一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，包括钢丝导向机构，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构，钢丝导向机构设置在前端，由数个依次连接的导丝盘组成，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构连接在所述钢丝导向机构的后侧，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构的末端连接底盘。与现有技术相比，本发明专利技术只需一个电机就能够实现蛇形臂位姿的调整与固定，机体所需空间更小。同时钢丝锁紧单元应用了4级力放大机构，是整个机构具有较高的负载能力。其被动的良好操作性能，在需要人机协作的场所更能发挥出其优势，所以该发明专利技术能够更好的应用于医疗领域，来协助医生进行手术。

A Wire Locking Device for Passive Serpentine Arm Driven by Wire

The invention relates to a steel wire locking device of a passive serpentine arm driven by wire, which comprises a steel wire guiding mechanism, a steel wire locking mechanism and a steel wire relaxing mechanism. The steel wire guiding mechanism is set at the front end and consists of several guide discs connected in turn. The steel wire locking mechanism and the steel wire relaxing mechanism are connected at the rear side of the steel wire guiding mechanism, and the end of the steel wire locking mechanism and the steel wire relaxing mechanism. Connect chassis. Compared with the prior art, the present invention only needs one motor to adjust and fix the position and posture of the serpentine arm, and the space required by the body is smaller. At the same time, the four-stage force amplification mechanism is applied in the steel wire locking unit, which makes the whole mechanism have high load capacity. Because of its passive and good operational performance, the invention can give full play to its advantages in places where human-computer cooperation is needed, so it can be better applied in the medical field to assist doctors in surgery.

【技术实现步骤摘要】
一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置
本专利技术涉及一种锁紧装置，尤其是涉及一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置。
技术介绍
在现代医疗领域中，机器人在腹腔镜手术中的应用越来越引起人们的注意，各大公司也相继推出了很多款医疗机器人。但目前大部分机器人的机械臂由于其采用传统的驱动及传动系统，受制于尺寸，很容易在手术中与医生发生干涉。蛇形臂的出现能够在很大方面解决这个问题，但目前蛇形臂多应用于工业领域中，如英国的OCRobotics公司开发的电机驱动的丝传动蛇形臂机器人。由于其应用于工业领域且采用电机驱动，蛇形臂的驱动部分的尺寸过于庞大，并且控制方面比较复杂，这都使这类蛇形臂机器人无法应用于医疗领域。所以，为了能使蛇形臂能够应用于医疗领域，缩小丝传动驱动部分的尺寸和良好的操作性就成了需要解决的首要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是对基于丝传动的蛇形臂的驱动部分进行重新设计，放弃电机主动驱动，采用被动驱动使其获得更小的尺寸和更良好的操作性，并拥有较高的负载能力使蛇形臂能够代替普通机械臂来使用的丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，包括钢丝导向机构，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构。所述钢丝导向机构设置在前端，由数个依次连接的导丝盘组成，并与外接的蛇形臂相连。所述的钢丝锁紧机构和钢丝放松机构连接在所述钢丝导向机构的后侧，所述钢丝锁紧机构和钢丝放松机构的末端连接着底盘。钢丝从直径较大的钢丝锁紧装置中伸出并连接到直径较小的丝传动的蛇形臂；在钢丝放松时，蛇形臂能够通过人工的调整，调整到人们所需的位姿；在钢丝被锁紧时，蛇形臂的位姿被固定，用来支撑一些特定的医疗器械。所述钢丝导向机构使钢丝能从钢丝锁紧装置伸出后不发生干涉并能够穿入直径较小的蛇形臂当中，包括依次设置的第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘和第四导丝盘，所述第一导丝盘和第二导丝盘上分别布置有12个滑轮，所述第三导丝盘和第四导丝盘上分别布置有12个导丝孔，所述第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘经螺栓连接，所述第四导丝盘经呈圆周分布的铜柱和第二导丝盘连接。钢丝依次穿过导丝盘，从而有效地避免干涉并以圆周分布伸出，同时缩小钢丝圆周排列时的直径，使其能够穿入直径较小的蛇形臂。所述滑轮每两个为一组，呈圆周分布在第一导丝盘和第二导丝盘上，两个滑轮之间经滑轮架连接，该滑轮架上设有螺栓连接第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘。所述钢丝锁紧机构由六组呈圆周分布的钢丝锁紧单元组构成，每组钢丝锁紧单元组通过底板连接第一导丝盘及底盘。所述钢丝锁紧单元组由前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元组成，前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元中间通过滑轮轴和滑轮架将滑轮安装在顶板上。前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元需要提供足够的夹紧力来抱死钢丝轮，从而实现钢丝的锁紧和蛇形臂的位姿的固定。所述前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元均包括底架、楔形块、竖直滑块、恒增力杠杆、第一铰杆、横向滑块、L形板、第二铰杆、等臂杠杆、压块、前支架、后支架、钢丝轮、钢丝轮轴、钢丝轮轴架和顶板，所述的楔形块、竖直滑块、恒增力杠杆、第一铰杆、第二铰杆、等臂杠杆和压块共同组成了四级力放大机构，使初始压缩弹簧的压力放大几十倍来使末端的压块压紧并抱死钢丝轮。所述楔形块由3跟导向光轴导向，三根导向光轴通过前后两个光轴支架固定，在楔形块处布置有压缩弹簧，为力放大机构提供初始的压力，使得楔形块能够沿着直线运动，所述竖直滑块具有一个开口式的滑槽并通过两个竖直固定的光轴进行导向，竖直滑块上固定有两个滚轮，目的是与楔形块的斜面接触时摩擦更小。所述恒增力杠杆通过布置于竖直滑块上的开口滑槽中的滑槽轴于竖直滑块相连，并通过铰链轴和后支架相连，形成恒增力杠杆的支点。所述第一铰杆通过第一铰杆轴与所述恒增力杠杆相连，所述横向滑块和L形板通过螺栓连接形成一个整体，并通过铰链轴与第一铰杆相连。所述前支架和后支架之间固定有2根导向光轴，为横向滑块进行导向。所述的第二铰杆通过第二铰杆轴与L形板上的孔连接在一起。所述的等臂杠杆和第二铰杆通过铰链轴相连。所述的压块和等臂杠杆通过铰链轴相连，并通过与钢丝轮轴架固定的等臂杠杆轴相连形成支点。所述压缩弹簧给予楔形块一个初始的压力，使得楔形块在光轴的导向下压向竖直滑块，通过斜面效应实现第一次力放大；竖直滑块向上运动，带动恒增力杠杆向上运动，通过杠杆效应实现力的第二次放大；恒增力杠杆带动第一铰杆推动横向滑块，通过角度效应实现第三次力放大；横向滑块推动与其相连的L形板，L形板推动第二铰杆，再次通过角度效应实现第四次力放大；最后通过等臂杠杆将第二铰杆方向向外的力转化为向着钢丝轮的压力，进而压紧钢丝轮，锁紧钢丝。钢丝轮被钢丝锁紧单元中的四级力放大机构抱死时，钢丝无法运动，从而实现蛇形臂位姿的固定；在钢丝轮没被抱死，能够自由转动的情况下，钢丝能够自由移动，使得蛇形臂也可以自由的调整位姿。所述钢丝轮包括前钢丝轮和后钢丝轮，通过螺栓连接形成一个整体，在钢丝轮内部安装有发条弹簧，使钢丝轮始终拥有一个转矩，该转矩与钢丝拉动钢丝轮的旋转方向相反，从而使钢丝轮具有一定的收线能力并时刻保持了钢丝的张紧。所述钢丝放松机构包括丝杆步进电机、丝杆螺母、圆形压盘、丝杆支架和底盘，所述的圆形压盘具有6个贯通的槽孔，使楔形块处的光轴穿过其中，为圆形压盘进行导向，所述丝杆螺母置于丝杆上，并与圆形压盘连接在一起，所述的丝杆步进电机与底盘相连，丝杆横穿钢丝锁紧机构并穿过固定于第一导向盘上的丝杆支架，通过电机带动丝杆旋转，带动与丝杆螺母相连的圆形压盘沿光轴进行直线运动。丝杆步进电机带动丝杆转动，带动与丝杆螺母相连的压盘，在导向光轴的作用下，压向楔形块，使钢丝锁紧单元松开钢丝轮，从而钢丝轮能够自由转动，使与其相连的钢丝能够自由移动，进而使蛇形臂能够自由的调整位姿。本专利技术的原理如下：在钢丝锁紧阶段，位于楔形块处的压缩弹簧提供一个初始的压力，通过钢丝锁紧单元中的力放大机构的一系列传动，使压块压住钢丝轮，从而使固定于钢丝轮上的钢丝也得到固定，进而能够固定住于钢丝锁紧装置相连的蛇形臂的位姿，使其变成一个刚体，具有一定的负载能力，进而能够支撑一些设备。在钢丝放松阶段，步进电机旋转带动圆形压盘压向楔形块，使压缩弹簧重新被压缩，压在钢丝轮上的力被撤出，钢丝轮可以自由转动，进而穿入蛇形臂的钢丝也可以自由移动，从而人们可以手动的调整蛇形臂的姿态，达到想要的目的。与现有技术相比，本专利技术没有了数量庞大的电机、繁琐的控制和庞大的体积，该专利技术只需一个电机就能够实现蛇形臂位姿的调整与固定，机体所需空间更小，并具有较高的负载能力和良好的操作性能，在需要人机协作的场所更能发挥出其优势，所以该专利技术能够更好的应用于医疗领域，来协助医生进行手术。附图说明图1为本专利技术与一种蛇形臂连结的立体图；图2为本专利技术的整体的立体图；图3为本专利技术的钢丝导向机构的立体图；图4为本专利技术的钢丝放松机构和单一钢丝锁紧单元组的立体图；图5为本专利技术的钢丝放松机构中圆形压盘和丝杆螺母的立体图；图6为本专利技术的钢丝锁紧单元组的立体图；图7为本专利技术的钢丝锁紧单元的上部分的局部立体图；图8为本专利技术的钢丝锁紧单元的下部分的局部立体图；图9为本专利技术的钢丝锁紧单元的竖直滑块的局部立体图；图10为本专利技术的钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，该装置包括钢丝导向机构，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构。所述钢丝导向机构设置在前端，由数个依次连接的导丝盘组成。所述的钢丝锁紧机构和钢丝放松机构连接在所述钢丝导向机构的后侧，所述钢丝锁紧机构和钢丝放松机构的末端连接底盘。

【技术特征摘要】
1.一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，该装置包括钢丝导向机构，钢丝锁紧机构和钢丝放松机构。所述钢丝导向机构设置在前端，由数个依次连接的导丝盘组成。所述的钢丝锁紧机构和钢丝放松机构连接在所述钢丝导向机构的后侧，所述钢丝锁紧机构和钢丝放松机构的末端连接底盘。2.根据权利要求1所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述钢丝导向机构包括依次设置的第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘和第四导丝盘，所述第一导丝盘和第二导丝盘上分别布置有12个滑轮，所述第三导丝盘和第四导丝盘上分别布置有12个导丝孔，所述第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘经螺栓连接，所述第四导丝盘经呈圆周分布的铜柱和第二导丝盘连接。3.根据权利要求2所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述滑轮每两个为一组，呈圆周分布在第一导丝盘和第二导丝盘上，两个滑轮之间经滑轮架连接，该滑轮架上设有螺栓连接第一导丝盘，第二导丝盘，第三导丝盘。4.根据权利要求1所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述钢丝锁紧机构由六组呈圆周分布的钢丝锁紧单元组构成，每组钢丝锁紧单元组通过底板连接第一导丝盘及底盘。5.根据权利要求4所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述钢丝锁紧单元组由前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元组成，前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元中间通过滑轮轴和滑轮架将滑轮安装在顶板上。6.根据权利要求5所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述前钢丝锁紧单元及后钢丝锁紧单元均包括底架、楔形块、竖直滑块、恒增力杠杆、第一铰杆、横向滑块、L形板、第二铰杆、等臂杠杆、压块、前支架、后支架、钢丝轮、钢丝轮轴、钢丝轮轴架和顶板，所述的楔形块、竖直滑块、恒增力杠杆、第一铰杆、第二铰杆、等臂杠杆和压块共同组成了四级力放大机构。7.根据权利要求6所述的一种丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置，其特征在于，所述楔形块由3跟导向光轴导向，三根导向光轴通...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天宇，张帆，王琰，马保平，陈龙凯，孙晶，潘睿俊，郑民华，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31