專利名稱：被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及臨床外科手術(shù)，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)醫(yī)療器械設(shè)備的研究和開發(fā)力度日益增大，手術(shù)機(jī)械臂因其在外科手術(shù)中高穩(wěn)定性與占空間小的特點(diǎn)也越來越受到人們的重視。但至目前為止，對于被動(dòng)式(無電機(jī)驅(qū)動(dòng))定位的機(jī)械臂、尤其對于能夠一鍵鎖死多自由度的機(jī)械臂，能在臨床應(yīng)用的很少，其中一個(gè)重要原因是尚未找到手術(shù)機(jī)械臂合適的關(guān)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)。經(jīng)檢索，中國實(shí)用新型專利“多關(guān)節(jié)機(jī)械臂快速定位鎖緊機(jī)構(gòu)”(申請?zhí)?01020184031.4，公開號(hào)為CN201685265U)可達(dá)到一鍵鎖死7自由度這一功能，該專利技術(shù)“主要由旋緊裝置(I)和多關(guān)節(jié)機(jī)械臂(2)組成，其特征在于:旋緊裝置(I)由旋鈕(11)、上彈簧座(12)、壓緊彈簧(13)、彈簧艙(14)、螺桿(15)和下彈簧座(16)組成，壓緊彈簧(13)套裝置入彈簧艙(14)，并同時(shí)置入上彈簧座(12)和制有螺桿(15)的下彈簧座(16)內(nèi)，旋鈕(11)通過上彈簧座(12)、彈簧艙(14)與下彈簧座(16)上的螺桿(15)螺接；多關(guān)節(jié)機(jī)械臂(2)由結(jié)構(gòu)相似的兩組桿件組成，每組桿件主要由上彈簧座(12)或下彈簧座(16)、與其一體的中空臂(21)、調(diào)節(jié)內(nèi)桿(22)、球頭艙(23)、球頭(24)和球頭套(25)組成，調(diào)節(jié)內(nèi)桿(22)置于中空臂(21)中，球頭(24)置入球頭艙(23)中，球頭套(25)套過球頭(24)和球頭艙(23)與中空臂(21)螺接，使球頭(24)與球頭艙(23)抱緊?！钡鲜龅膶?shí)用新型專利設(shè)計(jì)利用彈簧和鋼珠構(gòu)成聯(lián)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定性尤其是長期使用后的穩(wěn)定性不佳，且因?yàn)閿D壓鋼珠時(shí)接觸應(yīng)力較大，導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)所能承受的負(fù)載較小、使用勞損較大，而且長期使用后還需調(diào)節(jié)內(nèi)桿長度以抵消磨損影響，重新安裝不便。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，能夠一鍵鎖死多關(guān)節(jié)、實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定定位，并且可承受較大負(fù)載，耐用性高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，包括夾持裝置、上臂、鎖緊機(jī)構(gòu)、下臂和固定裝置組成；其中:所述夾持裝置通過螺紋與上球臂相連；所述上臂由上球臂、第一鋼球、上球套、上軸套、上傳動(dòng)軸組成，上球臂通過螺紋與第一鋼球連接，上傳動(dòng)軸末端凹面與第一鋼球接觸，內(nèi)置于上軸套中，另一端與鎖緊機(jī)構(gòu)中的卡爪外端接觸，上球套和上軸套通過螺紋連接并與上球臂、第一鋼球一起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸通過上傳動(dòng)軸傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死；所述鎖緊機(jī)構(gòu)由鎖把、圓柱銷、主傳動(dòng)軸、平面螺紋盤、平鍵、卡爪和六角螺母組成，其中鎖把通過圓柱銷固接到主傳動(dòng)軸上；卡爪與平面螺紋盤通過螺紋連接配合，平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸；六角螺母通過螺紋與主傳動(dòng)軸相連，六角螺母固定于上軸套內(nèi)；卡爪導(dǎo)環(huán)軸向固定于主傳動(dòng)軸，周向通過卡爪導(dǎo)環(huán)上的凸出部分內(nèi)嵌于上軸套固定;所述下臂由下球臂、第二鋼球、下球套、下軸套、下傳動(dòng)軸組成，下球臂通過螺紋與第二鋼球連接，下傳動(dòng)軸末端凹面與第二鋼球接觸，內(nèi)置于下軸套中，另一端與卡爪外端接觸，下球套和下軸套通過螺紋連接并與下球臂、第二鋼球一起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸通過下傳動(dòng)軸傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死。優(yōu)選地，所述鎖緊機(jī)構(gòu)中設(shè)有兩個(gè)平面螺紋盤及六個(gè)卡爪，其中第一、二、三卡爪與第一平面螺紋盤通過螺紋連接配合，第一平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸，第四、五、六卡爪與第二平面螺紋盤通過螺紋連接配合，第二平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸。優(yōu)選地，所述卡爪導(dǎo)環(huán)與第一卡爪、第四卡爪進(jìn)行間隙配合。優(yōu)選地，所述第一平面螺紋盤的平面上有沿阿基米德螺線排布的矩形螺紋。優(yōu)選地，所述上傳動(dòng)軸通過與上軸套內(nèi)部突起間隙配合來得到徑向固定。優(yōu)選地，所述夾持裝置由緊固螺栓和夾持爪組成，緊固螺栓通過螺紋連接到夾持爪上，夾持爪通過螺紋與上球臂相連。優(yōu)選地，所述固定裝置由固定爪和固定螺栓組成，其中固定爪通過螺紋連接與下球臂相連，固定螺栓通過螺紋連接到固定爪上。優(yōu)選地，所述機(jī)械臂處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上傳動(dòng)軸與第一鋼球抱死，下傳動(dòng)軸與第二鋼球抱死。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果:1.本實(shí)用新型調(diào)節(jié)好機(jī)械臂角度后，只需旋轉(zhuǎn)一個(gè)把手就可一鍵鎖死機(jī)械臂全部共7個(gè)自由度。2.本實(shí)用新型由于使用了螺紋傳動(dòng)，機(jī)械臂自鎖性能好、穩(wěn)定性佳，可承受較大負(fù)載，并且在鎖緊時(shí)所需擰緊力較小。螺紋結(jié)構(gòu)工作時(shí)多圈螺紋分擔(dān)壓力，表面壓應(yīng)力小，使得零件工作時(shí)損耗小，長期使用后仍能保證安全、穩(wěn)定，零件使用壽命長。

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的外觀圖；圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的分解示意圖；圖3為鎖緊機(jī)構(gòu)的部份關(guān)鍵零件的側(cè)視圖。圖中:緊固螺栓1、夾持爪2、上球臂3、第一鋼球4、上球套5、上軸套6、上傳動(dòng)軸7、鎖把8、圓柱銷9、主傳動(dòng)軸10、第一平面螺紋盤11、平鍵12、第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15、第四卡爪17、第五卡爪18、第六卡爪19、第二平面螺紋盤20、六角螺母21、下軸套22、下傳動(dòng)軸23、下球套24、第二鋼球25、下球臂26、固定爪27、固定螺栓28。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。如圖1、2、3所示，本實(shí)施例提供一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，包括由夾持裝置、上臂、鎖緊機(jī)構(gòu)、下臂和固定裝置組成。如圖1、2所示，所述夾持裝置由緊固螺栓I和夾持爪2組成。緊固螺栓I通過螺紋連接到夾持爪2上，夾持爪2通過螺紋連接與上球臂3相連。該夾持裝置的目的在于夾持手術(shù)所需器材，夾持爪2的弧面凹槽用來方便夾持針筒等圓形器材。如圖2所示,所述上臂由上球臂3、第一鋼球4、上球套5、上軸套6和上傳動(dòng)軸7組成，其中上球臂3通過螺紋與第一鋼球4連接，上球套5和上軸套6通過螺紋連接并與上球臂3、第一鋼球4 一起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸可以通過上傳動(dòng)軸7傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死。上傳動(dòng)軸7 —端與第一鋼球4接觸，另一端穿過上球套5與鎖緊機(jī)構(gòu)中的卡爪外端相接觸。上傳動(dòng)軸7通過與上軸套5內(nèi)部突起間隙配合來得到徑向固定。當(dāng)鎖緊機(jī)構(gòu)中的第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15向外擴(kuò)張時(shí)，產(chǎn)生的徑向力推動(dòng)上傳動(dòng)軸7壓緊第一鋼球4，使得上臂球鉸摩擦鎖死。如圖2、3所示，所述鎖緊機(jī)構(gòu)由鎖把8、圓柱銷9、主傳動(dòng)軸10、第一平面螺紋盤
11、平鍵12、第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15、卡爪導(dǎo)環(huán)16 (圖中未標(biāo)出)、第四卡爪17、第五卡爪18、第六卡爪19、第二平面螺紋盤20和六角螺母21組成，其中鎖把8通過圓柱銷9固接到主傳動(dòng)軸10上；第一平面螺紋盤11通過平鍵12連接到主傳動(dòng)軸10上；第一平面螺紋盤11的平面上有沿阿基米德螺線排布的矩形螺紋；第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15與第一平面螺紋盤11通過該螺紋配合，構(gòu)成一個(gè)類似三角卡盤的結(jié)構(gòu)，通過第一平面螺紋盤11的旋轉(zhuǎn)可使第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15向外擴(kuò)張，從而產(chǎn)生徑向力并最終推動(dòng)上傳動(dòng)軸7對上球鉸進(jìn)行鎖死，由于采用螺紋傳動(dòng)，系統(tǒng)帶有優(yōu)秀的自鎖功能穩(wěn)定性佳，并且使用時(shí)比較省力；卡爪導(dǎo)環(huán)16軸向固定于主傳動(dòng)軸10，周向通過卡爪導(dǎo)環(huán)16上的凸出部分內(nèi)嵌于上軸套6固定；卡爪導(dǎo)環(huán)16通過溝槽與第一卡爪13、第四卡爪17進(jìn)行間隙配合，目的在于限制卡爪只能進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)、防止卡爪隨平面螺紋盤進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；第四卡爪17、第五卡爪18、第六卡爪19和第二平面螺紋盤20也是類似組成方式；六角螺母21通過螺紋與主傳動(dòng)軸10相連，六角螺母21固定于上軸套6內(nèi)，當(dāng)主傳動(dòng)軸10旋轉(zhuǎn)時(shí)，六角螺母21和鎖把8產(chǎn)生軸向力壓緊上軸套6和下軸套22，形成摩擦鎖死。如圖1、2所示，所述下臂由下軸套22、下傳動(dòng)軸23、下球套24、第二鋼球25和下球臂26組成，下臂的構(gòu)成方式與上臂基本一致。其中下球臂26通過螺紋與第二鋼球25連接，下球套24和下軸套22通過螺紋連接并與下球臂26、第二鋼球25 —起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸可以通過下傳動(dòng)軸23傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死。下傳動(dòng)軸23 —端與第二鋼球25接觸，另一端穿過下球套24與鎖緊機(jī)構(gòu)中的卡爪外端相接觸。當(dāng)鎖緊機(jī)構(gòu)中的第四卡爪17、第五卡爪18、第六卡爪19向外擴(kuò)張時(shí)，產(chǎn)生的徑向力推動(dòng)下傳動(dòng)軸23壓緊第二鋼球25，使得下臂球鉸摩擦鎖死。如圖1、2所示，所述固定裝置由固定爪27和固定螺栓28組成，其中固定爪27通過螺紋連接與下球臂26相連，固定螺栓28通過螺紋連接到固定爪27上。該固定裝置的目的在于將機(jī)械臂固定在手術(shù)臺(tái)的支架或?qū)к壣稀0033]使用時(shí)，調(diào)節(jié)好機(jī)械臂角度后，進(jìn)行鎖死。鎖死時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鎖把8，鎖把8通過圓柱銷9對主傳動(dòng)軸10施加扭矩、擰緊主傳動(dòng)軸10末端的螺紋，使得鎖把8的底部和六角螺母21分別擠壓上軸套6和下軸套22，最終使得上、下軸套6、22接觸處互相擠壓，形成摩擦力矩，造成轉(zhuǎn)動(dòng)鉸的鎖死；與此同時(shí)，主傳動(dòng)軸10通過軸上的平鍵12帶動(dòng)第一平面螺紋盤11和第二平面螺紋盤20旋轉(zhuǎn)，平面螺紋盤通過矩形傳動(dòng)螺紋的作用使得第一卡爪13、第二卡爪14、第三卡爪15和第四卡爪17、第五卡爪18、第六卡爪19在卡爪導(dǎo)環(huán)16的導(dǎo)向下向外擴(kuò)張、推動(dòng)上傳動(dòng)軸7和下傳動(dòng)軸23，最后把第一鋼球4和第二鋼球25分別壓緊在上球套5和下球套24上，形成摩擦力矩，造成兩個(gè)球鉸的鎖死，最終達(dá)成一鍵鎖死七自由度的目的，使得機(jī)械臂穩(wěn)定地固定在指定角度。以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，包括夾持裝置、上臂、鎖緊機(jī)構(gòu)、下臂和固定裝置組成，其特征在于:所述夾持裝置通過螺紋與上球臂相連； 所述上臂由上球臂、第一鋼球、上球套、上軸套、上傳動(dòng)軸組成，上球臂通過螺紋與第一鋼球連接，上傳動(dòng)軸末端凹面與第一鋼球接觸，內(nèi)置于上軸套中，另一端與鎖緊機(jī)構(gòu)中的卡爪外端接觸，上球套和上軸套通過螺紋連接并與上球臂、第一鋼球一起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸通過上傳動(dòng)軸傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死； 所述鎖緊機(jī)構(gòu)由鎖把、圓柱銷、主傳動(dòng)軸、平面螺紋盤、平鍵、卡爪和六角螺母組成，其中鎖把通過圓柱銷固接到主傳動(dòng)軸上；卡爪與平面螺紋盤通過螺紋連接配合，平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸；六角螺母通過螺紋與主傳動(dòng)軸相連，六角螺母固定于上軸套內(nèi)；卡爪導(dǎo)環(huán)軸向固定于主傳動(dòng)軸，周向通過卡爪導(dǎo)環(huán)上的凸出部分內(nèi)嵌于上軸套固定； 所述下臂由下球臂、第二鋼球、下球套、下軸套、下傳動(dòng)軸組成，下球臂通過螺紋與第二鋼球連接，下傳動(dòng)軸末端凹面與第二鋼球接觸，內(nèi)置于下軸套中，另一端與卡爪外端接觸，下球套和下軸套通過螺紋連接并與下球臂、第二鋼球一起構(gòu)成了一個(gè)球鉸，該球鉸通過下傳動(dòng)軸傳遞的軸向力進(jìn)行摩擦鎖死。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述鎖緊機(jī)構(gòu)中設(shè)有兩個(gè)平面螺紋盤及六個(gè)卡爪，其中第一、二、三卡爪與第一平面螺紋盤通過螺紋連接配合，第一平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸，第四、五、六卡爪與第二平面螺紋盤通過螺紋連接配合，第二平面螺紋盤通過鍵連接固定于主傳動(dòng)軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述卡爪導(dǎo)環(huán)與第一卡爪、第四卡爪進(jìn)行間隙配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述第一平面螺紋盤的平面上有沿阿基米德螺線排布的矩形螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述上傳動(dòng)軸通過與上軸套內(nèi)部突起間隙配合來得到徑向固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述夾持裝置由緊固螺栓和夾持爪組成，緊固螺栓通過螺紋連接到夾持爪上，夾持爪通過螺紋與上球臂相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述固定裝置由固定爪和固定螺栓組成，其中固定爪通過螺紋連接與下球臂相連，固定螺栓通過螺紋連接到固定爪上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，其特征在于:所述機(jī)械臂處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上傳動(dòng)軸與第一鋼球抱死，下傳動(dòng)軸與第二鋼球抱死。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種被動(dòng)式一鍵鎖死七自由度機(jī)械臂，包括夾持裝置、上下臂、鎖緊機(jī)構(gòu)和固定裝置組成，所述鎖緊機(jī)構(gòu)由鎖把、圓柱銷、主傳動(dòng)軸、第一平面螺紋盤、平鍵、第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪、卡爪導(dǎo)環(huán)、第四卡爪、第五卡爪、第六卡爪、第二平面螺紋盤和六角螺母組成，其中第一、二、三卡爪和第一平面螺紋盤設(shè)置在主傳動(dòng)軸上，所述卡爪導(dǎo)環(huán)的溝槽與第一卡爪、第四卡爪的凸臺(tái)進(jìn)行配合，對卡爪進(jìn)行徑向?qū)??？ㄗ?dǎo)環(huán)軸向固定于主傳動(dòng)軸，周向通過卡爪導(dǎo)環(huán)上的凸出部分內(nèi)嵌于上軸套固定；卡爪導(dǎo)環(huán)與第一卡爪、第四卡爪進(jìn)行間隙配合。本實(shí)用新型通過旋緊鎖把實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂迅速定位，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性與耐用性高。
文檔編號(hào)A61B19/00GK202943645SQ20122052542
公開日2013年5月22日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者廉劭楠, 黃鴻, 錢毅吉, 高雪官 申請人:上海交通大學(xué)