专利名称：基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人的关节锁紧结构，具体讲是涉及一种基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，属于机器人技术领域。
背景技术：
近年来，国内医疗器械装备的研究和开发力度越来越大，但能在临床上应用的机器人很少，主要原因是手术机器人的关节锁紧结构绝大部分存在以下几个方面存在问题首先一种结构是摩擦片锁紧，这种结构靠弹簧在关节外圈拉紧摩擦片实现锁紧功能，但弹簧容易变形和损坏，摩擦片在关节轴之间长期摩擦，导致摩擦系数越来越小，锁紧能力下降；同时，这种结构的关节体积大，导致机器人外形尺寸大，限制了关节转动范围，影响了机器人的灵活性。另一种是电磁制动，即在关节上安装电磁制动器，该结构不但增加了系统成本，也增大了维护难度；同时，因电磁制动器的安装导致了关节结构复杂，使机器人外形尺寸和重量较大，并且因结构复杂造成成本较高，不适合普通医院使用；另外，此类关节锁紧结构的锁紧力矩低，锁紧能力差，很难满足微创外科手术的要求；同时，由于上述结构的机器人体积和重量大，对于要求有双臂协调控制的微创外科手术场合不适用。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，解决了现有医疗机器人关节锁紧能力差、尺寸和重量大、适应性或通用性差、结构复杂等问题。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的
一种基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，主要包括关节轴2、前臂3、平
面摩擦组件和后臂5，其特征在于关节轴2嵌入前臂3中，其轴线与前臂3的轴线垂直，在关节轴2上开有多个不同规格的环形槽，在环形槽中装有密封件；为了使关节成为一个整体，并能实现锁紧功能，关节轴2的另一端与后臂5通过螺纹固定连接，在关节轴2和前臂3上设有相通的油路孔，在油路孔右侧的关节轴2和前臂3之间设有承压活塞19，在承压活塞19与关节轴2、前臂3之间设有密封件；所述的平面摩擦组件包括摩擦片、摩擦轮和承压端盖,在承压活塞19的右侧依次设有摩擦片、摩擦轮和摩擦片，两个摩擦片固定安装在关节轴2上，将固定安装在前臂3上的摩擦轮21夹在中间；在前臂3和后臂5之间装有承压端盖23，承压端盖23固定安装在前臂3上。
前述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在于在所述的承压端盖23和后臂5之间设有减磨垫24。
前述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在于还包括编码器组件1，所述的编码器组件1固定安装在前臂3上，用于检测机器人关节在转动过程中的实际转动角度。编码器轴通过连轴器与关节轴2相连接。
前述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在于所述的编码器组件1包括编码器6、编码器座7、连轴器，所述的编码器6与编码器座7通过螺钉固定，编码器座7通过螺钉与前臂3固定连接，编码器轴通过连轴器与关节轴2连接，并同时转动。则在关节转动过程中，能够实现对关节运行角度的检测。
前述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在于在所述的关节轴2靠近编码器6的一侧对称地设有两个便于维护和拆卸的拆卸孔。
前述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在于所述的密封件为非金属密封件。
本实用新型的有益效果是釆用本实用新型的微创外科机器人关节锁紧机构，单关节锁紧力矩可达到20Nm，锁紧性能强；体积小，结构简单而紧凑；操作和维护方便，使用寿命长，定位精度高；编码器实时检测关节运动角度，可以用于所有需要进行机器人运动学反解，获得机器人末端操作器矢量位置和姿态的穿刺定位手术的机器人上；另外，关节上可以不带编码器，此时具有这种关节的机器人可以用于末端操作器固定和位姿调整的外科手术场合。所以，该实用新型的微创外科机器人关节锁紧机构具有非常广阔的应用前景。可适用于神经外科、胸腹外科、骨外科等微创手术的机器人关节定位。
图1为本实用新型的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构的结构示意图。图中标记的含义
1、编码器组件，2、关节轴，3、前臂，5、后臂，6、编码器，7、编码器座，10、密封件，11、密封件，15、密封件，19、承压活塞，20、 22、摩擦片，21、摩擦轮，23、承压端盖，24、减磨垫。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详述。
图1为本实用新型的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构的结构示意图。如图所示，本实用新型的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，主要包括关节轴2、前臂3、平面摩擦组件和后臂5，关节轴2嵌入前臂3中，其轴线与前臂3的轴线垂直，在关节轴2上开有多个不同规格的环形槽，在环形槽中装有密封件ll、 15。
为了使关节成为一个整体，并能实现锁紧功能，关节轴2的另一端与后臂5通过螺纹固定连接。在关节轴2和前臂3上设有相通的油路孔，在油路孔右侧的关节轴2和前臂3之间设有承压活塞19，在承压活塞19与关节轴2、前臂3之间设有密封件11，形成关节内腔。平面摩擦组件包括摩擦片20和22、摩擦轮21、承压端盖23，在承压活塞19的右侧依次设摩擦片20、摩擦轮21和摩擦片22，两个摩擦片20、 22固定安装在关节轴2上，将固定安装在前臂3上的摩擦轮21夹在中间，在前臂3和后臂5之间装有承压端盖23，承压端盖23固定安装在前臂3上。这样，摩擦面就有2个，通过液压油的作用，在摩擦轮和摩擦片之间产生压力，从而使机器人关节锁紧。为了保护部件，在承压端盖23和后臂5之间设有减磨垫24，减少承压端盖23与后臂5的磨损。
为了实时地检测机器人关节在转动过程中的实际转动角度，本实用新型的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构还包括编码器组件1，编码器组件1固定安装在前臂3上，包括编码器6、编码器座7、连轴器。编码器6与编码器座7通过螺钉固定，编码器座7通过螺钉与前臂3固定连接，编码器轴通过连轴器与关节轴2连接，并同时转动。则在关节转动过程中，能够实现对关节运行角度的检测。
本实用新型的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，关节轴2位于前臂3的内孔中，其中间设有液压油路，关节轴2采用强度和耐磨性较好的材料制造。在关节轴2的不同位置上，设有不同尺寸的环形槽，用于安装非金属密封件10和15。为便于维护和拆卸，在关节轴2靠近编码器6的一侧，对称设有两个拆卸孔。
进行微创外科手术时，通过增压装置给机器人内腔升压，当机器人充满液压油的内腔压力逐渐增大时，液压油推动承压活塞19,承压活塞19推动紧靠它的摩擦片20，使摩擦片20与摩擦轮21之间产生正压力，由于摩擦片20、 22，以及摩擦轮21均可以轴向移动，则摩擦片22与摩擦轮21之间也存在正压力，从而在两个摩擦面上产生双倍的摩擦力矩，使关节轴2和前臂3无法产生相对运动，最终将关节牢牢抱死。当机器人内腔卸压以后，环面的水平正压力逐渐减少，直到关节松开。这样便实现了液压机器人关节的松紧控制。以上示意性的对本实用新型实施例及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本实用新型的某些实施方式，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员或研究工作者受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，采用其它类似拓扑结构、其它类似关节锁紧装置，或者只是改变杆件尺寸，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，包括关节轴(2)、前臂(3)、平面摩擦组件和后臂(5)，其特征在于关节轴(2)嵌入前臂(3)中，其轴线与前臂(3)的轴线垂直，在关节轴(2)上开有多个环形槽，在环形槽中装有密封件；关节轴(2)的另一端与后臂(5)通过螺纹固定连接，在关节轴(2)和前臂(3)上设有相通的油路孔，在油路孔右侧的关节轴(2)和前臂(3)之间设有承压活塞(19)，在承压活塞(19)与关节轴(2)、前臂(3)之间设有密封件；所述的平面摩擦组件包括摩擦片、摩擦轮和承压端盖，在承压活塞(19)的右侧依次设有摩擦片、摩擦轮和摩擦片，两个摩擦片固定安装在关节轴(2)上，将固定安装在前臂(3)上的摩擦轮(21)夹在中间；在前臂(3)和后臂(5)之间装有承压端盖(23)，承压端盖(23)固定安装在前臂(3)上。
2、 根据权利要求l所述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在 于在所述的承压端盖(23)和后臂(5)之间设有减磨垫(24)。
3、 根据权利要求l所述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在 于还包括编码器组件(1)，所述的编码器组件(1)固定安装在前臂(3)上，编码器轴通过 连轴器与关节轴(2)相连接。
4、 根据权利要求3所述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在 于所述的编码器组件(1)包括编码器(6)、编码器座(7)、连轴器，所述的编码器(6)与 编码器座(7)通过螺钉固定，编码器座(7)通过螺钉与前臂(3)固定连接，编码器轴通过 连轴器与关节轴(2)连接，并同时转动。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机 构，其特征在于在所述的关节轴(2)靠近编码器(6)的一侧对称地设有两个便于维护和拆 卸的拆卸孔。
6、 根据权利要求l所述的基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，其特征在 于所述的密封件为非金属密封件。
专利摘要本实用新型涉及一种基于内摩擦环的外科手术机器人关节液压锁紧机构，包括关节轴、前臂、平面摩擦组件和后臂，关节轴嵌入前臂中，其轴线与前臂的轴线垂直，在关节轴上开有多个环形槽，在环形槽中装有密封件；关节轴的另一端与后臂通过螺纹固定连接，在关节轴和前臂上设有相通的油路孔，在油路孔右侧的关节轴和前臂之间设承压活塞，在承压活塞的右侧依次设摩擦片、摩擦轮和摩擦片，两个摩擦片固定在关节轴上，摩擦轮固定在前臂上；在前臂和后臂之间装有承压端盖，承压端盖固定安装在前臂上。本实用新型具有锁紧力矩大、体积小、结构紧凑、操作和维护方便、使用寿命高以及定位精度高等特点。可适用于神经外科、胸腹外科、骨外科等微创手术的机器人关节定位。
文档编号A61B17/00GK201422888SQ20092004208
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者粲 唐, 张建伟, 胜 程, 淳 龚 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司