CN112128224B - 一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，包括操作手柄壳体（1）、柔性关节（2）、柔锁（3）、调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6），所述调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6）均布置于操作手柄壳体（1）内，所述柔性关节（2）与柔锁（3）适配连接，且柔锁（3）一端穿入操作手柄壳体（1）内与调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6）联动配合。本发明将柔锁驱动分为三大部分（调节组件、缓冲组件和后端控制机构），方便工人安装，减少成本，同时通过本发明柔锁驱动的方式，能够满足柔性关节不同的应用情况。

Description

一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种利用柔锁驱动微创手术内窥镜产品的柔性关节运动的装置。

背景技术

目前柔性关节主要有弹簧本体柔性关节、全方位柔性关节、万向节式柔性关节以及橡胶弹性柔性关节。而各类柔性关节的驱动方式大致可分为气动肌肉式驱动、气动蠕动式驱动、柔锁驱动和功能材料驱动。其中柔锁驱动能够使柔性关节产生多自由度运动，使得柔性关节的柔韧度增加。而当柔性关节通过柔锁驱动来实现运动时，对每一根柔锁拉力的一致性有严格要求，安装过程中很难保证；并且对相对应两根柔锁的前后运动距离也有要求，一般是通过电机来实现精确控制，但是这样做限制了后端结构的设计，使得整体设计很臃肿、不轻巧。另外当我们通过设计后端结构去控制柔锁运动位置时，又无法忽略几根柔锁存在缠线的问题，而不得不去对整体内部结构做设计，增加了设计的难度。因此，亟需本领域技术人员研究出一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足，提供了一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，包括操作手柄壳体、柔性关节、柔锁、调节组件、缓冲组件和后端控制机构，所述调节组件、缓冲组件和后端控制机构均布置于操作手柄壳体内，所述柔性关节与柔锁适配连接，且柔锁一端穿入操作手柄壳体内与调节组件、缓冲组件和后端控制机构联动配合；

所述柔锁包括二组，分为前端部柔锁和后端部柔锁,且每组柔锁数量为至少四个，其中：

所述调节组件包括设置于操作手柄壳体一端部的引导管、设置于操作手柄壳体内壁上的第一固定件、设置于操作手柄壳体内壁上的第一调节件和第二调节件，所述第一调节件与第二调节件适配连接，所述引导管的轴向中心线与第一固定件轴向中心线的延长线在同一直线上，所述第一固定件外侧壁设置有第一锁卡结构，所述第一锁卡结构上卡接有弹簧件，所述前端部柔锁一端依次穿过引导管、弹簧件，使得前端部柔锁在弹簧件内自由前后运动，所述前端部柔锁适配地连接于第一调节件的前端，所述第二调节件后端与后端部柔锁适配连接；

所述缓冲模块包括设置于操作手柄壳体内壁上的第二固定件，所述第二固定件外侧设置有第二锁卡结构，所述第二锁卡结构上卡接有导向管，所述后端部柔锁一端穿过导向管，使得后端部柔锁在导向管内自由前后运动，所述导向管上设置有多个转向偏转点；

所述后端控制机构包括虎克铰，所述虎克铰包括基座、限位圈和调节杆，所述调节杆内腔设置有一内球面，并与设置于基座上的外球面适配地卡扣设置，形成一球形关节，使得调节杆围绕基座的外球面周向运动，所述基座的外球面上有凹槽，所述限位圈内侧壁上还设置有圆柱凸台，所述限位圈设置于外球面上，通过限位圈将调节杆的内球面锁在基座的外球面上以锁住调节杆的径向运动，且所述圆柱凸台卡设于凹槽内以锁住调节杆的轴向旋转运动；

所述调节杆一端面等距设置有固定凹槽,所述基座通过一长形销钉固定设置于操作手柄壳体上，所述长形销钉两端分别贯穿于设置在基座上的第一固定部和第二固定部上；

还包括设置于操作手柄壳体上的第三固定件和第四固定件，所述第三固定件、第四固定件均通过一短形销钉固定设置于操作手柄壳体上，且第三固定件和第四固定件布置于基座两侧，所述导向管末端出口分别固定于第三固定件、第四固定件以及长形销钉两端的第一固定部、第二固定部的位置处，所述后端部柔锁端部从导向管末端出口位置引出后，分别固定设置于固定凹槽内。

进一步的，所述第一调节件和第二调节件均用于固定柔锁的径向自由度。

进一步的，所述第一调节件与第二调节件通过螺纹适配连接。

进一步的，所述导向管末端出口正交等距分布于后端控制机构的轴线周围。

进一步的，所述导向管为导向弹簧管或者导向软管。

基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：

本发明采用基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，整体结构简单轻巧，方便工人安装，利用虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动，稳定性较好，柔锁驱动能够使柔性关节产生多自由度运动，使得柔性关节的柔韧度增加，能够满足柔性关节不同的应用情况；将柔锁驱动分为三大部分（调节组件、缓冲组件和后端控制机构），调节组件实现了对各根柔锁拉力的调节，能够保证所有柔锁拉力的一致性，同时也起到保护柔锁、调节柔锁位置的作用；缓冲组件主要是连接调节组件与后端控制机构，由于不同的后端结构设计原因，柔锁在运动以及到达后端控制机构的过程中，会有缠线、断裂的风险，此时通过选择导向弹簧管或者导向软管去保护柔锁，能够增加柔锁运动过程中的稳定性以及使用寿命，同时缓冲组件还对柔锁起到一个导向的作用，通过导向弹簧管或者导向软管去引导各根柔锁到达想去的位置，并与后端控制机构连接，从而来保证每根柔锁在驱动过程中稳定的状态，解决柔锁的缠线问题。

附图说明

图1为本发明基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置的结构示意图。

图2为本发明导向管的结构示意图。

图3为本发明导向管转向偏转点的结构示意图。

图4为本发明基座的结构示意图。

图5为本发明调节杆的结构示意图。

图6为本发明限位圈的结构示意图。

图7为本发明第一固定件、第一锁卡结构与弹簧件的结构配合示意图。

图中：1.操作手柄壳体，2.柔性关节，3.柔锁，3a.前端部柔锁，3b.后端部柔锁，4.调节组件，401.引导管，402.第一固定件，403.第一调节件，404.第二调节件，405.第一锁卡结构，406.弹簧件，5.缓冲组件，501.第二固定件，502.第二锁卡结构，503.导向管，504.第三固定件，505.第四固定件，6.后端控制机构，601.基座，602.限位圈，603.调节杆，604.内球面，605.外球面，606.凹槽，607.圆柱凸台，608.固定凹槽，609.长形销钉，610.第一固定部，611.第二固定部，612.短形销钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

如图1-图7所示，一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，包括操作手柄壳体1、柔性关节2、柔锁3、调节组件4、缓冲组件5和后端控制机构6，所述调节组件4、缓冲组件5和后端控制机构6均布置于操作手柄壳体1内，所述柔性关节2与柔锁3适配连接，且柔锁3一端穿入操作手柄壳体1内与调节组件4、缓冲组件5和后端控制机构6联动配合；

所述柔锁3包括二组，分为前端部柔锁3a和后端部柔锁3b,且每组柔锁数量为至少四个，其中：

所述调节组件4包括设置于操作手柄壳体1一端部的引导管401、设置于操作手柄壳体1内壁上的第一固定件402、设置于操作手柄壳体1内壁上的第一调节件403和第二调节件404，所述第一调节件403与第二调节件404适配连接，所述引导管401的轴向中心线与第一固定件402轴向中心线的延长线在同一直线上，所述第一固定件402外侧壁设置有第一锁卡结构405，所述第一锁卡结构405上卡接有弹簧件406，所述前端部柔锁3a一端依次穿过引导管401、弹簧件406，使得前端部柔锁3a在弹簧件406内自由前后运动，并且通过弹簧件406保护前端部柔锁3a，所述前端部柔锁3a适配地连接于第一调节件403的前端，所述第二调节件404后端与后端部柔锁3b适配连接；

所述缓冲模块5包括设置于操作手柄壳体1内壁上的第二固定件501，所述第二固定件501外侧设置有第二锁卡结构502，所述第二锁卡结构502上卡接有导向管503，所述后端部柔锁3b一端穿过导向管503，使得后端部柔锁3b在导向管503内自由前后运动，所述导向管503上设置有多个转向偏转点n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8、n9、n10、n11；

所述后端控制机构6包括虎克铰，所述虎克铰包括基座601、限位圈602和调节杆603，所述调节杆603内腔设置有一内球面604，并与设置于基座601上的外球面605适配地卡扣设置，形成一球形关节，使得调节杆603围绕基座601的外球面周向运动，所述基座601的外球面605上有两个凹槽606，所述限位圈602内侧壁上还设置有两个圆柱凸台607，所述限位圈602设置于外球面605上，通过限位圈602将调节杆603的内球面锁在基座601的外球面上以锁住调节杆603的径向运动，且所述圆柱凸台607卡设于凹槽606内以锁住调节杆603的轴向旋转运动；

所述调节杆603一端面等距设置有固定凹槽608,所述基座601通过一长形销钉609固定设置于操作手柄壳体1上，所述长形销钉609两端分别贯穿于设置在基座601上的第一固定部610和第二固定部611上；

还包括设置于操作手柄壳体1上的第三固定件504和第四固定件505，所述第三固定件504、第四固定件505均通过一短形销钉612固定设置于操作手柄壳体1上，且第三固定件504和第四固定件505布置于基座601两侧，所述导向管503末端出口x1、x2、x3、x4分别固定于第三固定件504、第四固定件505以及长形销钉609两端的第一固定部610、第二固定部611的位置处，所述后端部柔锁3b端部从导向管503末端出口x1、x2、x3、x4位置引出后，分别固定设置于固定凹槽608内。

所述第一调节件403和第二调节件404均用于固定柔锁3的径向自由度。

所述第一调节件403与第二调节件404通过螺纹适配连接，通过对应第一调节件403与第二调节件404之间的螺纹来调节柔锁的松紧。

所述导向管503末端出口x1、x2、x3、x4正交等距分布于后端控制机构6的轴线周围。所述导向管503为导向弹簧管或者导向软管，通过导向弹簧管或者导向软管去引导各根柔锁到达想去的位置。

利用虎克铰控制各根柔锁的松紧变化，从而达到驱动柔性关节运动的目的。

使用时，通过操控调节杆603，调节杆603围绕基座601的外球面605周向运动，进而与固定凹槽608固定连接的后端部柔锁3b进行运动，后端部柔锁3b在导向管503内自由前后运动，通过导向管503去引导各根柔锁到达想去的位置，所述导向管503上设置有多个转向偏转点n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8、n9、n10、n11，并经过缓冲模块5、调节组件4的联动配合，实现了对各根柔锁拉力的调节，能够保证柔性关节在不同的应用情况下对柔锁拉力的需求，同时其本身也起到保护柔锁、调节柔锁位置的作用。

上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，其特征在于：包括操作手柄壳体（1）、柔性关节（2）、柔锁（3）、调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6），所述调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6）均布置于操作手柄壳体（1）内，所述柔性关节（2）与柔锁（3）适配连接，且柔锁（3）一端穿入操作手柄壳体（1）内与调节组件（4）、缓冲组件（5）和后端控制机构（6）联动配合；

所述柔锁（3）包括二组，分为前端部柔锁（3a）和后端部柔锁（3b）,且每组柔锁数量为至少四个，其中：

所述调节组件（4）包括设置于操作手柄壳体（1）一端部的引导管（401）、设置于操作手柄壳体（1）内壁上的第一固定件（402）、设置于操作手柄壳体（1）内壁上的第一调节件（403）和第二调节件（404），所述第一调节件（403）与第二调节件（404）适配连接，所述引导管（401）的轴向中心线与第一固定件（402）轴向中心线的延长线在同一直线上，所述第一固定件（402）外侧壁设置有第一锁卡结构（405），所述第一锁卡结构（405）上卡接有弹簧件（406），所述前端部柔锁（3a）一端依次穿过引导管（401）、弹簧件（406），使得前端部柔锁（3a）在弹簧件（406）内自由前后运动，所述前端部柔锁（3a）适配地连接于第一调节件（403）的前端，所述第二调节件（404）后端与后端部柔锁（3b）适配连接；

所述缓冲组件（5）包括设置于操作手柄壳体（1）内壁上的第二固定件（501），所述第二固定件（501）外侧设置有第二锁卡结构（502），所述第二锁卡结构（502）上卡接有导向管（503），所述后端部柔锁（3b）一端穿过导向管（503），使得后端部柔锁（3b）在导向管（503）内自由前后运动，所述导向管（503）上设置有多个转向偏转点（n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8、n9、n10、n11）；

所述后端控制机构（6）包括虎克铰，所述虎克铰包括基座（601）、限位圈（602）和调节杆（603），所述调节杆（603）内腔设置有一内球面（604），并与设置于基座（601）上的外球面（605）适配地卡扣设置，形成一球形关节，使得调节杆（603）围绕基座（601）的外球面周向运动，所述基座（601）的外球面（605）上有凹槽（606），所述限位圈（602）内侧壁上还设置有圆柱凸台（607），所述限位圈（602）设置于外球面（605）上，通过限位圈（602）将调节杆（603）的内球面锁在基座（601）的外球面上以锁住调节杆（603）的径向运动，且所述圆柱凸台（607）卡设于凹槽（606）内以锁住调节杆（603）的轴向旋转运动；

所述调节杆（603）一端面等距设置有固定凹槽（608）,所述基座（601）通过一长形销钉（609）固定设置于操作手柄壳体（1）上，所述长形销钉（609）两端分别贯穿于设置在基座（601）上的第一固定部（610）和第二固定部（611）上；

还包括设置于操作手柄壳体（1）上的第三固定件（504）和第四固定件（505），所述第三固定件（504）、第四固定件（505）均通过一短形销钉（612）固定设置于操作手柄壳体（1）上，且第三固定件（504）和第四固定件（505）布置于基座（601）两侧，所述导向管（503）末端出口（x1、x2、x3、x4）分别固定于第三固定件（504）、第四固定件（505）以及长形销钉（609）两端的第一固定部（610）、第二固定部（611）的位置处，所述后端部柔锁（3b）端部从导向管（503）末端出口（x1、x2、x3、x4）位置引出后，分别固定设置于固定凹槽（608）内。

2.根据权利要求1所述的基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，其特征在于：所述第一调节件（403）和第二调节件（404）均用于固定柔锁（3）的径向自由度。

3.根据权利要求1所述的基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，其特征在于：所述第一调节件（403）与第二调节件（404）通过螺纹适配连接。

4.根据权利要求1所述的基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，其特征在于：所述导向管（503）末端出口（x1、x2、x3、x4）正交等距分布于后端控制机构（6）的轴线周围。

5.根据权利要求1所述的基于虎克铰控制柔锁驱动柔性关节运动的装置，其特征在于：所述导向管（503）为导向弹簧管或者导向软管。