一种用于变刚度机械臂的锁定结构制造技术

本发明专利技术提供了一种用于变刚度机械臂的锁定结构，包括触发模块、旋转模块、锁定模块和外壳；所述旋转模块包括换向结构和旋转顶起结构，所述换向结构上设有深槽和浅槽，旋转顶起结构能够沿所述外壳向前向后运动，并且能够进行转动；所述锁定模块包括转动结构和插入齿结构，所述转动结构与所述外壳转动连接，所述插入齿结构能够沿所述外壳向前向后运动，但不能相对所述外壳转动。本发明专利技术的有益效果是：外形小巧，锁定后关节刚度更高，响应时间更快，有效避免了传统微创手术机器人用于提高关节刚度方式响应时间较长、关节刚度提升小的缺陷，并且可更换性强，有效提高了微创手术机器人的精度和复杂手术任务的适应性。度和复杂手术任务的适应性。度和复杂手术任务的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于变刚度机械臂的锁定结构


[0001]本专利技术涉及医疗器械，尤其涉及一种用于变刚度机械臂的锁定结构。

技术介绍

[0002]随着医疗相关领域技术的发展，微创手术已经在外科手术中有所普及，用于人体腔道和脏器的手术机器人也越来越多。
[0003]手术机器人的刚度高，在与身体腔脏、器官、血管和敏感组织接触时容易造成意外损伤；手术机器人的刚度低，会在进入弯曲复杂的自然腔道时产生意外扭曲，以致难以前进。当手术机器人具有变刚度的能力时，在遇到需要支撑器官组织、保持末端定位精准、提升末端施加力时，可以提高自身刚度；在需要减小与周围环境接触力时，可以降低自身刚度，所以变刚度手术机器人已成为手术机器人领域的研究热点。
[0004]目前机器人常用的变刚度方式有：（1）在机器人关节处使用低熔点金属，需要降低机器人刚度时加热关节处金属使其成为液态，需要提高机器人刚度时则冷却关节处金属使其成为固态（2）在机器人壳体上设计异型结构并套上真空罩，提升刚度时将真空罩抽真空，让异形结构接触，产生摩擦力以保持高刚度状态。（3）在机器人内部装有真空管，管内有许多小型颗粒，当需要提升机器人刚度时，将真空管抽真空，管内颗粒相互挤压产生摩擦力，以保持高刚度状态。
[0005]以上三种方法各自有低响应速度、制造困难、体积大等缺点。因此急需开发一种响应速度更快、体积更小、变刚度效果更好的微创手术机器人变刚度机构。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种用于变刚度机械臂的锁定结构。r/>[0007]本专利技术提供了一种用于变刚度机械臂的锁定结构，包括触发模块、旋转模块、锁定模块和外壳，所述触发模块、旋转模块、锁定模块分别安装在所述外壳上；所述旋转模块包括换向结构和旋转顶起结构，所述换向结构上设有深槽和浅槽，旋转顶起结构能够沿所述外壳向前向后运动，并且能够进行转动；所述锁定模块包括转动结构和插入齿结构，所述转动结构与所述外壳转动连接，所述转动结构能够相对所述外壳进行转动，用于角度调节，所述插入齿结构能够沿所述外壳向前向后运动，但不能够相对所述外壳转动；所述旋转顶起结构的一端与所述转动结构连接，另一端上设有叶片，所述叶片与所述换向结构上的深槽或浅槽配合，或者，所述叶片与所述触发模块配合；锁定时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构向前运动，当所述旋转顶起结构的叶片被顶出所述换向结构的深槽时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构的叶片落入所述换向结构的浅槽，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构向前插入所述转动结构并锁定，限制转动结构的旋转以实现关节角度的锁定；解锁时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构向前运动，当所述旋转顶起结构的
叶片被顶出所述换向结构的浅槽时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构的叶片落入所述换向结构的深槽，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构向后脱离所述转动结构并解锁，完成关节解锁。
[0008]所述触发模块包括远端电机、第一弹簧、一体式推动件、连接盘和线绳，所述远端电机与所述连接盘连接，所述线绳的一端与所述连接盘连接，另一端与所述一体式推动件连接，所述第一弹簧用于所述一体式推动件的复位，所述一体式推动件安装在所述外壳上，所述一体式推动件能够沿所述外壳向前向后运动；当远端电机通过线绳拉动一体式推动件向前运动时，第一弹簧被压缩，当远端电机松开线绳时，在第一弹簧的弹力作用下，一体式推动件向后复位。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述一体式推动件上设有三角形凸起，所述旋转顶起结构的叶片的端面为与所述三角形凸起相配合的斜面，所述换向结构的深槽和浅槽的槽底均为与所述叶片的端面相配合的斜面。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述旋转模块还包括第二弹簧，所述第二弹簧用于所述插入齿结构的复位，当所述插入齿结构向前运动时，所述第二弹簧压缩。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述转动结构上设有锁定凹槽，所述插入齿结构上设有与所述锁定凹槽相配合的凸齿。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，锁定时，所述远端电机通过线绳拉动一体式推动件从初始位置向前运动，一体式推动件将旋转顶起结构的叶片顶出所述换向结构的深槽，所述一体式推动件的三角形凸起与旋转顶起结构的叶片的端面相贴合接触，在所述第二弹簧的弹力作用下，旋转顶起结构的叶片的端面沿着一体式推动件的三角形凸起进行运动，产生旋转，直至旋转顶起结构的叶片的端面到达一体式推动件的三角形凸起的凹陷处，待远端电机放松线绳后，一体式推动件被第一弹簧的弹力推回初始位置，旋转顶起结构的叶片的端面落入换向结构，在所述第二弹簧的弹力作用下，旋转顶起结构的叶片的端面沿着换向结构的浅槽的槽底进行运动，产生旋转，直至旋转顶起结构的叶片的端面到达换向结构的浅槽的凹陷处，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构的凸齿向前插入所述转动结构的锁定凹槽，限制转动结构的旋转以实现关节角度的锁定；解锁时，所述远端电机通过线绳拉动一体式推动件从初始位置向前运动，一体式推动件将旋转顶起结构的叶片顶出所述换向结构的浅槽，所述一体式推动件的三角形凸起与旋转顶起结构的叶片的端面相贴合接触，在所述第二弹簧的弹力作用下，旋转顶起结构的叶片的端面沿着一体式推动件的三角形凸起进行运动，产生旋转，直至旋转顶起结构的叶片的端面到达一体式推动件的三角形凸起的凹陷处，待远端电机放松线绳后，一体式推动件被第一弹簧的弹力推回初始位置，旋转顶起结构的叶片的端面落入换向结构，在所述第二弹簧的弹力作用下，旋转顶起结构的叶片的端面沿着换向结构的深槽的槽底进行运动，产生旋转，直至旋转顶起结构的叶片的端面到达换向结构的深槽的凹陷处，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构的凸齿向后脱离所述转动结构的锁定凹槽，完成关节解锁；作为本专利技术的进一步改进，所述一体式推动件的外壁上设有竖直槽，所述换向结构的内壁上设有突起，所述突起与所述竖直槽相配合，以限定所述一体式推动件的旋转自由度。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述一体式推动件顶部具有至少8个对称分布的三角
形凸起，用于制造旋转顶起结构在推进过程中的旋转。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述三角形凸起的凹陷处分别与深槽的凹陷以及浅槽的凹陷处相错开。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述一体式推动件、旋转顶起结构、换向结构、转动结构和插入齿结构上均设有供线绳穿过的通孔，所述线绳自所述一体式推动件依次向前穿过换向结构、旋转顶起结构、插入齿结构和转动结构，然后固定在连接盘上。
[0016]本专利技术的有益效果是：外形小巧，锁定后关节刚度更高，响应时间更快，有效避免了传统微创手术机器人用于提高关节刚度方式响应时间较长、关节刚度提升小的缺陷，并且可更换性强，有效提高了微创手术机器人的精度和复杂手术任务的适应性。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：包括触发模块、旋转模块、锁定模块和外壳，所述触发模块、旋转模块、锁定模块分别安装在所述外壳上；所述旋转模块包括换向结构和旋转顶起结构，所述换向结构上设有深槽和浅槽，旋转顶起结构能够沿所述外壳向前向后运动，并且能够进行转动；所述锁定模块包括转动结构和插入齿结构，所述转动结构与所述外壳转动连接，所述转动结构能够相对所述外壳进行转动，用于角度调节，所述插入齿结构能够沿所述外壳向前向后运动，但不能够相对所述外壳转动；所述旋转顶起结构的一端与所述转动结构连接，另一端上设有叶片，所述叶片与所述换向结构上的深槽或浅槽配合，或者，所述叶片与所述触发模块配合；锁定时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构向前运动，当所述旋转顶起结构的叶片被顶出所述换向结构的深槽时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构的叶片落入所述换向结构的浅槽，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构向前插入所述转动结构并锁定，限制转动结构的旋转以实现关节角度的锁定；解锁时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构向前运动，当所述旋转顶起结构的叶片被顶出所述换向结构的浅槽时，所述触发模块驱动所述旋转顶起结构的叶片落入所述换向结构的深槽，所述旋转顶起结构驱动所述插入齿结构向后脱离所述转动结构并解锁，完成关节解锁。2.根据权利要求1所述的用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：所述触发模块包括远端电机、第一弹簧、一体式推动件、连接盘和线绳，所述远端电机与所述连接盘连接，所述线绳的一端与所述连接盘连接，另一端与所述一体式推动件连接，所述第一弹簧用于所述一体式推动件的复位，所述一体式推动件安装在所述外壳上，所述一体式推动件能够沿所述外壳向前向后运动；当远端电机通过线绳拉动一体式推动件向前运动时，第一弹簧被压缩，当远端电机松开线绳时，在第一弹簧的弹力作用下，一体式推动件向后复位。3.根据权利要求2所述的用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：所述一体式推动件上设有三角形凸起，所述旋转顶起结构的叶片的端面为与所述三角形凸起相配合的斜面，所述换向结构的深槽和浅槽的槽底均为与所述叶片的端面相配合的斜面。4.根据权利要求3所述的用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：所述旋转模块还包括第二弹簧，所述第二弹簧用于所述插入齿结构的复位，当所述插入齿结构向前运动时，所述第二弹簧压缩。5.根据权利要求4所述的用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：所述转动结构上设有锁定凹槽，所述插入齿结构上设有与所述锁定凹槽相配合的凸齿。6.根据权利要求5所述的用于变刚度机械臂的锁定结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焦乐，林铂涛，宋霜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：