[发明专利]外科手术机械臂关节液压锁紧动力机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压锁紧机构，尤其是涉及一种外科手术机械臂关节锁紧动力机构，属于医疗器械技术领域。

背景技术

近来，计算机、医疗外科技术和医疗机器人三者有机结合的微创外科机械臂技术已成为众多学者和科研机构关注的国际前沿研究热点之一。这一新型的多学科交叉领域的发展被认为是外科治疗手段的一种标志性的进步，国内医疗器械设备的研究和开发力度越来越大。目前，对于被动(无电机驱动)穿刺定位的机械臂，能在临床应用的很少，其中一个重要原因是尚未找到手术机械臂合适的关节锁紧结构和锁紧驱动装置。特别是对于小型、轻便和高刚度的机械臂的关节锁定，还未发现基于液压驱动的关节锁紧机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械臂关节锁紧动力机构，以提供关节锁紧液压动力源，保证机械臂在无电机驱动的情况下，根据运动学解算后的关节角度，各个关节能够刚性固定，从而使机械臂能够作为外科手术穿刺定位和支撑装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种外科手术机械臂关节液压锁紧动力机构，包括牵引机构和升降压机构，还包括锁紧力发生器，所述牵引机构设置于地面，通过钢丝与升降压机构的活塞顶杆固联，所述牵引机构踩板，踩板与钢丝相联接；所述升降压机构包括筒体，所述筒体的支撑板与升降支柱固联；所述升降压机构的中心轴和升降支柱的轴线均为垂直方向；所述锁紧力发生器与升降压机构均为对称结构且二者共轴，并通过锁紧力发生器外围的活套螺母锁固。

所述牵引机构包括踩板、手柄、钢丝绳、支撑板组件和底板，其功能是牵引钢丝绳，控制钢丝绳的伸缩。所述钢丝绳穿过设置于踩板中间底部的开口螺母， 一端与扣紧套固联，另一端与升降压机构的活塞顶杆固联；所述支撑板组件包括上侧板和两垂直侧板，支撑板组件通过螺钉与底板固联；踩板一端与固定在支撑板组件的一垂直侧板上的踩板销相联，并以踩板销轴线为转动轴做旋转运动，手柄一端与手柄支撑杆可转动联接，手柄支撑杆与底板通过螺钉连接，手柄顶杆与手柄相焊接，手柄顶杆与踩板自由接触。

工作时，通过踩板和手柄分别对B点和A点加力，牵引钢丝绳向下运动；当松开手柄或踩板，由于另一端的弹簧要恢复形变，必然牵引与钢丝绳连接的踩板向上运动。由于有支撑板组件上方侧板的限制，踩板行程具有上止点，其下止点为踩板和底板的接触点，从而使钢丝绳回到原来位置，实现了钢丝绳的拉伸和收缩。

本发明中，所述升降压机构包括弹簧和弹簧座、活塞顶杆、筒体、支撑板和升降支柱。所述筒体底部中间开小孔，弹簧座紧贴筒体底面，其上安装有弹簧；活塞顶杆位于弹簧上平面，它与钢丝绳固联，可在液压缸座中间孔内上下运动。顶杆的上止点是液压缸座的下表面，其下止点为弹簧座上端面，顶杆的行程实际上决定了弹簧的压缩量，弹簧、弹簧座和活塞顶杆均与筒体共轴，筒体外侧的凸台与支撑板连接，支撑板的右侧开有与筒体轴心线平行的螺纹孔，升降支柱穿过该螺纹孔并固定在螺纹孔内。所述升降支柱上设置有转动销，给转动销加力可使升降支柱旋转，可以实现机械臂关节液压锁紧动力机构整体上下移动，以此来改变机械臂工作空间。

本发明中，所述锁紧力发生器包括关节轴、液压缸、液压缸座、液压活塞、第一摩擦锥、第二摩擦锥和活套螺母。所述关节轴安装于液压缸中间，在关节轴的中部，通过内卡环、外卡环及卡环座使关节轴与液压缸在轴向固联，支撑螺套与液压缸下端为螺纹固联，支撑螺套在下端沿径向开半圆形槽，该半圆形槽与定位销配合安装，使液压缸在圆周方向与液压缸座的装配位置固定。关节轴为中空结构，用于提供液压油的油路。在与关节轴的轴线垂直方向对称的开有两个通孔，便于液压油流向关节轴外侧。在关节轴1外侧、卡环座的下方依次设置有密封套一、限位套、密封套二、第一摩擦锥和第二摩擦锥，在关节轴下部外侧、第二摩擦锥的下方设置有定位环，流出的液压油经过限位套，到达 限位套上部的密封套一和下部密封套二。在紧靠密封套的下面安装有两个摩擦锥，他们贴合于一起，从整体上看，形成了一个中空的柱体，所述两个摩擦锥沿其轴线方向均开有窄槽，受到轴向推力后可以沿径向收缩。两个摩擦锥沿轴线方向向下的位移受到安装于关节轴上的定位环的限制。液压活塞置于关节轴内，当向上运动时，油路内容积减少，使液压油在密封套一和密封套二之间产生压力，推动密封套二压紧第一摩擦锥和第二摩擦锥，使关节轴与液压缸在周向锁紧，这样便实现了关节的锁定。