关节锁定机构制造技术

一种关节锁定机构包括：锁定齿轮，其可围绕旋转轴旋转；锁定闩锁，其可与所述锁定齿轮以可拆卸方式接合且可相对于所述旋转轴在第一闩锁位置与第二闩锁位置之间移动；以及偏置件，其可耦合到所述锁定闩锁，使得所述锁定闩锁朝向所述第一闩锁位置偏置，其中在所述第一闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮接合，使得所述锁定齿轮相对于所述旋转轴锁定在适当位置中，且在所述第二闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮间隔开，使得所述锁定齿轮可围绕所述旋转轴旋转。轮可围绕所述旋转轴旋转。轮可围绕所述旋转轴旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关节锁定机构


[0001]本专利技术涉及一种用于防止可旋转关节旋转的关节锁定机构，且更尤其但非排他性地，涉及一种形成主控制器的部分的关节锁定机构，其中关节锁定机构可锁定主控制器的可旋转关节。

技术介绍

[0002]遥操作系统为位于操作者本地的主控制器与位于操作者远程的从属装置之间的远程控制系统，其中遥操作系统允许操作者以某一距离操控从属装置。如果直接操控有障碍，那么此类遥操作系统可为有用的。举例来说，从属装置可用于执行微创外科手术，其中由于限制进入患者的内部组织和器官，外科医生对外科手术工具的直接操控是不可能的。其它实例可包含军事应用(例如炸弹处理)、紧急服务应用(例如搜索和救援)以及科学研究活动，例如在直接操控可能是危险的或不可能的不适宜环境(例如，真空或高水平的反应性)中执行任务。
[0003]遥操作系统的操作者可操控主控制器，且运动命令将传输到从属装置，使得从属机器人在远程站点复制操作者的本地移动。除了控制数据从主控装置传输到从属装置以外，反馈数据可以视频镜头、声音记录和/或来自远程环境的感测数据的形式从从属装置传输到主控装置。反馈数据可以与操作者使用其天生的视觉、听觉和触觉直接执行动作(没有遥操作系统)大致相同的方式提高操作者提供准确命令的能力。
[0004]然而，主控制器和从属装置的运动学之间的差异可导致操作者在控制从属装置时由于与物理世界解耦而迷路或笨拙地定位。这可能是因为主控制器和从属装置在具有相对于彼此的不同移动范围的不同尺度上操作。举例来说，从属手术装置可在直径仅几厘米的工作空间内操作，同时操作者可能正在使用他或她的臂所允许的全部运动范围。尽管从属手术装置在尺度上小得多，但其可能够具有比操作者可用主控制器实现的更大范围的移动(相对于其尺度)。换句话说，操作者的移动范围可能仅表示从属装置的移动范围的一部分。
[0005]为了解决此问题，已知的遥操作系统具有允许操作者使主控制器从将运动命令传输到从属装置中脱离的离合器。这允许操作者与物理世界重新耦合，且在重新接合主控制器之前将主控制器重置到舒适的位置，使得其继续将运动命令传输到从属装置。操作者可因此在从属装置不移动的情况下返回到舒适的位置，操作者可接着能够进入从属装置工作空间的不同部分。
[0006]然而，此类遥操作系统的问题是主控制器与从属装置之间的所得未对准。主控制器与从属装置之间的平移位置的解耦可对从属装置的操作者感知具有最小影响。然而，主控制器与从属装置的定向之间的未对准可能更难以察觉。举例来说，操作者可能失去从属装置在离合之前向下定向的感知，且在离合之后可假设当从属装置可实际上在离合之前设置的向下方向上继续时，主控制器的向前移动将导致从属装置的向前移动。
[0007]为了避免主控制器与从属装置之间的定向的未对准，已知的主控制器包括
‘
主动
’
关节，其中每一主动可旋转关节的刚度取决于施加到其上的力而主动地变化。当操作者未
向主控制器施加力时，主控制器设置主动关节的刚度，使得每一关节保持其当前旋转位置，而不管例如重力的环境力作用在其上。换句话说，主动主控制器的操作者可放开手柄且其将保持在相同的位置和定向中。相反，当主控制器感测到用户施加到主动关节的力时，所述关节的刚度降低以使得用户可使其自由地旋转。
[0008]当此类主控制器通过离合从控制从属装置中脱离时，主控制器的对应于从属装置的定向的关节可通过增加那些关节的刚度而锁定在适当的位置中，使得操作者不能够致使其旋转。主控制器的定向可因此保持在预离合的定向处，使得主控制器在整个离合过程中保持与从属装置对准。
[0009]然而，在已知的主动关节中提供关节刚度的主动变化所需的机动组件可导致关节变得沉重且笨重。这可能是不利的，因为主控制器将由人类用户操作且因此应理想地为小且轻的，使得用户可尽可能容易且自然地操控主控制器。
[0010]主控制器可替代地包括
‘
被动
’
关节，其中每一关节的刚度为恒定的，而无关于施加到其上的不同力。被动关节不需要机动组件且因此避免增加的大小和重量的问题。另一方面，被动关节还缺乏在离合过程期间防止旋转的任何固有构件。

技术实现思路

[0011]根据本专利技术的第一方面，提供一种关节锁定机构，其包括：锁定齿轮，其可围绕旋转轴旋转；锁定闩锁，其可与锁定齿轮以可拆卸方式接合且可相对于旋转轴在第一闩锁位置与第二闩锁位置之间移动；以及偏置件，其可耦合到锁定闩锁，使得锁定闩锁朝向第一闩锁位置偏置，其中在第一闩锁位置中，锁定闩锁与锁定齿轮接合，使得锁定齿轮相对于旋转轴锁定在适当位置中，且在第二闩锁位置中，锁定闩锁与锁定齿轮间隔开，使得锁定齿轮可围绕旋转轴旋转。
[0012]借助于本专利技术，关节锁定机构的操作者可通过将锁定闩锁分别定位在第一闩锁位置或第二闩锁位置中来选择性地防止或允许锁定齿轮围绕旋转轴旋转。关节锁定机构可应用到主控制器的被动关节以选择性地防止关节的旋转，例如，在离合过程期间，以维持与从属装置的定向对准。
[0013]此外，锁定闩锁朝向第一闩锁位置偏置，在第一闩锁位置中防止锁定齿轮围绕旋转轴旋转，使得关节锁定机构默认防止锁定齿轮的旋转。因此需要操作者将锁定闩锁主动地移动到第二闩锁位置以便允许锁定齿轮的旋转。如果关节锁定机构应用于主控制器的被动关节，那么关节可默认到锁定位置。主控制器可因此呈现与具有主动关节的已知主控制器类似的优点，其中关节可保持其当前位置，直到操作者意图操控主控制器且为了这样做而释放关节锁定机构。然而，可同时避免对已知主动关节所需的笨重机动组件的需要。
[0014]锁定闩锁可通过任何合适的方式与锁定齿轮接合。举例来说，在本专利技术的一些实施例中，锁定齿轮可包括从其圆周延伸的多个齿状物，且锁定闩锁可包括配置成在锁定闩锁定位在第一闩锁位置中时接纳锁定齿轮的齿状物的齿状物接纳部分。在本专利技术的其它实施例中，锁定闩锁可包括可接纳于从锁定齿轮延伸的两个齿状物之间的间隙内的尖端。
[0015]锁定闩锁还可通过任何合适的方式移动。举例来说，在本专利技术的一些实施例中，锁定闩锁可为腱驱动的。为了将锁定闩锁从第一闩锁位置移动到第二闩锁位置，可致动附接到锁定闩锁的腱(通过增加其张力)以抵靠着偏置件拉动锁定闩锁。接着，为了将锁定闩锁
移动回到第一闩锁位置，可释放腱，使得偏置件超越腱的张力且朝向第一闩锁位置移动锁定闩锁。
[0016]偏置件可为用于朝向第一位置偏置锁定闩锁的任何合适的构件，例如弹簧、磁体或加压活塞。
[0017]在本专利技术的其它实施例中，锁定闩锁可为例如马达驱动的、电磁驱动的或气动驱动的。
[0018]在本专利技术的实施例中，锁定闩锁可在正交于旋转轴的方向上在第一闩锁位置与第二闩锁位置之间移动。
[0019]在本专利技术的此类实施例中，锁定闩锁可径向地移动到锁定齿轮。因此，当锁定闩锁在锁定齿轮旋转时移动到第一闩锁位置时，锁定齿轮滑动通过锁定闩锁且接合失败的可能性可能降低。
[0020]在本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种关节锁定机构，其包括：锁定齿轮，其可围绕旋转轴旋转；锁定闩锁，其可与所述锁定齿轮以可拆卸方式接合且可相对于所述旋转轴在第一闩锁位置与第二闩锁位置之间移动；以及偏置件，其可耦合到所述锁定闩锁，使得所述锁定闩锁朝向所述第一闩锁位置偏置，其中在所述第一闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮接合，使得所述锁定齿轮相对于所述旋转轴锁定在适当位置中，且在所述第二闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮间隔开，使得所述锁定齿轮可围绕所述旋转轴旋转。2.根据权利要求1所述的关节锁定机构，其中所述锁定闩锁可在正交于所述旋转轴的方向上在所述第一闩锁位置与所述第二闩锁位置之间移动。3.根据权利要求1或权利要求2所述的关节锁定机构，其进一步包括可相对于所述旋转轴固定地定位的闩锁容器，其中所述锁定闩锁可移动地接纳于所述闩锁容器内，且所述偏置件可耦合到所述闩锁容器，使得其在所述闩锁容器与所述锁定闩锁之间延伸。4.根据权利要求3所述的关节锁定机构，其中所述锁定闩锁包括多个滚轮，每一滚轮可相对于所述锁定闩锁旋转且可与所述闩锁容器接合。5.根据权利要求4所述的关节锁定机构，其中所述闩锁容器沿着闩锁轴线性地延伸。6.根据权利要求5所述的关节锁定机构，其中所述闩锁轴正交于所述旋转轴延伸。7.根据权利要求3至权利要求6中任一权利要求所述的关节锁定机构，其中：所述闩锁容器包括多个导轨；所述锁定闩锁包括多个引导孔口，每一引导孔口可与所述导轨中的相应一者滑动地接合；以及所述锁定闩锁可沿着所述导轨在所述第一位置与所述第二位置之间移动。8.根据权利要求7所述的关节锁定机构，其中所述导轨和引导孔口中的每一者线性地延伸。9.根据权利要求8所述的关节锁定机构，其中所述导轨中的每一者正交于所述旋转轴延伸。10.根据权利要求3至权利要求9中任一权利要求所述的关节锁定机构，其进一步包括耦合到所述锁定齿轮的径向磁化磁体和耦合到所述闩锁容器的霍尔效应传感器，所述径向磁化磁体和霍尔效应传感器相对于彼此定位，使得所述霍尔效应传感器能够感测所述径向磁化磁体的磁场。11.根据任一前述权利要求所述的关节锁定机构，其进一步包括：绞盘，其可在第一绞盘位置与第二绞盘位置之间旋转；以及腱，其包括第一末端和第二末端，所述第一末端可附接到所述绞盘，且所述第二末端可附接到所述锁定闩锁，其中当所述绞盘定位在所述第一绞盘位置处时，所述锁定闩锁定位在所述第一闩锁位置处，且当所述绞盘定位在所述第二绞盘位置处时，所述锁定闩锁定位在所述第二闩锁位置处。12.根据权利要求13所述的关节锁定机构，其中所述腱形成鲍登缆线的部分，所述鲍登缆线还包括可滑动地包覆所述腱的在其第一末端与第二末端之间的一部分的鲍登套管。13.根据权利要求11或权利要求12所述的关节锁定机构，其中所述锁定闩锁包括延伸
穿过所述锁定闩锁的腱孔口、延伸穿过所述腱孔口的所述腱和可附接到所述腱的所述第二末端以使得所述腱的所述第二末端附接到所述锁定闩锁的套圈。14.一种可锁定关节组合件，其包...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：帝国学院创新有限公司，
类型：发明
国别省市：