端还套设有弹簧管10，弹簧管10的末端与制动基座4的第一通孔连通，通过弹簧管10的设置，使制动基座4与解锁控制器之间的解锁钢丝7行程确定，不会由于解锁钢丝7的弯曲变形等发生改变，确保解锁钢丝7在解锁滑动过程中位于弹簧管10内部的长度不会变化，当解锁控制器带动解锁钢丝7的第二端移动一段距离时，解锁钢丝7的第一端也移动相同距离，确保解锁控制的准确性。

作为进一步改进，循环导轮3转动设置在预紧调节板11上，通过预紧调节板11的安装位置变化来调节制动钢丝2的预张力，确保制动钢丝导轮1的刹车制动效果。

作为进一步改进，制动钢丝导轮1的一侧设置有导轮支架12，导轮支架12上转动连接有两个相对分布的过渡导轮13，从制动钢丝导轮1引出的两段制动钢丝2分别绕过两个过渡导轮13后与循环导轮3连接，使制动钢丝2完成90度的弯折，满足制动钢丝导轮1与循环导轮3的转轴相互垂直时制动钢丝2的布置。

同时如图3所示，本实施例中钢丝制动器5包括固定在制动基座4的安装孔上的制动器外壳14，以及第二端与解锁压板6固定的解锁推杆15。制动器外壳14与解锁推杆15分别形成有制动钢丝2穿过的第三通孔和第四通孔，解锁推杆15的第一端活动设置在第三通孔内，同时解锁推杆15的第一端与制动器外壳14通过锁紧弹簧16连接。解锁推杆15的侧壁形成有贯穿的锁孔17，锁孔17内设置有能自由滚动的钢珠18，钢珠18的外部与第三通孔的孔壁滚动接触，钢珠18的内部与第四通孔内的制动钢丝2接触。相对应地，第三通孔包括孔径不变的圆柱面19以及孔径逐渐缩小的圆锥面20。

其中，锁紧弹簧16是保持压缩状态的，解锁推杆15未被解锁压板6向外拉动时，在锁紧弹簧16的弹性力作用下靠近第三通孔的第二端，钢珠18的外部与圆锥面20滚动接触，在圆锥面20孔径变小的情况下钢珠18向内挤压，将第四通孔内的制动钢丝2压紧，使制动钢丝2无法沿第四通孔或第三通孔自由滑动，形成关节的锁紧状态。而术前需要初调关节自由度时，解锁控制器拉伸解锁钢丝7，由解锁压板6推动解锁推杆15向第三通孔的第一端移动，克服锁紧弹簧16弹力做功，使锁孔17以及钢珠18逐渐位于第三通孔的圆柱面19位置。由于圆柱面19的内径较大，因此钢珠18不再受挤压力，钢珠18内部仍与制动钢丝2滚动接触但不再对制动钢丝2锁紧，完成了制动钢丝2的解锁。当然圆柱面19的内径也不会超过范围，导致钢珠18从锁孔17内完全移出。解锁并初调关节自由度后，一键控制解锁控制器不再对解锁钢丝7拉伸，解锁推杆15在锁紧弹簧16作用下再次向第三通孔的第二端移动，钢珠18将制动钢丝2锁紧而完成制动钢丝导轮1、即整个关节的刹车制动。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种关节调整制动机构，其特征在于，包括转动设置在关节上的制动钢丝导轮，所述制动钢丝导轮上连接有制动钢丝，所述制动钢丝从所述制动钢丝导轮的两侧引出后与旋转设置的循环导轮连接，所述制动钢丝导轮与所述循环导轮之间设置有钢丝制动组件，至少一段所述制动钢丝穿过所述钢丝制动组件，通过所述钢丝制动组件锁紧或解锁所述制动钢丝。

2.根据权利要求1所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述钢丝制动组件包括制动基座，所述制动基座上连接有一个或多个钢丝制动器，所述制动钢丝从对应的所述钢丝制动器穿过，所述制动基座上活动连接有解锁压板，所述解锁压板切换所述钢丝制动器的锁紧或解锁状态。

3.根据权利要求2所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述制动基座内形成有第一通孔，所述第一通孔内活动连接有解锁钢丝和解锁拉杆，所述解锁钢丝的第一端与所述解锁压板固定连接，所述解锁拉杆的第一端与所述解锁压板固定连接，第二端与所述制动基座通过预紧弹簧连接，所述预紧弹簧保持压缩状态。

4.根据权利要求3所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述解锁拉杆内形成有第二通孔，所述解锁钢丝的第一端从所述解锁拉杆的第二通孔穿过。

5.根据权利要求4所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述解锁钢丝的第二端与解锁控制器连接，同时所述解锁钢丝的第二端套设有弹簧管，所述弹簧管的末端与所述制动基座的第一通孔连通。

6.根据权利要求1所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述循环导轮转动设置在预紧调节板上，通过所述预紧调节板的位置变化调节所述制动钢丝的预张力。

7.根据权利要求1所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述制动钢丝导轮的一侧设置有导轮支架，所述导轮支架上转动连接有两个相对分布的过渡导轮，从所述制动钢丝导轮引出的两段所述制动钢丝分别绕过两个所述过渡导轮后与所述循环导轮连接。

8.根据权利要求2所述的一种关节调整制动机构，其特征在于，所述钢丝制动器包括与所述制动基座固定的制动器外壳、以及与所述解锁压板固定的解锁推杆，所述制动器外壳与所述解锁推杆分别形成有制动钢丝穿过的第三通孔和第四通孔，所述解锁推杆的第一端活动设置在所述第三通孔内，同时所述解锁推杆的第一端与所述制动器外壳通过锁紧弹簧连接，所述锁紧弹簧保持压缩状态，所述解锁推杆的侧壁形成有贯穿的锁孔，所述锁孔内活动设置有钢珠，所述钢珠的外部与所述第三通孔的孔壁滚动接触，所述钢珠的内部与第四通孔内的所述制动钢丝接触，所述第三通孔包括孔径不变的圆柱面以及孔径逐渐缩小的圆锥面，通过所述圆锥面驱动所述钢珠锁紧所述制动钢丝。

Images