[發明專利]球關節鎖緊方法及裝置

有效

• 申請號: 201310611951.8
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103610555A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 張朋;胡穎;侯西龍;張建偉;朱麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61G13/10
• 分類號: A61G13/10;B25J17/00;B25J19/00;F16C11/10
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，具體涉及人機交互式（又稱被動式）機械臂和機器人的球關節鎖緊方法及裝置。

背景技術

球關節機構是是醫療器械行業普遍應用的一種機構。它具有三個旋轉自由度，因而靈活性非常好，對于要求高靈活性的人機合作機械臂而言是一個非常不錯的選擇，由于球關節的加工工藝的特殊性以及自身的結構特點使得球關節的鎖緊問題顯得不是那么簡單，一般應用中都是通過手動擰緊螺釘使球頭和球瓦間的摩擦力增加從而實現鎖緊，不能實現自動控制。

外科手術和微創手術中使用的醫療器械（機械臂）要求不但能夠實現對前端關節位置的粗調與微調，還要求能夠實現末端關節姿態的調整，這就使得球關節在手術器械中能得以廣泛應用。球關節放在前端關節位置可以實現手術器械姿態的調整，這使得醫生可以很方便的將手術器械放置在手術安全區或者從安全區手動將手術器械拉到手術區實施手術；球關節放在末端關節配以夾持機構可以實現末端器械的位置的微調以及姿態的調整。醫生在實施手術的時候會頻繁的改變手術器械的位置和姿態，這就要求醫療器械在其工作空間的任意位置都能夠鎖緊固定，這當然要求球關節在任意旋轉角度位置處能夠鎖緊，并且能夠承受一定的載荷力矩。

專利（CN201939648U）描述的是一種用于手術臺的球關節的夾緊裝置，該裝置包括內設空腔的鎖緊座、固定安裝于鎖緊座一端的固定塊、鎖緊座空腔內的萬向球頭和鎖緊塊、壓在鎖緊塊上的壓緊螺栓。操作手術臺的人員可以根據需要旋轉壓緊扳手，控制壓緊螺栓內進或外出。壓緊螺栓內進時，壓緊螺栓通過鎖緊塊將萬向球頭緊壓在球頭座上，手術臺部件被固定住；壓緊螺栓外出時，壓緊螺栓、鎖緊塊、萬向球頭、球頭座彼此分離，萬向球頭可以在鎖緊座內任意轉動，手術臺部件可活動。該裝置的特征在于，所述壓緊螺栓和鎖緊塊的連接處設有碟形彈簧，壓緊螺栓先壓縮碟形彈簧再壓迫萬向球頭，萬向球頭有一預壓緊的過程，使得剛性壓緊成為一個柔性壓緊的過程，使得操作者比較省力，便于操作；萬向關節壓緊、松脫過程中，不再發生生硬的剛性形變，有效延長了各部件的使用壽命，降低成本。但上述裝置只能用于手術臺的調整，不適合用于機械臂和機器人產品當中，而且鎖緊是通過手動擰進或擰出壓緊螺栓的方式實現鎖緊或放松，該方法的顯著缺點是不能很快的在鎖緊和放松狀態之間切換，即鎖緊的瞬時性很差。

專利（CN101214662A）描述的是一種球鉸關節電動鎖緊裝置，該裝置由球頭桿、球關節座、推壓球瓦、螺紋軸、滾珠支架環、止推端蓋、鍵環、電機座、減速直流電機等構成。其鎖緊放松的原理是：減速直流電機通電后帶動螺紋軸旋轉，螺紋軸通過其螺紋帶動推壓球瓦旋轉，推壓球瓦的旋轉被滾珠限制，所以只能做直線運動，向下運動壓緊球頭桿的球頭，實現制動鎖緊；當改變電機的電流方向后，螺紋軸反向旋轉，從而帶動推壓球瓦反向運動與球頭桿分離，即實現放松。該裝置的靈活性好、放松鎖緊可靠、制動力矩大，在機械臂和機器人產品中具有廣泛的應用。上述裝置雖然能快速的在鎖緊和放松之間切換，但其零件太多，結構復雜，若是實現精確的控制的話，還需要力或者位移傳感器等附件；該鎖緊裝置若是在串聯的機械臂或者機器人產品中多個同時使用的話，需要每個關節都要配備鎖緊用的電機，這就使得產品的成本很高，同時控制幾個電機的開關也不顯得那么容易；該裝置的另一個明顯的不足在于它不能給球關節提供一定的預緊力，球關節在放松的狀態下可能存在間隙，這對末端的定位會產生很大的偏差，影響使用性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種球關節鎖緊方法及根據該方法所設計的裝置，可實現球關節球頭與連接套之間快速、多點的鎖定，且具有結構簡單，鎖緊可靠、效果好之特點。

本發明首先一種球關節鎖緊方法，其是將球關節上之球頭套設于可與其活動鎖緊或處于放松狀態的連接套中，于所述球頭的外周相應的位置，設置一與液壓系統相連的抵壓組件，通過液壓系統提供的壓力油的作用，迫使所述抵壓組件瞬間緊壓于所述球頭外表面并同時使所述球頭抵頂于與所述連接套的配合處，形成所述抵壓組件和所述連接套對所述球頭的多點摩擦連接鎖緊；壓力拆除時所述抵壓組件及所述連接套自行回到原始位置，從而快速實現球關節在鎖緊和放松狀態之間的切換。

本發明上述方法具體的技術方案中，可于所述抵壓組件中設置一彈性壓套，通過液壓系統高壓油使該彈性壓套產生膨脹變形而擠壓所述球頭，并使所述球頭緊壓于與所述連接套配合處位置上。

本發明上述方法進一步的技術方案中，還可設置一彈性構件于所述抵壓組件上，以保持所述抵壓組件對所述球頭在處于與所述連接套放松狀態時的轉動無空隙。