一种刚柔两级锁紧球关节制造技术

本发明专利技术公开了一种刚柔两级锁紧球关节，球关节内布置有两级活塞，具有两级锁紧状态；当流体压力不足以同时推动两级活塞时，球关节处于柔性锁紧状态，当流体压力可以同时推动两级活塞时，球关节处于刚性锁紧状态。通过连接套筒将球关节与套筒首尾两端固定而形成球关节连杆，再将两个或多个球关节连杆相连，可形成多自由度操作臂，可以对工具或手术器械进行定位；当对各个连杆施加不同的压力时，可控制球关节的锁紧状态，以适应不同的关节负载。

A rigid and flexible two stage locking ball joint

The invention discloses a rigid and flexible two - stage locking ball joint, which is arranged in a two stage piston in the ball joint, and has a two stage lock state. When the fluid pressure is not enough to push the two stage piston at the same time, the ball joint is in a flexible locking state. When the fluid pressure can simultaneously push the two piston, the ball joint is in a rigid locking state. The ball joint is fixed to the head and tail of the sleeve by connecting the sleeve to form a ball joint connecting rod, and then two or more joint connecting rods can be connected to form a multi degree of freedom manipulator, which can locate the tool or surgical instrument. When different pressure is applied to each connecting rod, the locking state of the ball joint can be controlled to fit in. Different joint loads.

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔两级锁紧球关节
本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种关节锁紧装置。
技术介绍
在医疗手术和医学实验中，由于手术和实验中需要使用多种器械，操作者不能够同时操作很多器械，需要额外的助手才能进行手术和实验。增加了人力支出，假如手术和实验时间过长，操作者和助手容易疲劳，并且手持器械不稳定。因此需要一种能够帮助操作者对手术器械和实验工具能够稳定定位的装置，适应不同的操作任务。专利CN201710683947.0公开了一种医用辅助器具方案，方案中采用螺旋副挤压球关节的构型方式锁紧。首先，这种方式并不能够同时锁紧和同时解锁所有的运动关节；其次，其锁紧原理为刚性零件挤压刚性零件产生摩擦力来限制零件之间的相对运动，不具备多级刚性和柔性锁紧的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的提供一种刚柔两级锁紧球关节，是为了解决医疗和医学实验中需要夹持手术工具和器械操作者不能够同时操作，很多器械需要额外的助手协助的问题，利用该锁紧关节可以组成多关节构型的操作臂，可以对手术工具和器械进行定位。解决操作人员不能够同时操作多个手术工具和器械的问题。该锁紧关节具有两级锁紧状态，柔性锁紧状态和刚性锁紧状态，适合不同条负载件下的锁紧需要。当流体压力不足以同时推动两级活塞时，球关节处于柔性锁紧状态，当流体压力可以同时推动两级活塞时，球关节处于刚性锁紧状态。本专利技术通过连接套筒将球关节与套筒两端固定形成球关节连杆，再将两个或多个球关节连杆相连，可形成多自由度操作臂，可以对手术器械或实验工具进行定位，可以允许实验者同时操作多个实验工具，提高实验效率和成功率。通过连接套筒将球关节与套筒首尾两端固定而形成球关节连杆，再将两个或多个球关节连杆相连，可形成多自由度操作臂，可以对工具或手术器械进行定位；当对各个连杆施加不同的压力时，可控制球关节的锁紧状态，以适应不同的关节负载。一种刚柔两级锁紧球关节，其特征在于，包括球关节模块，球关节模块由关节套筒、球关节盖、球形零件、球关节金属衬套、连接杆、主活塞、二级活塞、弹簧、密封圈A、流体快速接头、密封圈B组成；所述球关节盖一端设有外螺纹，该外螺纹与关节套筒上设有的内螺纹适配，所述关节套筒靠近外螺纹处具有与主活塞平面结构相适配的内腔结构；球关节盖和关节套筒通过螺纹连接，球关节盖和关节套筒配合将球形零件、主活塞与二级活塞封闭在内腔中，所述的球形零件安装在球关节盖内，球形零件上镶嵌有金属衬套，金属衬套固定连接连接杆；球形零件与主活塞相接触，主活塞与弹簧的一端接触，弹簧的另一端与二级活塞接触，弹簧将主活塞压在球形零件上，同时将二级活塞压在关节套筒底部，主活塞和二级活塞上套有密封圈A；密封圈B安装在主活塞的端面，流体快速接头安装在关节套筒尾部；所述的球关节模块与连接杆连接构成关节连杆；所述主活塞由平面结构，球状凸起，球状凸起与关节球连续相切特征，密封圈槽，端面密封圈槽，轴面，内孔构成；主活塞一端的外圆周上设有平面结构，并与关节套筒1-1的内腔形状相适配，所述的平面结构用于保证主活塞在关节套筒中前后滑动时不发生转动，主活塞一端上设有内凹的弧面，所述的弧面上设有球状凸起，球状凸起以由大到小的规律向主活塞的轴线排布，当球状凸起的直径变小，其周向均布的凸起个数增加；所述球状凸起向轴线靠拢时直径变小，但是其截面始终与球形零件与主活塞接触时的外圆相切，形成球状凸起与关节球连续相切特征；主活塞上设有密封圈槽，所述密封圈槽用于中放置密封圈，形成密封结构；所述主活塞另一端的端面上设有端面密封圈槽，所述端面密封圈槽中放置密封圈来隔离二级活塞与主活塞；所述主活塞的轴面上套有弹簧，所述的主活塞上设有内孔，内孔底面与主活塞一端设有弧面的最小距离大于0.01mm，内孔用于主活塞受到的压力过大时破坏内孔的底部卸载压力。优选的，所述曲形连接杆的首尾两端各连接球关节模块，曲形连接杆中部安装有三通接头，球关节模块的快速接头与三通接头用软管连接后，再将三通接头端盖固定在曲形连接杆上形成关节连杆，在三通接头通入流体可以同时控制两个球关节模块的锁紧状态。一个球关节模块固定在基座，另一个球关节与实验工具或手术器械连接时，该连杆可以起到定位作用。使用者操作该连杆不疲劳，且可以同时操作多个实验工具和手术器械。优选的，所述主活塞与球形零件配合，当没有流体充入时，主活塞与球关节盖在弹簧的弹力下形成的腔体允许球形零件转动；同样的情况适用同心通气主活塞、通心球形零件和球关节盖形成的腔体。优选的，所述主活塞上的球状凸起当压缩流体充入腔体时，压入球形零件表面，流体压力撤销时，球形零件表面恢复原状；同样的情形适用于同心通气主活塞的球状凸起与通心球形零件。优选的，所述的球关节模块可为同心通气球关节，同心通气球关节由关节套筒、球关节盖、通心球形零件、球关节金属衬套、软管，同心通气主活塞、二级活塞、滑动接头、密封圈、内环密封圈和流体快速接头组成；球关节盖与关节套筒通过螺纹连接，球关节盖内腔具有内凹球面，通心球形零件放入后无缝隙；通心球形零件上镶嵌有球关节金属衬套，允许软管从中间通过；同心通气主活塞与二级活塞上套有密封圈A，可在关节套筒的内腔中滑动；同心通气主活塞与二级活塞之间安装有弹簧，二级活塞内圈上装有密封圈，允许二级活塞在长轴面上前后滑动；滑动接头安装有密封圈，能在内腔中滑动；滑动接头的一端装有软管，流体快速接头安装在关节套的尾部；所述同心通气主活塞由平面结构，球状凸起，球状凸起与关节球连续相切特征，密封圈槽，端面密封圈槽，长轴面，台阶，滑动接头腔体组成。优选的，所述球关节模块和同心通气球关节可以通过与曲形连接杆和关节套筒组合成一个球关节连杆；通过扩充曲形连接杆和关节套筒的数量可以形成多关节连杆。优选的，所述滑动接头、密封圈和软管可以在同心通气主活塞的内腔中滑动。优选的，所述主活塞、同心通气主活塞首选为金属、陶瓷和硬塑料材质，球形零件、通心球形零件的材质首选为非金属、橡胶材质；主活塞、同心通气主活塞的材质硬度大于球形零件和通心球形零件的材质硬度。优选的，所述主活塞和二级活塞之间安装有弹簧；同心通气主活塞和二级活塞之间安装有弹簧；所述弹簧是由压缩时能产生抵抗力，在压力撤销时能够恢复原状的弹性结构和材料构成的零件。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于两级活塞结构，利用不同流体压力推动活塞运动进而限制球关节运动，达到刚性锁紧或者柔性锁紧的目的。通过模块化设计将这种刚柔两级锁紧球关节设计成单个模块，通过模块之间的扩展连接构成机械臂构型，来完成一些机械臂可以完成的任务，例如用球关节构成的操作臂实现在三维空间内对手术工具和手术器械的定位，能够避免医生过度劳累，减轻医生劳动强度，长时间操作不疲劳；利用操作臂对实验工具进行定位，可以允许实验者同时操作多个实验工具，提高实验效率和成功率。附图说明图1为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的外部结构图。图2为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的剖视结构图。图3为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的主活塞结构图。图4为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的锁紧原理图。图5为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的关节模块扩展方式。图6为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的同心通气型号结构图。图7为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的同心通气型号主活塞结构图。图8为本专利技术一种刚柔两级锁紧球关节的同心通气型号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刚柔两级锁紧球关节，其特征在于，包括球关节模块（1），球关节模块（1）由关节套筒（1‑1）、球关节盖（1‑2）、球形零件（1‑3）、球关节金属衬套（1‑4）、连接杆（1‑5）、主活塞（1‑6）、二级活塞（1‑7）、弹簧（1‑8）、密封圈A（1‑9）、流体快速接头（1‑10）、密封圈B（1‑11）组成；所述球关节盖（1‑2）一端设有外螺纹，该外螺纹与关节套筒（1‑1）上设有的内螺纹适配，所述关节套筒（1‑1）靠近外螺纹处具有与平面结构（2‑1）相适配的内腔结构；球关节盖（1‑2）和关节套筒（1‑1）通过螺纹连接，球关节盖（1‑2）和关节套筒（1‑1）配合将球形零件（1‑3）、主活塞（1‑6）与二级活塞（1‑7）封闭在内腔中，所述的球形零件（1‑3）安装在球关节盖（1‑2）内，球形零件（1‑3）上镶嵌有金属衬套（1‑4），金属衬套（1‑4）固定连接连接杆（1‑5）；球形零件（1‑3）与主活塞（1‑6）相接触，主活塞（1‑6）与弹簧（1‑8）的一端接触，弹簧（1‑8）的另一端与二级活塞（1‑7）接触，弹簧（1‑8）将主活塞（1‑6）压在球形零件（1‑3）上，同时将二级活塞（1‑7）压在关节套筒（1‑1）底部，主活塞（1‑6）和二级活塞（1‑7）上套有密封圈A（1‑9）；密封圈B（1‑11）安装在主活塞（1‑6）的端面，流体快速接头（1‑10）安装在关节套筒（1‑1）尾部；所述的球关节模块（1）与连接杆连接构成关节连杆；所述主活塞（1‑6）由平面结构（2‑1），球状凸起（2‑2），球状凸起与关节球连续相切特征（2‑3），密封圈槽（2‑4），端面密封圈槽（2‑5），轴面（2‑6），内孔（2‑7）构成；主活塞（1‑6）一端的外圆周上设有平面结构（2‑1），并与关节套筒（1‑1）的内腔形状相适配，所述的平面结构（2‑1）用于保证主活塞（1‑6）在关节套筒（1‑1）中前后滑动时不发生转动，主活塞（1‑6）一端上设有内凹的弧面，所述的弧面上设有球状凸起（2‑2），球状凸起（2‑2）以由大到小的规律向主活塞（1‑6）的轴线排布，当球状凸起（2‑2）的直径变小，其周向均布的凸起个数增加；所述球状凸起（2‑2）向轴线靠拢时直径变小，但是其截面始终与球形零件（1‑3）与主活塞（1‑6）接触时的外圆相切，形成球状凸起与关节球连续相切特征（2‑3）；主活塞（1‑6）上设有密封圈槽（2‑4），所述密封圈槽（2‑4）用于中放置密封圈，形成密封结构；所述主活塞（1‑6）另一端的端面上设有端面密封圈槽（2‑5），所述端面密封圈槽（2‑5）中放置密封圈来隔离二级活塞（1‑7）与主活塞（1‑6）；所述主活塞（1‑6）的轴面（2‑6）上套有弹簧（1‑8），所述的主活塞（1‑6）上设有内孔（2‑7），内孔（2‑7）底面与主活塞（1‑6）一端设有弧面的最小距离大于0.01mm，内孔（2‑7）用于主活塞（1‑6）受到的压力过大时破坏内孔（2‑7）的底部卸载压力。...

【技术特征摘要】
1.一种刚柔两级锁紧球关节，其特征在于，包括球关节模块（1），球关节模块（1）由关节套筒（1-1）、球关节盖（1-2）、球形零件（1-3）、球关节金属衬套（1-4）、连接杆（1-5）、主活塞（1-6）、二级活塞（1-7）、弹簧（1-8）、密封圈A（1-9）、流体快速接头（1-10）、密封圈B（1-11）组成；所述球关节盖（1-2）一端设有外螺纹，该外螺纹与关节套筒（1-1）上设有的内螺纹适配，所述关节套筒（1-1）靠近外螺纹处具有与平面结构（2-1）相适配的内腔结构；球关节盖（1-2）和关节套筒（1-1）通过螺纹连接，球关节盖（1-2）和关节套筒（1-1）配合将球形零件（1-3）、主活塞（1-6）与二级活塞（1-7）封闭在内腔中，所述的球形零件（1-3）安装在球关节盖（1-2）内，球形零件（1-3）上镶嵌有金属衬套（1-4），金属衬套（1-4）固定连接连接杆（1-5）；球形零件（1-3）与主活塞（1-6）相接触，主活塞（1-6）与弹簧（1-8）的一端接触，弹簧（1-8）的另一端与二级活塞（1-7）接触，弹簧（1-8）将主活塞（1-6）压在球形零件（1-3）上，同时将二级活塞（1-7）压在关节套筒（1-1）底部，主活塞（1-6）和二级活塞（1-7）上套有密封圈A（1-9）；密封圈B（1-11）安装在主活塞（1-6）的端面，流体快速接头（1-10）安装在关节套筒（1-1）尾部；所述的球关节模块（1）与连接杆连接构成关节连杆；所述主活塞（1-6）由平面结构（2-1），球状凸起（2-2），球状凸起与关节球连续相切特征（2-3），密封圈槽（2-4），端面密封圈槽（2-5），轴面（2-6），内孔（2-7）构成；主活塞（1-6）一端的外圆周上设有平面结构（2-1），并与关节套筒（1-1）的内腔形状相适配，所述的平面结构（2-1）用于保证主活塞（1-6）在关节套筒（1-1）中前后滑动时不发生转动，主活塞（1-6）一端上设有内凹的弧面，所述的弧面上设有球状凸起（2-2），球状凸起（2-2）以由大到小的规律向主活塞（1-6）的轴线排布，当球状凸起（2-2）的直径变小，其周向均布的凸起个数增加；所述球状凸起（2-2）向轴线靠拢时直径变小，但是其截面始终与球形零件（1-3）与主活塞（1-6）接触时的外圆相切，形成球状凸起与关节球连续相切特征（2-3）；主活塞（1-6）上设有密封圈槽（2-4），所述密封圈槽（2-4）用于中放置密封圈，形成密封结构；所述主活塞（1-6）另一端的端面上设有端面密封圈槽（2-5），所述端面密封圈槽（2-5）中放置密封圈来隔离二级活塞（1-7）与主活塞（1-6）；所述主活塞（1-6）的轴面（2-6）上套有弹簧（1-8），所述的主活塞（1-6）上设有内孔（2-7），内孔（2-7）底面与主活塞（1-6）一端设有弧面的最小距离大于0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，宋国立，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44