CN110693546B - 一种球头压力锁定装置及具有球头压力锁定装置的医学支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球头压力锁定装置及具有球头压力锁定装置的医学支架，本发明的球头锁定装置主要由动力组件和N个球头组件构成，所述球头组件具体主要由中空套体、内连接头、锁定球、第一密封圈构成；所述具有球头压力锁定装置的医学支架包括待作用物、第一输送管和球头压力锁定装置，本发明将上述球头压力锁定装置应用于医学手术上的医用支架，该种结构的医学支架具有上述球头压力锁定装置的特点，即对待作用物的锁定时间可由传统10秒以上降低至1秒内，锁定迅速快捷以及调节角度灵活的特点。

Description

一种球头压力锁定装置及具有球头压力锁定装置的医学支架

技术领域

本发明涉及一种机械锁定装置，特别是一种球头压力锁定装置及具有球头压力锁定装置的医学支架。

背景技术

现有技术中，美国生产的型号为NATHANSON腹腔镜下肝脏牵开器是一个含有三个关节的可锁定***，如图1所示：包括第二关节9，安装于第二关节9上的螺母13以及分别设置在第二关节9两端的第一关节8、第三关节10，在第一关节8和第二关节9之间以及第二关节9与第三关节10之间连接有内顶杆11，所述内顶杆11的外侧包覆有外顶杆12，所述螺母13的上端螺杆上设置有螺纹/螺母13的下端设置有2个加压斜体14，2个加压斜体14对称设置于螺杆的两侧且安装在螺杆上，一个加压斜体14对应卡位于一内顶杆11内。该锁定***中的第二关节9只能旋转，不能摆动；其锁定原理是：用一个带有螺杆的螺母13螺纹拧紧至第二关节9上，两个带斜面的内顶杆11分别被螺母13上的加压斜体14顶压，内顶杆11被顶住并向安装有球头的这一端传递锁定力，从而锁定两端的球头，即用一个带有螺杆的螺母13即可锁定三关节。但该结构在使用时，存在如下缺陷：

1、上述结构的单个球头的活动度虽然较为灵活，但由于内顶杆11为刚性结构、使内顶杆11与球头只能直线连接并直线传递锁定力，无法与球头纵轴成角，整个锁定***存在活动度小、灵活性差的缺陷；同时由于内顶杆11不能跨球头传递锁定力，故一个螺母最多只能锁定3个串联的关节，其自由度有较大限制；

2、由于要用手来拧动多圈螺丝来锁定或解锁关节，故锁定和解锁速度慢，该***适用于相对不用频繁锁定/解锁的腹腔镜下肝脏牵开手术中，若锁定***夹持的是腹腔镜的镜体，在手术中腹腔镜要经常调整其远近和角度，由于此锁定关节的锁定/解锁速度慢，遇到手术中出血时，若无法及时快速地调整腹腔镜的角度以对准出血点止血，将会影响止血，进而影响手术。

发明内容

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供了一种球头压力锁定装置，本装置在使用时通过动力组件的控制实现气压在流体通道内快速传递，而所述球头组件受到流体通道内部气压与流体通道外部气压差后锁定球即产生一锁定力矩，实现各连杆的同步锁定，锁定时间能够达到1秒以内、锁定速度快。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种球头压力锁定装置，其特征在于：包括动力组件和N个球头组件，N个球头组件按顺序依次连接，与动力组件连接的第1个球头组件作为始端球头，第N个球头组件作为末端球头且在末端球头上安装有待作用物；相邻的两个球头组件之间通过连杆进行连接，所述连杆的内部为中空结构；所述N为≥1的整数；

每一个球头组件均包括有中空套体、内连接头、锁定球和第一密封圈，在锁定球和内连接头的内部均贯穿有通孔，所述内连接头安装在中空套体内，所述锁定球部分***中空套体的内部并安装于中空套体上，所述锁定球与内连接头相互分离设置、且于中空套体内的锁定球的端部与内连接头的端部具有间隙，在锁定球和内连接头的内部均贯穿有通孔，所述第一密封圈套装在锁定球上并位于锁定球的外壁与中空套体的内壁之间。所设计的间隙能保障高压气体能由内连接头上的通孔经间隙后向锁定球上的通孔进行双向流畅传递，并且锁定球在任何位置，这个间隙的有效流通截面积不低于内连接头的通孔以及锁定球的通孔的有效截面积的50％。

所述动力组件通过连杆与始端球头的内连接头连通，始端球头的锁定球通过连杆与下一球头组件连通，各球头组件内的通孔与各连杆的内部相连通后形成一流体通道，所述动力组件向流体通道内输送高压气体，各个锁定球在所述高压气体的作用下进行锁定或解锁动作。所输送的高压气体的压力有所不同，锁定和解锁动作具体是：各个锁定球在所述高压气体的作用下进行不同锁定力的锁定,当气体压力等于外界气压的时候,就完全解锁。在非锁定状态下，所述锁定球可在中空套体的纵向空间上任意摆动，摆角2α为0到120度；且非锁定状态下的所述锁定球，可在中空套体的横截面方向沿着中空套体的内壁周向转动0至360度。

上述方案中，所述中空套体的内径从一端至另外一端由大至小依次设置，包括大口径端和小口径端，所述内连接头位于大口径端，所述锁定球设置于小口径端,所述小口径端的内壁为弧面设置。即小口径端的端部内径略小于锁定球直径,大口径端的的端部内径略大于锁定球的直径。在同等气压下,中空套体的内径越小其对锁定球的锁定力越大,但其内径过小容易造成锁定球的自锁或锁定球脱出。

上述方案中，所述锁定球的外壁相切于中空套体的内壁上，且各切线向中空套体的外部依次延长至相交、得到一圆锥体，该圆锥体的锥角为∠A，3度≤∠A≤20度。将所述锁定球设计为此参数可显著提高锁定力矩，锁定更加牢固，且在锁定状态时不至于锁死。具体是：大于20度锁定力变得太小而不实用，小于3度容易发生自锁、无法进行回位。

上述方案中，所述中空套体的大口径端的内壁上设置有限位螺纹，所述限位螺纹远离锁定球设置，且在内连接头的外壁上设置有与所述限位螺纹相匹配的螺纹。

上述方案中，进一步地，所述球头组件还包括用以密封大口径端的第二密封圈，绕内连接头的外壁环设有一凹槽，所述第二密封圈安装在所述凹槽内。所述第二密封件可将中空套体的大口径端密封，防止流体通道内的气压外泄、以保证整个流体通道均处于完全密闭的状态下。

上述方案中，优选地，所述球头组件和连杆均为硬质金属材质或硬质抗压的高分子材料。

本发明还公开了一种具有球头压力锁定装置的医学支架，具体方案为：包括待作用物、第一输送管和球头压力锁定装置，所述第一输送管的一端与动力组件上的流体接口连接，第一输送管的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，与末端球头上的锁定球相连接的连杆为封闭状态，所述待作用物安装于末端球头上的连杆上；在非锁定状态下，所述待作用物随所述球头锁定装置上的连杆的调节状态进行角度和/或位置的调整；

所述动力组件包括储气罐、空气压缩机、电磁阀和第一压力调节器，所述空气压缩机的输入端与储气罐连接，空气压缩机的输出端经第一压力调节器后与电磁阀的入口连接，所述电磁阀的出口为流体接口，所述流体接口与第一输送管连接，所述电磁阀上连接有控制开关。

所述待作用物具体可以为腹腔镜、吸盘、牵引器、钩子或其他应用场所所需的工具。

本发明还公开了一种具有球头压力锁定装置的医学支架的另一种实施结构，具体如下：

一种具有压力锁定装置的医学支架，包括待作用物、第一输送管、控制***、承托架、控制***和球头压力锁定装置，所述第一输送管的一端与动力组件上的流体接口连接，第一输送管的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，所述球头压力锁定装置上的末端球头连接有一压力自锁活塞组件，所述压力自锁活塞组件的一端接收末端球头输送过来的高压气体，压力自锁活塞组件的另一端在高压气体和控制***的作用下对待作用物进行加压自锁固定，其自锁原理是，控制***中的单向阀让高压气体从末端球头单向流动到气缸，推动活塞锁定待作用物，气体不能倒流，故可以自锁。所述承托架的一端与压力自锁活塞组件连接并沿压力自锁活塞组件的动作方向设置，所述待作用物设置于所述承托架上；非锁定状态下，所述待作用物随所述球头锁定装置上的连杆的调节状态进行角度和/或位置的调整。

所述动力组件包括储气罐、空气压缩机、电磁阀和第一压力调节器，所述空气压缩机的输入端与储气罐连接，空气压缩机的输出端经第一压力调节器后与电磁阀的入口连接，所述电磁阀的出口为流体接口，所述流体接口与第一输送管连接，所述电磁阀上连接有控制开关。

上述方案中，所述压力自锁活塞组件包括气缸、活塞顶杆、活塞、单向阀和排气阀，气缸的入口与单向阀一端连接，单向阀的另一端与球头压力锁定装置上的末端球头组件连杆可拆卸连接，所述活塞安装于气缸内，所述活塞顶杆的一端与活塞连接，活塞顶杆的另一端作为顶压端作用于待作用物的侧部，所述单向阀的入口与末端球头的连杆连接、单向阀的出口与气缸的入口连接，所述排气阀的输入端与单向阀的出口连接、排气阀的输出端与单向阀的入口连接。在锁定球解锁的情况下，打开排气阀，气缸内的气体排入末端球头组件的流体通道，气缸减压，自锁活塞组件解锁，待作用物可以从承托架上取出或调整位置或角度，排气阀将气体排入末端球头内而不排出外界，主要考虑排出的气体可能污染工作区域，特别是在医学场合或其它要求高清洁的应用场合，若要求不高的场合，排气阀可以直接排出外界。

上述方案中，所述控制***包括控制器和控制面板，所述第一压力调节器、电磁阀和第二压力调节器均分别与控制器信号连接，所述控制器的输出端与控制面板连接，所述控制开关包括相互并联设置的脚踏开关和无线遥控器，所述脚踏开关和无线遥控器均与控制器连接，在承托架的远端安装有一无线电发射器，发射器用于发射锁定/解锁信号。

所述待作用物具体可以为腹腔镜、吸盘、钩子或其他应用场所所需的工具。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的球头锁定装置主要由动力组件和N个球头组件构成，所述球头组件具体主要由中空套体、内连接头、锁定球、第一密封圈和第二密封圈构成，在使用时，通过动力组件向流体通道内迅速充入高压气体，各球头组件受到内部气压和外部大气压的相互作用进而产生一压力差，该压力差将锁定球推向低压部分，同时该压力差在垂直于流体通道的方向上分解得到一静摩擦力，所述静摩擦力乘以锁定球的半径得到锁定球的静摩擦力矩，相当于锁定力矩。即通过动力组件的控制同步向流体通道内充入气体，所述球头组件的锁定球就像人体的关节一样，在流体通道内充有气压时即将锁定球锁定，当流体通道内无气压时无锁定力矩产生、各连杆可自由活动。故本发明能够实现各连杆的同步锁定或解锁，锁定时间可由传统的10秒以上降低至1秒内，锁定迅速快捷、操作简单。

2.所述球头组件中的锁定球，在非锁定状态下，所述锁定球可在中空套体的纵向空间上自由摆动，摆角2α为0度到120度，设单个球头组件可调节的角度范围为K，则将N根连杆依次连接得到的锁定装置可调节的范围是(N-1)×K；此外，非锁定状态下的所述锁定球，可在中空套体的横截面方向沿着中空套体的内壁周向转动0至360度，与现有技术相比，安装在本锁定装置上的待作用物可随实际需要来调节使用角度，使用灵活性高、角度调节范围大，使用更为方便。

3.本发明设计的锁定装置设有第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈可将装有锁定球的中空套体的端部封闭，第二密封圈可将装有内连接头的中空套体的端部封闭，故在第一密封圈和第二密封圈的作用下流体通道内的流体不会泄露、同时外界的气压也无法进入流体通道内，保证整个流体通道处于完全密闭的空间，整个锁定装置更加安全稳定、耐用。

4、本发明的锁定装置借助流体自身产生的压力与外界大气压强差的作用原理，实现对N根连杆的同步锁定，无需在单个锁定组件加入电机、活塞等复杂电气件，整体结构简单、成本低。

5、本发明还公开了一种具有球头压力锁定装置的医学支架，包括待作用物、第一输送管和所述的球头压力锁定装置，即将上述球头压力锁定装置应用于医学手术上的医用支架，该结构的医学支架中的末端球头组件的锁定球为密封状态，待作用物直接固定在末端球头组件上即可。该种结构的医学支架具有上述球头压力锁定装置的特点，即对待作用物的锁定时间可由传统10秒以上降低至1秒内，锁定迅速快捷以及调节角度灵活的特点。

6、本发明还公开了另一种具有球头压力锁定装置的医学支架，包括待作用物、第一输送管、压力活塞自锁组件、控制***、承托架和球头压力锁定装置，即将上述球头压力锁定装置应用于医学手术上的医用支架，该结构的医学支架在使用时，末端球头组件的末端不封闭，而是与压力活塞自锁组件连接，待作用物设置于承托架上。该种结构的医学支架具有上述球头压力锁定装置的显著特点外，还能直接用以对待作用物进行固定。即锁定状态时，所述流体通道内的气压一方面将各球头组件、各连杆进行锁定，通过控制气缸上的活塞顶杆将待作用物顶压在承托架上，待作用物的固定无需再另作设置；另一方面在非锁定状态，各连杆的调节角度灵活，待作用物的角度调节范围相应灵活。

7、设置有压力活塞自锁组件、控制***以及球头压力装置的医学支架，通过无线遥控器或脚踏开关控制支架的解锁/锁定状态即可，智能化程度高，使用具有人性化。

附图说明

图1是现有技术中美国型号为NATHANSON腹腔镜下肝脏牵开器的锁定***的剖面结构示意图。

图2是当球头组件为1个时，所述球头压力锁定装置的一种结构示意图。

图3是当球头组件为2个时，所述球头压力锁定装置的一种结构示意图。

图4是单个锁定球头的剖面结构示意图。

图5是本发明具有球头锁定组件的医学支架的结构示意图。

图6是图5中所述动力组件的结构示意图。

图7是2个球头组件反向串接后的剖面结构示意图。

图8是2个球头组件幷接后的剖面结构示意图。

图9是所述球头组件受力锁定的原理示意图。

图10是单个球头组件摆动的一种状态示意图。

图11-1是单个球头组件摆动前的状态示意图。

图11-2是图11-1中的单个球头组件摆动后的状态示意图。

图中标号为：1、流体接口，2、球头组件，2-1、中空套体，2-2、内连接头，2-3、锁定球，2-4、第一密封圈，2-5、第二密封圈，2-6、间隙，2-7、限位螺纹，2-8、通孔；3、第一输送管，4、动力组件，4-1、空气压缩机，4-2、第一压力调节器，4-3、电磁阀，4-4、气缸，4-5、第二压力调节器，4-6、控制器，4-7、无线遥控器，4-8、脚踏开关，4-9、控制面板，4-10、储气罐；5、固定器，6、连杆，7、流体出口，8、第一关节，9、第二关节，10、第三关节，11、内顶杆，12、外顶杆，13、螺母，14、加压斜体，15、待作用物，16、单向阀，17、排气阀，18-1、活塞，18-2、活塞顶杆，19、L形架，20、无线发射器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明的具体实施进一步说明，但不用以限制本发明。

实施例1

一种球头压力锁定装置，包括动力组件4和N个球头组件2，N个球头组件2按顺序依次连接，与动力组件4连接的球头组件2作为始端球头，远离动力组件4且与待作用物15同一端的球头组件2为末端球头。相邻的两个球头组件2之间通过连杆6进行连接，所述连杆6的内部为中空结构。所述N为≥1的整数。所述待作用物15具体可以为腹腔镜、牵开器、钩子或其他应用场所所需的工具。如图2所示，所述球头组件2N的值为1，锁定球2-3的输出端为封闭状态，而待作用物15直接固定在锁定球2-3的输出端连杆6上。

如图3所示，所述球头组件2中N的值为2，锁定球2-3的输出端为非封闭状态。

如图4所示，每一个球头组件2均包括有中空套体2-1、内连接头2-2、锁定球2-3、第一密封圈2-4和第二密封圈2-5。所述内连接头2-2安装在中空套体2-1内，所述锁定球2-3部分***中空套体2-1的内部并安装于中空套体2-1上。所述锁定球2-3与内连接头2-2相互分离设置、且于中空套体2-1内的锁定球2-3的端部与内连接头2-2的端部具有间隙2-6，间隙2-6在锁定球摆动的范围内均有足够的宽度通过流体。在锁定球2-3和内连接头2-2的内部均贯穿有通孔2-8，所述第一密封圈2-4套装在锁定球2-3上并位于锁定球2-3的外壁与中空套体2-1的内壁之间。所述锁定球2-3和内连接头2-2具体还需通过螺纹、螺钉或焊接的方式固定于中空套体2-1上。

所述动力组件4通过连杆6与始端球头的内连接头2-2连通，始端球头的锁定球2-3通过连杆6与下一球头组件2连通。各球头组件2内的通孔2-8与各连杆6的内部相连通后形成一流体通道。所述动力组件4向流体通道内输送高压气体，所述高压气体具体是经压缩后的空气。各个锁定球2-3在流体通道内的高压气体的作用下进行锁定或解锁动作。非锁定状态下，所述锁定球2-3可在中空套体2-1的纵向空间自由摆动，摆角2α为0度到120度。

如图10所示，在纵向方向上，以中空套体2-1的内部(即通孔2-8)为中心(即O)，锁定球2-3在中空套体2-1的纵向空间上从中心位置向中空套体2-1的右侧内壁摆动α角，此摆动范围是0至60度。即不管锁定球2-3不管是朝哪一个方向的摆动，从中空套体2-1的中心向中空套体2-1的内壁一侧摆动的α角为0度至60度，摆角α乘以2,记为2α，2α为0度到120度。此α角的大小与连杆的规格大小以及锁定角∠A的大小有关，经本发明人研究，因为球头连杆的直径是摆角大小的限制因素，2α角在120度以内比较实用，超过120度会造成球头连杆直径过小，造成结构强度的下降，实用性也下降。

在中空套体2-1的纵向方向上，若锁定球2-3从中空套体2-1内壁的一侧摆动至中空套体2-1内壁的另一侧，如图11-1、图11-2所示。具体如图所示，从中空套体2-1的右侧(即O1)向中空套体2-1的左侧(即O2)内壁摆动，该摆动角度为2α角，2α为0度到120度。

需要说明的是：上述对锁定球2-3的摆动角度的示意说明仅从图进行具体说明而已，不用以对α的限制，连杆1随锁定球体的转动实际可在纵向方向上进行任意的摆动。

本球头锁定装置与现有技术的球头具有一样的功能：非锁定状态下的所述锁定球2-3，可在中空套体2-1的横截面方向沿着中空套体2-1的内壁周向转动0至360度。

设单个球头组件2可调节的角度范围为K，则将N个球头组件2依次连接得到的球头锁定装置可调节的范围是(N-1)×K。

如图9所示，当所述锁定球2-3为球体结构时，所述锁定球2-3的外壁相切于中空套体2-1的内壁上，且各切线向中空套体2-1的外部依次延长至相交、得到一圆锥体，该圆锥体的锥角为∠A，3度≤∠A≤20度。将所述锁定球2-3设计为此参数可显著提高锁定力矩，锁定更加牢固，且在锁定状态时不至于锁死。

本实施例中，所述中空套体2-1的内径从一端至另外一端由大至小依次设置，包括大口径端和小口径端，所述小口径端的内壁为弧面设置。所述内连接头2-2位于大口径端，所述锁定球2-3设置于小口径端。将中空套体2-1设计为一端大、另一端小，可以使锁定球2-3在安装时从大口径端穿入，但锁定球2-3无法从小口径端滑出，同时被小口径端上的第一密封圈2-4密封。

所述中空套体2-1的大口径端的内壁上设置有限位螺纹2-7，所述限位螺纹2-7远离锁定球2-3设置，且在内连接头2-2的外壁上设置有与所述限位螺纹2-7相匹配的螺纹。所述限位螺纹2-7用于在安装内连接头2-2时，起到卡位的作用，起到内连接头2-2与锁定球2-3一直保持设置的间隙2-6距离。

所述设置的第二密封圈2-5的安装方式为：绕内连接头2-2的外壁环设有一凹槽，所述第二密封圈2-5安装在所述凹槽内。所述第二密封件可将中空套体2-1的大口径端密封，防止流体通道内的气压外泄、以保证整个流体通道均处于完全密闭的状态下。

所设置的第一密封圈2-4和第二密封圈2-5均为耐磨的软质O圈，所述第一密封圈2-4将锁定球2-3这一端的中空套体2-1密封，第二密封圈2-5将内连接头2-2这一端的中空套体2-1密封，在第一密封圈2-4和第二密封圈2-5的配合使用下，能够保证整个流体通道处于完全密闭的环境，故能够保证锁定装置的锁定稳定性。并且第一密封圈2-4的设置还能保证锁定球2-3处于转动/摆动状态时，还能一直保持对中空套体2-1的密封。

所述球头组件2和连杆6均为硬质金属材质或硬质抗压的高分子材料。

作为优选实施方式，当所述球头组件2的数量大于或等于2时，所述球头组件2可先进行串接、或并接、亦或是串并混接后，再连接在两根相邻的连杆6之间。为节约成本和简化锁定装置结构的目的，所述球头组件2的数量一般为1个即可达到锁定目的。采用2个或2个以上是为了提高整个锁定装置的调节角度的灵活性，当为2个或2个以上的球头组件2时，如图7所示，为两个球头组件2的串联示意图；如图8所示，为两个球头组件2并联的结构示意图，当所述锁定球2-3为球体时，单个连杆6角度的调节和摆动组合更为灵活，即所述球头压力锁定装置可调节的角度范围可由原来的K变为2K，则将N根连杆6依次连接得到的锁定件可调节的范围是2(N-1)×K。当然，对于3个以上的球头组件2的连接方式不在此一一列举，凡在本发明的意旨范围内均落入本发明的保护范围。

进一步地，所述动力组件4具体包括储气罐4-10、空气压缩机4-1、开关、二位三通电磁阀、压力阀等，所述动力组件4具体能够向流体通道内充入具有一定压力的气压即可，不作唯一限定。

本发明在使用时：令所述锁定球2-3的直径为20mm，锥角为8度；启动动力组件4工作，具体是空气压缩机4-1通电并产生气压，打开二位三通电磁阀，在压力阀的控制下，向中空结构的连杆6内输送2.0mpa的压力，由于各连杆6和各球头组件2通过流体通道相互连通，2.0mpa的压力依次快速传递至各连杆6内，每个球头组件2上的锁定球2-3均受到27牛顿米的锁定力矩，即在密闭的流体通道内通过充入具有一定强度的压力，即可同时锁定各个锁定球2-3，从而将各连杆6定住。经本发明人的模型试验，当N＝5，锁定球2-3体＝4时，通过控制电磁阀4-3的通电和断电可以实现1秒内的锁定或解锁，具备超过人的肩、肘和腕关节三关节串联***的自由度。

所述锁定球2-3的受力锁定的原理示意图，如图9所示：该球体的球心为O1，CD是球体的直径(即第一密封圈2-4的安装位置)、球体的半径为R1，以球头与中空套体2-1的接触面中的接触点作为相切点，并做切线向中空套体2-1外延长相交于A点，得到一圆锥体，图9所示的相切圆心为O2，EF为其直径，半径为R2为该圆锥体的一种剖面结构示意图。图中所示EF平行CD。即所述锁定球2-3的外壁相切于中空套体2-1的内壁上，且各切线向中空套体2-1的外部依次延长至相交、得到一圆锥体，该圆锥体的锥角为∠A，3度≤∠A≤20度。两个圆的参数，具体为：O1到O2长度是R1的0.026到0.174倍。

本锁定装置中的锁定球2-3为球体时，是利用第一密封圈2-4将球体分为两个相互密闭部分，与流体通道连接部分接入压力流体，产生压力差f1，压力差将球体推向低压部分，由于锥度的原因，产生的压力差f1的n倍(∠A在3度到20度时是38.2倍到5.7倍)垂直于球头的球面的压力f2，所产生的静摩擦力等于f2乘以摩擦系数。静摩擦力乘以球体的半径等于静摩擦力矩，相当于锁定力矩，即动力组件4启动，流体通道内瞬间充满气压，然后在各个球头组件2上的锁定球2-3依次受力产生一锁定力矩，瞬间受力被锁定，各连杆6在调节至适宜角度后瞬间被锁定。

所述锁定球2-3的锁定点(即球体与中空套体2-1的接触点)位于接近球体最大圆的一个圆内，和常见的顶杆方式锁定方式的球头组件2的顶杆顶在球头的一个面不同，不管是围绕连杆6长轴旋转或摆动，各向的锁定力矩大致相等，锁定稳定而可靠。

实施例2

一种具有球头压力锁定装置的医学支架，包括待作用物15、第一输送管3和球头压力锁定装置，所述第一输送管3的一端与动力组件4上的流体接口1连接，第一输送管3的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，所述球头压力锁定装置上的末端球头的锁定球2-3为封闭状态，所述待作用物15安装于末端球头上。在非锁定状态下，所述待作用物15随所述球头锁定装置上的连杆6调节状态进行角度和/或位置的调整。

所述动力组件4包括储气罐4-10、空气压缩机4-1、电磁阀4-3和第一压力调节器4-2，所述空气压缩机4-1的输入端与储气罐4-10连接，空气压缩机4-1的输出端经第一压力调节器4-2后与电磁阀4-3的入口连接，所述电磁阀4-3的出口为流体接口1，所述流体接口1与第一输送管3连接，所述电磁阀4-3上连接有控制开关。

所述待作用物15具体可以为腹腔镜、吸盘、钩子或其他应用场所所需的工具。

本实施例中，所述电磁阀4-3具体为二位三通电磁阀。

在第一输送管3的侧部安装有一固定器5，用于辅助固定第一输送管3的作用。

本发明的工作流程包括如下步骤：

1、锁定：第一压力调节器4-2提供锁定力矩，先将锁定球2-3调整至合适位置后，按下控制开关，即当二位三通电磁阀接通，动力组件4接通，高压气体经第一输送管道3后依次通入流体通道内并依次输送至各球头组件2内，各球头组件2上的锁定球2-3受到流体通道内的气压和外界气压的相互作用，产生一垂直于流体通道的横向气压，该横向气压继而产生一锁定力矩，将锁定球2-3锁定，从而将与锁定球2-3相连接的连杆6固定，继而实现锁定医学支架的同时，即可达到锁定安装于末端球头上的待作用物15的功能。

2、解锁：若手术过程不再需要调整待作用物15的位置和/或角度时，按下控制开关，即当二位三通电磁阀关闭，动力组件4不再向流体通道内输送气压，同时将流体通道内的气压进行回流，达到降压/泄压的作用，继而各球头组件2中的锁定球2-3没有气压的作用，无锁定力矩，各球头瞬间被解锁，即可使医学支架处于非锁定状态。

实施例3

如图5所示，一种具有球头压力锁定装置的医学支架，包括待作用物15、第一输送管3、控制***、承托架和球头压力锁定装置，所述第一输送管3的一端与动力组件4上的流体接口1连接，第一输送管3的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，所述球头压力锁定装置上的末端球头连接有一压力自锁活塞组件，即末端球头上的锁定球2-3端即为流体出口7。所述压力自锁活塞组件的一端接收末端球头输送过来的高压气体，压力自锁活塞组件的另一端在高压气体和控制***的作用下进行往复伸缩动作，所述承托架的一端与压力自锁活塞组件连接并沿压力自锁活塞组件的伸缩方向设置。所述待作用物15设置于所述承托架上。非锁定状态下，所述待作用物15随所述球头锁定装置上的连杆6调节状态进行角度和/或位置的调整，且处于锁定状态的待作用物15通过压力自锁活塞组件进行固定。

所述动力组件4包括储气罐4-10、空气压缩机4-1、电磁阀4-3和第一压力调节器4-2，所述空气压缩机4-1的输入端与储气罐4-10连接，空气压缩机4-1的输出端经第一压力调节器4-2后与电磁阀4-3的入口连接，所述电磁阀4-3的出口为流体接口1，所述流体接口1与第一输送管3连接，所述电磁阀4-3上连接有控制开关。

如图6所示，所述压力自锁活塞组件是用于快速锁定和解锁待作用物15。本实施例中，进一步地，所述压力自锁活塞组件包括气缸4-4、活塞顶杆18-2、活塞18-1、单向阀16和排气阀17，所述气缸4-4的控制端与电磁阀4-3连接，气缸4-4的入口与球头压力锁定装置上的末端球头可拆卸连接，气缸4-4的出口安装有第二压力调节器4-5，所述活塞18-1安装于气缸4-4内，所述活塞顶杆18-2的一端与活塞18-1连接，活塞顶杆18-2的另一端作为顶压端作用于待作用物15的侧部，所述单向阀16的入口与末端球头的连杆6连接、单向阀16的出口与气缸4-4的入口连接，所述排气阀17的输入端与单向阀16的出口连接、排气阀17的输出端与单向阀16的入口连接。

所述控制***包括控制器4-6和控制面板4-9，所述第一压力调节器4-2、电磁阀4-3和第二压力调节器4-5均分别与控制器4-6信号连接，所述控制器4-6的输出端与控制面板4-9连接，所述控制开关包括相互并联设置的脚踏开关4-8和无线遥控器4-7，所述脚踏开关4-8和无线遥控器4-7均与控制器4-6连接。在承托架的侧部安装有一无线发射器20，用以发射锁定/解锁信号。第二压力调节器4-5提供解锁时的力矩，解锁的压力可以为0到接近与锁定的压力。

所述电磁阀4-3为二位三通电磁阀。

所述承托架为L形架19。在第一输送管3的侧部安装有一固定器5，用于辅助固定第一输送管3的作用。

本发明的工作流程包括如下步骤：

1、整体锁定：1)第一压力调节器4-2提供锁定力矩，先将锁定球2-3调整至合适位置后，按下控制开关，即当二位三通电磁阀接通，动力组件4接通，含一定压力的空气经第一输送管3道后依次通入流体通道内并依次输送至各球头组件2内，各球头组件2上的锁定球2-3受到流体通道内的气压和外界气压的相互作用，产生一垂直于流体通道的横向气压，该横向气压继而产生一锁定力矩，将锁定球2-3锁定，从而将与锁定球2-3相连接的连杆6固定。2)各锁定球2-3、连杆6瞬间被气压锁定的同时，末端球头中的气压经单向阀16流入气缸4-4内，气缸4-4受到气压的冲击力推动活塞顶杆18-2伸出，即可顶住L形架19上的待作用物15的侧面，继而实现同时锁定医学支架和待作用物15的功能。

2、球头组件2的解锁：若手术过程不再需要调整待作用物15的位置和/或角度时，可进行球头组件2的解锁操作，即将二位三通电磁阀关闭，各球头组件2将断开与第一压力调节器4-2连接并且流体通道内被降压或泄压，锁定球2-3没有气压的作用，无锁定力矩，进而各球头瞬间被解锁；

3、待作用物15的锁定状态的保持：所述待作用物15在球头组件2解锁状态下，所述压力自锁活塞组件仍可将待作用物15保持锁定状态，具体是：所述压力自锁活塞组件在工作时，由于采用的单向阀16为单向结构，压力单向往活塞顶杆18-2方向传递，推动活塞18-1加压待作用物15并锁定；当各球头组件2(包括末端球头)上的锁定压力解除后，气缸4-4内继续充有空气，活塞18-1内的压力还保持，活塞顶杆18-2还持续夹持待作用物15；

4、待作用物15的解锁：工作时所述气缸4-4的压力由第二压力稳定器所设定，这个力矩可以为零，解锁力矩的存在是为了保持在解锁状态下的各个球头的姿态，如不需要，可以设为零。即完成手术或需要放开待作用物15时，打开排气阀17，将气缸4-4内的空气经末端球头排放至流体通道内，如此操作才能降低气缸4-4的压力，起到解除待作用物15的锁定功能。

上述步骤4中的单向阀16和排气阀17的连接结构可起到的作用有：气缸4-4内的空气经排气阀17后排放至流体通道内，一方面起到循环利用的作用，另一方面可防止气体排出至外界污染手术区域的作用。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种球头压力锁定装置，其特征在于：包括动力组件和N个球头组件，N个球头组件按顺序依次连接，与动力组件连接的第1个球头组件作为始端球头，第N个球头组件作为末端球头且在末端球头上安装有待作用物；相邻的两个球头组件之间通过连杆进行连接，所述连杆的内部为中空结构；所述N为＞1的整数；

每一个球头组件均包括有中空套体、内连接头、锁定球和第一密封圈，所述内连接头安装在中空套体内，所述锁定球部分***中空套体的内部并安装于中空套体上，所述锁定球与内连接头相互分离设置、且于中空套体内的锁定球的端部与内连接头的端部具有间隙，在锁定球和内连接头的内部均贯穿有通孔，所述第一密封圈套装在锁定球上并位于锁定球的外壁与中空套体的内壁之间；

所述动力组件通过连杆与始端球头的内连接头连通，始端球头的锁定球通过连杆与下一球头组件连通，各球头组件内的通孔与各连杆的内部相连通后形成一流体通道，所述动力组件向流体通道内输送高压气体，各个锁定球在所述高压气体的作用下进行锁定或解锁动作；在非锁定状态下，所述锁定球可在中空套体的纵向空间上自由摆动，摆角2α为0度到120度，且非锁定状态下的所述锁定球，可在中空套体的横截面方向沿着中空套体的内壁周向转动0至360度；

所述中空套体的内径从一端至另外一端由大至小依次设置，包括大口径端和小口径端，所述小口径端的内壁为弧面设置；所述内连接头位于大口径端，所述锁定球设置于小口径端；

所述锁定球的外壁相切于中空套体的内壁上，且各切线向中空套体的外部依次延长至相交、得到一圆锥体，该圆锥体的锥角为∠A，3度≤∠A≤20度；

所述中空套体的大口径端的内壁上设置有限位螺纹，在内连接头的外壁上设置有与所述限位螺纹相匹配的螺纹；

所述球头组件还包括用以密封大口径端的第二密封圈，绕内连接头的外壁环设有一凹槽，所述第二密封圈安装在所述凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种球头压力锁定装置，其特征在于：所述球头组件和连杆均为硬质金属材质或硬质抗压的高分子材料。

3.一种具有球头压力锁定装置的医学支架，其特征在于：包括待作用物、第一输送管和如权利要求1所述的球头压力锁定装置，所述第一输送管的一端与动力组件上的流体接口连接，第一输送管的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，与末端球头上的锁定球相连接的连杆为封闭状态，所述待作用物安装于末端球头上的连杆上；在非锁定状态下，所述待作用物随所述球头压力锁定装置上的连杆的调节状态进行角度和/或位置的调整；

所述动力组件包括储气罐、空气压缩机、电磁阀和第一压力调节器，所述空气压缩机的输入端与储气罐连接，空气压缩机的输出端经第一压力调节器后与电磁阀的入口连接，所述电磁阀的出口为流体接口，所述流体接口与第一输送管连接，所述电磁阀上连接有控制开关。

4.一种具有压力锁定装置的医学支架，其特征在于：包括待作用物、第一输送管、控制***、承托架、控制***和如权利要求1所述的球头压力锁定装置，所述第一输送管的一端与动力组件上的流体接口连接，第一输送管的另一端与球头压力锁定装置上的始端球头连接，所述球头压力锁定装置上的末端球头连接有一压力自锁活塞组件，所述压力自锁活塞组件的一端接收末端球头输送过来的高压气体，压力自锁活塞组件的另一端在高压气体和控制***的作用下对待作用物进行加压自锁固定，所述承托架的一端与压力自锁活塞组件连接并沿压力自锁活塞组件的动作方向设置，所述待作用物设置于所述承托架上；非锁定状态下，所述待作用物随所述球头锁定装置上的连杆的调节状态进行角度和/或位置的调整；

所述动力组件包括储气罐、空气压缩机、电磁阀和第一压力调节器，所述空气压缩机的输入端与储气罐连接，空气压缩机的输出端经第一压力调节器后与电磁阀的入口连接，所述电磁阀的出口为流体接口，所述流体接口与第一输送管连接，所述电磁阀上连接有控制开关。

5.根据权利要求4所述的一种具有球头压力锁定装置的医学支架，其特征在于：所述压力自锁活塞组件包括气缸、活塞顶杆、活塞、单向阀和排气阀，气缸的入口与单向阀一端连接，单向阀的另一端与球头压力锁定装置上的末端球头连杆可拆卸连接，所述活塞安装于气缸内，所述活塞顶杆的一端与活塞连接，活塞顶杆的另一端作为顶压端作用于待作用物的侧部，所述单向阀的入口与末端球头的连杆连接、单向阀的出口与气缸的入口连接，所述排气阀的输入端与单向阀的出口连接、排气阀的输出端与单向阀的入口连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有球头压力锁定装置的医学支架，其特征在于：所述控制***包括控制器和控制面板，所述第一压力调节器、电磁阀和第二压力调节器均分别与控制器信号连接，所述控制器的输出端与控制面板连接，所述控制开关包括相互并联设置的脚踏开关和无线遥控器，所述脚踏开关和无线遥控器均与控制器连接，在承托架的远端安装有一无线电发射器。