CN218440089U - 连接装置及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种连接装置，用于连接第一装置和第二装置，包括：第一连接件、第二连接件和锁紧件，第一连接件一端用于连接第一装置，另一端具有接纳部和第一限位部；第二连接件一端用于连接第二装置，另一端从外部套设于接纳部并与接纳部轴孔配合，第二连接件具有第二限位部，第一限位部和第二限位部被构造为在第二连接件套设至接纳部的过程中彼此抵靠以限定套设深度；锁紧件，可动地设置于第二连接件，锁紧件并被配置为在相对于第二连接件活动时能挤压第一连接件和第二连接件，以使第一限位部和第二限位部之间压紧。通过第一连接件、第二连接件以及锁紧件的设置，使第一装置和第二装置的连接更加便捷。

Description

连接装置及手术机器人

技术领域

本公开涉及医疗器械领域，具体涉及连接装置及手术机器人。

背景技术

机器人辅助的外科手术中，机器人臂末端连接搭载有手术工具的执行器，机器人臂可自主的或在医生的推动下运动以将手术工具移动至目标位置处。手术中，末端执行器刚性连接至机器人臂的末端臂，并且该连接需要稳定可靠。一方面末端执行器与机器人臂的稳定可靠的刚性连接保证了机器人臂能够较精确将手术工具地移动或定位至目标位置。另一方面，基于可靠稳定的刚性连接，手术工具在切割质地坚硬的骨组织时，末端执行器和机器人臂的连接不易因振动松动，一定程度上保证了手术工具的切割精度。

在传统的机器人***中，末端执行器通常通过螺钉紧固的方式固定在机器人臂的末端，通过螺钉的预紧力保证紧固效果。这种紧固方式需要人工对螺钉施加足够大的外力才能产生预定的预紧力，操作较为费力；另外，足够长的螺纹配合段才能保证有足够多的螺牙分担预紧力，因此在旋紧螺钉时需要驱动螺钉旋转很多转。若螺钉数量较多，紧固过程的操作会比较费时。

发明内容

本公开旨在提供一种新的紧固方式，使更省时省力的操作方式成为可能。

本公开的第一方面提供一种连接装置，包括第一连接件、第二连接件和锁紧件，第一连接件一端用于连接第一装置，另一端具有接纳部和第一限位部；第二连接件一端用于连接第二装置，另一端从外部套设于接纳部并与接纳部轴孔配合，第二连接件具有第二限位部，第一限位部和第二限位部被构造为在第二连接件套设至接纳部的过程中彼此抵靠以限定套设深度；锁紧件可动地设置于第二连接件，锁紧件并被配置为在相对于第二连接件活动时能挤压第一连接件和第二连接件，以使第一限位部和第二限位部之间压紧。

在第一种可能的实施方式中，锁紧件并被配置为：锁紧件相对于第二连接件活动的方向横向于第二连接件套设至第一连接件的套设方向。

结合上述可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，锁紧件和第二连接件被构造为：锁紧件能够相对于第二连接件径向可动，且在锁紧件沿径向移动时能够挤压第一连接件和第二连接件。

结合上述可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，第二连接件的壁面上设置有通向接纳部的通孔，锁紧件位于通孔内并在第二连接件与第一连接件套设时可抵靠接纳部。

结合上述可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，第一连接件的接纳部设置有锁紧面，锁紧面用于接受锁紧件的挤压。

结合上述可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，锁紧面的朝向与第二连接件套设至接纳部时的套设方向一致。

结合上述可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，锁紧面为斜面，用于将锁紧件的挤压转换为第一限位部和第二限位部压紧的轴向力。

结合上述可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，锁紧件为滚珠，多个锁紧件沿第二连接件周向分布。

结合上述可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，还包括施力组件，施力组件可动地设置于第二连接件，施力组件相对于第二连接件移动时可驱动锁紧件挤压第一连接件。

结合上述可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，施力组件中设置有定力件，定力件用于使施力组件驱动锁紧件挤压第一连接件的力恒定。

结合上述可能的实施方式，在第十种可能的实施方式中，施力组件中设置有锁紧力调节机构，锁紧力调节机构被构造为状态变化时可改变施力组件对锁紧件施加力的大小。

结合上述可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式中，施力组件包括轴套，轴套内壁面至少部分为斜面，斜面用于在轴套轴向移动时向锁紧件施力。

结合上述可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式中，施力组件还包括螺母旋进机构，螺母旋进机构包括螺母件和旋槽，螺母件被构造为能够沿旋槽移动，并在移动时推动轴套轴向移动。

结合上述可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式中，还包括第一弹性件，第一弹性件设置于螺母件和轴套之间。

结合上述可能的实施方式，在第十四种可能的实施方式中，螺母件与第一弹性件间或轴套与第一弹性件间设置有锁紧力调节机构，锁紧力调节机构被构造为可调节第一弹性件的预定压缩行程。

结合上述可能的实施方式，在第十五种可能的实施方式中，还包括第二弹性件，第二弹性件设置于轴套的背离第一弹性件的一侧。

结合上述可能的实施方式，在第十六种可能的实施方式中，施力组件还包括凸轮推动结构，凸轮推动结构包括凸轮和把手件，凸轮推动机构被构造为把手件转动时凸轮推动轴套轴向移动。

结合上述可能的实施方式，在第十七种可能的实施方式中，轴套与第二连接件螺纹连接，轴套相对与第二连接件旋进时，轴套内壁面的斜面向锁紧件施力。

本公开第二方面提出一种机器人用连接装置，用于将末端执行器连接至机器人臂的末端臂，包括第一连接件、第二连接件以及锁紧件，第一连接件一端用于连接机器人臂的末端臂，另一端具有接纳部和第一限位部；第二连接件一端用于连接末端执行器，另一端从外部套设于接纳部，第二连接件具有第二限位部，第一限位部和第二限位部被构造为在第二连接件套设至接纳部的过程中彼此抵靠以限定套设深度；锁紧件，可动地设置于第二连接件，锁紧件并被配置为在相对于第二连接件活动时能挤压第一连接件和第二连接件，以使第一限位部和第二限位部之间压紧。

本公开第三方面提出一种手术机器人，包括末端执行器、机器人臂和连接装置，末端执行器用于搭载手术工具；机器人臂用于把持末端执行器以使其定位或移动；连接装置为第一方面或第二方面的连接装置，用于将末端执行器连接至机器人臂的末端臂。

本公开第一方面所提出的连接装置，锁紧件可动地设置于第二连接件，锁紧件并被配置为在相对于第二连接件活动时能挤压第一连接件，以使第一限位部和第二限位部之间压紧。锁紧件在与第一连接件接触后只需很小的移动行程就能产生足够的应力压紧第一连接件，因此无需较多的操作来驱动锁紧件动作。

附图说明

图1为本公开实施例的手术机器人***的示意图；

图2为本公开实施例的末端执行器通过连接装置连接至机器人臂的示意图；

图3为本公开实施例的连接装置外部结构示意图；

图4为本公开实施例的连接装置内部结构示意图；

图5为本公开实施例的第二连接件和施力组件外部结构示意图；

图6为本公开实施例的第二连接件和施力组件内部结构示意图；

图7为本公开实施例的锁紧件与第一连接件、第二连接件接触位置结构示意图；

图8为本公开实施例的第二连接件结构示意图；

图9为本公开实施例的连接装置的***图；

图10为本公开实施例的锁母示意图；

图11为本公开实施例的导向件示意图；

图12为本公开实施例的轴套结构立体图；

图13为本公开实施例的轴套结构剖面图；

图14为本公开实施例的锁紧力调节机构结构示意图一；

图15为本公开实施例的锁紧力调节机构结构示意图二；

图16为本公开实施例的另一种施力组件结构示意图一；

图17为本公开实施例的另一种施力组件结构示意图。

附图标记：1-机器人臂，11-末端臂；

2-台车，3-手术工具，4-末端执行器，5-连接装置；

51-第一连接件，A-第一连接端，B-第一锁定端，511-接纳部，5111-环槽，锁紧面-5111a，512-第一限位部，5121-定位销；

52-第二连接件，C-第二连接端，D-第二锁定端，521-第二限位部，5211-定位孔，522-容纳槽，523-安装孔；

53-锁紧件，P1-第一点，P2-第二点，P3-第三点；

54-施力组件，541-轴套，5411-第一筒段，5412-第二筒段，5413-间隔空间，5421-锁母，5422-导向件，543-旋槽，a-第一导程段，b-第二导程段，c-第三导程段，d-第四导程段，544-第一弹性件，545第二弹性件，546-锁紧力调节机构，5461-内环，5462-外环，547-推力轴承；

55-施力组件，551-轴套，551-凸轮把手，5511-凸轮，553-可动盘；

O、Q-虚拟顶点，W-箭头，α、β-倾斜角，M、N-挤压力，F-锁紧力，F0-推力。

具体实施方式

下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开，而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本公开的示例来提供对本公开的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

参考图1和图2。图1为手术机器人***的示意图。图2为末端执行器通过连接装置连接至机器人臂的示意图。机器人***主要包括机器人臂1、台车2、搭载有手术工具3的末端执行器4以及连接装置5。机器人臂1相当于医生的手臂，通过末端执行器4把持手术工具3进行定位或移动。台车2作为机器人臂1的基座，其内部设置有用于驱动机器人臂1运动的驱动器和动力装置。手术工具3可以是执行预定动作的导向器、骨钻、骨锯、磨锉、铣刀等工具。末端执行器4通过连接装置5与机器人臂1的末端臂11可拆卸连接，并且末端执行器4为手术工具3提供执行预定动作的动力。连接装置5作为连接末端执行器4和机器人臂1的末端臂11的转接件，使末端执行器4能够方便的拆装，节省手术准备时间。在手术机器人的辅助下，医生可以精准把控手术工具3的运动以完成截骨、钻孔、切割或磨削等操作。

参考图3、图4及图9。图3为连接装置5的外部结构示意图。图4为连接装置5的内部结构示意图。图9为连接装置5的***图。连接装置5包括插接的第一连接件51、第二连接件52、锁紧件53及施力组件54。

第一连接件51大致为柱状，其轴向两端分别为第一连接端A和第一锁定端B。第一连接端A用于与机器人臂1的末端臂11固定连接。第一锁定端B包括接纳部511、第一限位部512和锁紧面5111a。接纳部511为轴状，位于第一锁定端B的第一侧。第一限位部512为径向突出于接纳部511的法兰，位于第一锁定端B的第二侧，其中第二侧与第一侧为第一锁定端B相对的两侧。接纳部511外表面周向开设有截面为倒置梯形的环槽5111，环槽5111的宽度沿第一连接件51的径向方向逐渐减小。环槽5111中靠近第一锁定端B的第二侧的锥面为锁紧面5111a。在图4中，锥面与其虚拟顶点O的连线方向指向第一连接端A。即锁紧面5111a相较于柱面为倾斜的斜面，且锁紧面5111a与第一限位部512的端面(图示中第一限位部右侧的端面)面对面设置。

如图4和图8所示，图8为第二连接件52结构示意图。第二连接件52为柱状的套筒，其轴向两端分别为第二连接端C和第二锁定端D。第二连接端C为法兰连接端，法兰连接端用于与末端执行器4固定连接。第二锁定端D具有第二限位部521，第二限位部521为第二锁定端D的第一侧的端面。第二连接件52的第二锁定端D一侧的外周设置有环形的容纳槽522，容纳槽522的开口朝向第二连接端C。第二锁定端D的外周周向均布多个安装孔523。安装孔523为圆形通孔，安装孔523靠近第二连接件52轴线的一端设置有止挡圈，止挡圈的直径小于圆形通孔的直径。

锁紧件53为滚珠，且数量为多个。多个锁紧件53位于安装孔523内且滚珠的至少部分可穿过第二连接件52的内壁。

继续参考图4，第一连接件51与第二连接件52连接时，第一锁定端B与第二锁定端D相对并插接。接纳部511进入第二锁定端D内，且接纳部511的外周面与第二锁定端D的内周面贴合；第一连接端A和第二连接端C相背离。接纳部511与第二锁定端D轴向***至第一限位部512与第二限位部521接触，锁紧件53大致与锁紧面5111a对准。为便于描述，基于上述定义图中箭头W的方向为轴向的正方向，与箭头W方向相反的为轴向的反方向。第一连接件51和第二连接件52连接时，锁紧件53、锁紧面5111a、第一限位部512以及第二限位部521将第一连接件51和第二连接件52锁紧。锁紧件53在力的作用下沿第二连接件52的径向移动，锁紧件53部分(图示的锁紧件靠近第二连接件轴线的一侧)穿过第二连接件52的内壁压紧锁紧面5111a。当锁紧件53接受上述使其径向移动的力时，锁紧件53向锁紧面5111a施加垂直于锁紧面5111a的力。锁紧件53受到的作用力使得锁紧件53挤压安装孔523的侧壁，从而驱动第二连接件52压紧第一连接件51，即，使得第二限位部521压紧第一限位部512。垂直于锁紧面5111a的力沿径向的分力使第一连接件51与第二连接件52之间在径向上也产生内应力，二者轴孔配合的接触面上会有相应的内应力。当第一连接件51有相对于第二连接件52转动的趋势时，内应力所带来的静摩擦力以及第一限位部512与第二限位部521间的静摩擦力将阻止第一连接件51相对于第二连接件52转动的趋势。综上，锁紧件53在力的作用下径向移动挤压第一连接件51，使第一连接件51和第二连接件52轴向、径向和周向锁定。

在本实施例中，第一限位部512还设置有定位销5121，第二限位部521设置有定位孔5211。第一连接件51与第二连接件52插接时，定位销5121***定位孔5211。通过定位销5121与定位孔5211的配合，既保证了末端执行器4能够以正确的周向姿态和机器人臂1的末端臂11连接，又进一步保证了第一连接件51和第二连接件52锁紧固定时的周向锁定的效果。在一种可选的实施方式中，定位销5121和定位孔5211的位置设置可交换，即在第一限位部512设置定位孔5211，在第二限位部521设置定位销5121。在另一些可选的实施方式中，可通过键连接代替定位销5121与定位孔5211的配合。

在本实施例中，第二连接件52外设置有施力组件54，施力组件54用于向锁紧件53施力，锁紧件53在该力的作用下径向移动挤压第一连接件51使第一限位部512和第二限位部521压紧。

具体的，参考图4至图6。图5为第二连接件和施力组件结构示意图。图6为第二连接件和施力组件内部结构示意图。施力组件54包括轴套541、螺母旋进机构、第一弹性件544、第二弹性件545、锁紧力调节机构546以及推力轴承547。结合图12和图13。图12为轴套结构立体图。图13为轴套结构剖面图。轴套541大致为旋转体，且包括半径不同的第一筒段5411和第二筒段5412，第一筒段5411的半径大于第二筒段5412的半径且两者之间间隔一定距离。第一筒段5411的内外周面均为圆柱面。第二筒段5412的外周面为圆柱面，内周面为圆锥面，即内周面为相较于柱面的斜面。第二筒段的内周面用于在轴向推动轴套541时向锁紧件53施力。第二筒段5412内周面的倾斜方向与锁紧面5111a的倾斜方向相反。在图4中，第二筒段5412内周面的锥面与其虚拟顶点Q的连线指向第二连接端C。第一筒段5411的内周面与第二筒段5412的外周面形成间隔空间5413。

螺母旋进机构包括螺母件和旋槽543，螺母件沿旋槽543转动可推动轴套541轴向移动。螺母件包括锁母5421以及导向件5422。参考图10和图11。图10为螺母件示意图。图11为导向件示意图。锁母5421为环状。导向件5422沿锁母5421的径向突出于锁母5421的内圈，导向件5422的数量为两个，对称设置在锁母5421的内周。在本实施例中，导向件5422为导轮组件，导轮组件包括与锁母5421内圈固定的轴和套合在轴的末端用于与旋槽543配合的导轮，导轮与轴转动连接。旋槽543数量为两个，设置于第二连接件52的周面，位于第二连接端C和第二锁定端D之间。并且，如图8所示的第二连接件。旋槽543包括四段，依次为第一导程段a、第二导程段b、第三导程段c和第四导程段d。其中前三段导程为顺时针螺旋的升程，基于升程，前三段导程段顺时针螺旋产生的轴向增量的方向为第二连接端C指向第二锁定端D的方向(轴向的反方向)，即前三段导程在螺旋的过程中逐渐靠近第二锁定端D。并且第一导程段a、第二导程段b和第三导程段c的导程依次减小。第四导程段d为顺时针螺旋的降程，基于降程，第四导程段d顺时针螺旋产生的轴向增量的方向与升程中轴向增量的方向相反。

如图4和图9所示。第一弹性件544和第二弹性件545均为弹簧。其中第一弹性件544作为定力件，用于使施力组件54向锁紧件53施加的力为恒定力。

锁紧力调节机构546为可调节轴向厚度的环状组件，用于在其轴向厚度变化时调整第一弹性件544的预定压缩行程，以调整施力组件54向锁紧件53施所加力的大小。参考图14和图15，图14和图15为锁紧力调节机构结构示意图。本实施例中，锁紧力调节机构546包括内环5461和外环5462。内环5461的内周面设置有周向定位面，周向定位面用于使内环5461与被连接件(本实施例中被连接件为第二连接件52)周向固定。内环5461的外周面与外环5462的内周面设置有螺纹。外环5462与内环5461通过螺纹连接，调整内环5461和外环5462的旋合深度可调节锁紧力调节机构546的轴向厚度。

推力轴承547，用于减小施力组件54内部阻力。

继续参考图4，施力组件54套设于第二连接件52外。施力组件54的锁母5421设置在旋槽543位置处，导轮组件的导轮位于旋槽543内。锁母5421靠近第二锁定端D的一侧依次设置有推力轴承547、锁紧力调节机构546第一弹性件544、轴套541和第二弹性件545，且上述部件均套设在第二连接件52外。

推力轴承547的一侧与锁母5421抵接，另一端与内环5461的侧面抵接。锁紧力调节机构546的内环5461通过周向定位面与第二连接件52周向固定。第一弹性件544为碟簧，一端与锁紧力调节机构546的外环5462抵接，另一端与轴套541抵接。轴套541的第一筒段5411部分***容纳槽522，且第一筒部的外周面与容纳槽522的半径较大的壁面贴合，使得轴套541被第一弹性件544推动时能够在容纳槽522壁面的导向作用下轴向移动。第二弹性件545设置于轴套541和容纳槽522之间，其一端与容纳槽522的底面抵接，另一端与间隔空间5413的底面抵接。在施力组件54组装至第二连接件52时，轴套541大致位于锁紧件53的上方。

下面，将结合第一连接件51、第二连接件52、锁紧件53以及施力组件54整体构成的连接装置5对连接装置5的连接原理做整体性说明。

在将末端执行器4连接至机器人臂1的末端臂11前，第一连接件51的第一连接端A固定在末端臂11上，第二连接件52的第二连接端C与末端执行器4固定连接，第一锁定端B和第二锁定端D处于相互分离状态。

安装末端执行器4时，将第一锁定端B和第二锁定端D置于大致对准的位置处。以定位销5121和定位孔5211为定位参照，移动末端执行器4使定位销5121***定位孔5211，第二锁定端D插套在第一锁定端B外，直至第一限位部512与第二限位部521接触。此时，手持锁母5421并沿顺时针方向旋转锁母5421。锁母5421转动的过程中，导轮组件的导轮沿旋槽543的侧壁滚动，并使锁母5421向靠近第二锁定端D的方向(图4中向左的方向)轴向进给，即锁母5421沿轴向的反方向轴向进给。

锁母5421通过推力轴承547、锁紧力调节机构546和第一弹性件544推动轴套541(沿图4中向左的方向)轴向移动，即轴套541也沿轴向的反方向轴向进给。参考图7，图7为锁紧件与第一连接件、第二连接件接触位置示意图。轴套541轴向移动过程中，第二筒段5412的内周面在锁紧件53顶部的第一点P1压迫锁紧件53。在安装孔523的限制下，锁紧件53沿径向移动，锁紧件53底部的第二点P2压迫锁紧面5111a，锁紧件53侧面的第三点P3轴向压迫安装孔523的壁面。锁紧件53通过第二点P2压迫锁紧面5111a的过程中，对第一连接件51产生第一轴向作用力，第一轴向作用力的方向指向轴向的正方向。锁紧件53通过第三点P3压迫安装孔523的壁面的过程中，对第二连接件52产生第二轴向作用力，第二轴向作用力的方向指向轴向的反方向。方向相反的第一轴向作用力和第二作用力使第一限位部512和第二限位部521轴向压紧。

这样，通过锁紧件53对锁紧面5111a的挤压以及第一限位部512和第二限位部521的压紧，实现了第一连接件51和第二连接件52轴向固定连接。此外，锁紧件53对锁紧面5111a的压力、第一限位部512和第二限位部521的压紧力使第一连接件51和第二连接在具有相对转动的趋势时分别在两处产生阻止该趋势的静摩擦力，实现第一连接件51和第二连接件52的周向固定。当然，在定位销5121和定位孔5211存在的情况下，定位销5121和定位孔5211以更刚性的方式使第一连接件51和第二连接件52周向固定。并且，第一连接件51的接纳部511的外周面和第二连接件52的内周面贴合形成轴孔配合，锁紧件53对锁紧面5111a的挤压力在径向上的分力使第一连接件51和第二连接件52径向固定。至此，通过连接装置5的连接，第一连接件51和第二连接件52的轴向、周向以及径向的固定使末端执行器4稳定可靠地锁紧在机器人臂1的末端臂11上。

容易理解的是，由于旋槽543具有连续的四段，其中第一导程段a、第二导程段b和第三导程段c为升程且导程逐渐减小，第四导程段d为降程。旋转锁母5421使导轮组件在旋槽543中由第一导程段a滑动至第三导程段c的过程中，锁母5421持续克服第一弹性件544和第二弹性件545的弹力不断挤压锁紧件53。第一弹性件544和第二弹性件545的压缩量逐渐变大，需要旋动锁母5421的扭矩也将持续增大。以较为均匀的速度旋动锁母5421，锁母5421在导程不断减小的三个导程段内轴向进给相同的距离时，第一弹性件544和第二弹性件545反馈给锁母5421的阻力大致相同。操作者匀速转动锁母5421时反馈力不会突然增大使得锁母5421难以继续旋进，保证了操作时顺畅的手感。并且，第四导程段d的降程设置，使导轮组件进入第四导程段d后不会自动退回前三个导程段。即将螺母旋进第四导程段d时，轴套541挤压锁紧件53使第一限位部512和第二限位部521压紧的状态不会自动放松，连接装置5对第一连接件51和第二连接件52的锁紧可靠稳定。

在本实施例中，锁紧面5111a相对于轴向正方向的倾斜角α为45度，轴套541中第二筒段5412内表面的锥面相对于轴向反方向的倾斜角β为15度。继续参考图7，设定轴套541被推动时轴向受到推力F0。第二筒段5412的锥面与锁紧件53接触的第一点P1处，轴套541向锁紧件53施加垂直于该锥面的挤压力N。在挤压力N的作用下，使锁紧件53在第二点P2处产生挤压锁紧面5111a的挤压力M，在第三点P3处沿轴向的反方向产生挤压安装孔523的锁紧力F，锁紧力F为轴向力，该力的大小即为使第一限位部512和第二限位部521轴向压紧的锁紧力。上述三个挤压力的大小具有相应关系，即N＝F0/sin15°；F＝Nx+Mx＝N*sin15°+N*cos15°≈4.7F0。其中Nx为挤压力N的轴向分力；Mx为挤压力M的轴向分力。这样，最终使第一限位部512和第二限位部521压紧的锁紧力的大小约为初始作用力F0的4.7倍，即锁紧件53、锁紧面5111a以及轴套541的结构设置具有增力功能，通过锁母5421向轴套541施加一个较小的力即可实现第一连接件51和第二连接件52之间被较大的锁紧力锁紧。

在施力组件54中，锁母5421沿旋槽543的第一导程段a到达第四导程段d末端的过程中，锁母5421沿轴向的正方向移动的行程是固定的。该固定的行程完成时对第一弹性件544和第二弹性件545的压缩量均是固定的。这样第一弹性件544向轴套541施加的力F0乃至锁紧力F也是恒定的，即第一弹性件544作为定立件使第一连接件51和第二连接件52间的锁紧力恒定。第二弹性件545则起复位作用，用于在逆时针旋转锁母5421时回弹以帮助轴套541沿轴向的正方向复位。

设置于施力组件54中的锁紧力调节机构546可以调节该锁紧力F的大小。结合上述锁紧力F与轴套541被施加的初始力F0的大小关系：F≈4.7F0，改变F0的大小即可调整锁紧力F的大小。初始力F0为第一弹性件544施加给轴套541的，该力的大小为第一弹性件544产生预定压缩量x与弹性系数k的乘积，即F0＝k*x。进一步可以得出锁紧力与第一弹性件544压缩量的关系：F≈4.7k*x。因此，调整第一弹性件544的压缩量x的大小即可调节锁紧力的大小。并且该第一弹性件544的压缩量包括第一弹性件544的预压缩量x1和锁母5421在旋槽543内从第一导程段a到第四导程段d的行程对第一弹性件544的行程压缩量x2。行程压缩量x2为锁母5421沿轴向的反方向进给的量，为一个定量。

因此通过改变第一弹性件544的预压缩量x1可以调节锁紧力F的大小。其具体原理为：在容纳槽522底部和旋槽543之间的空间为施力组件54的设置空间的轴向长度是固定的。锁紧力调节机构546的中内环5461和外环5462的旋合程度，可以改变锁紧力调节机构546的整体厚度，进而使第一弹性件544的预压缩量发生变化。例如希望锁紧力F变大时，可以增加锁紧力调节机构546的厚度，第一弹性件544的预压缩量x1增大，锁母5421行进一个行程将继续压缩第一弹性件544使其产生行程压缩量x2。这样，第一弹性件544由于被压缩的更多，向轴套541传递的初始力F0将变大，最终锁紧力也随之增大。反之，减小锁紧力调节机构546的厚度可以减小锁紧力F的大小。

在一种可选的实施方式中，锁紧力调节机构546为可增减数量的多个垫圈。这样，增加垫片的数量可以增加弹簧的预压缩量x1，进而使锁紧力F增大。反之，减少垫片的数量可以减小锁紧力的大小。其具体原理与调节内环5461和外环5462的旋合程度调节锁紧力F大小的原理相同，这里不再赘述。

在一种可选的实施方式中，推力轴承547可以替换为任何能减小周向旋转摩擦力的结构，例如用摩擦系数较小的材料(如聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚甲醛、铜合金、粉末冶金等)制成的耐磨垫。旨在使锁母5421能够在推动轴套541的过程中顺畅旋转。

在一种可选的实施方式中，施力组件54为轴套541。轴套541与第二连接件52螺纹连接，轴套541相对于第二连接件52旋转，轴套541可沿轴向的正方向或反方向移动。轴套541沿轴向的反方向移动时，第二筒段5412的内周面的锥面压迫锁紧件53，锁紧件53进一步挤压第一连接件51的锁紧面5111a，第一限部512和第二限位部521压紧，实现末端执行器4与机器人臂1的刚性连接。并且通过轴套541的旋转，可实现第一装置和第二装置的便捷拆装。

在一种可选的实施方式中，参考图16和图17，图16和图17为另一种施力组件的结构示意图。施力组件55包括轴套551和用于推动轴套551轴向移动的凸轮组件。凸轮组件包括凸轮把手551和可动盘553。凸轮把手551与第二连接件52铰接，可动盘553套设在第二连接件52，且一侧(图示的右侧)与凸轮把手551的凸轮5511接触，另一侧(图示的左侧)与轴套541固定。当扳动凸轮把手551时，在凸轮5511的作用下，可动盘553沿轴向移动。当可动盘553沿轴向的反方向移动时，推动轴套541压迫锁紧件53，锁紧件53挤压第一连接件51。进而使第一限位部512和第二限位部521压紧，实现第一连接件51和第二连接件52的连接，并且，凸轮把手551的控制方便，简单的扳动动作即可实现第一装置和第二装置的快速拆装。

在一种可选的实施方式中，可以不设置施力组件54，而锁紧件53为螺钉，安装孔523壁面设置有螺纹。螺钉沿安装孔523相对于第二连接件的径向移动时其顶端可挤压第一连接件51的锁紧面5111a。挤压产生的反作用力使螺钉驱动第二连接件向第一限位部512紧靠，使第二限位部521压紧第一限位部512。这样，第一连接件51和第二连接件52通过螺钉与锁紧面5111a的挤压接触、第一限位部512和第二限位部521的压紧使末端执行器4固定至机器人臂1的末端。

在一种可选的实施方式中，第一限位部512和第二限位部521还可以设置在其他位置。如，在第二连接件52的内孔中设置凸缘作为轴向限位结构(第二限位部)。对应地，第一连接件51的第一锁定端B的端面即形成第一限位部。第二连接件52连接至第一连接件51时，第一锁定端B的端面可抵靠凸缘以限制插接深度。锁紧件53压紧第一连接件51时，反作用力使得第一锁定端B的端面进一步压紧凸缘。

在一种可选的实施方式中，可以不设置锁紧力调节机构546。即施力组件54中将固定设置一锁紧力的值，锁紧力的大小不可调节。该固定大小的锁紧力同样可以实现第一装置和第二装置的固定连接。

在一种可选的实施方式中，可以不设置定力件(第一弹性件544)，仅通过轴套541移动距离来控制锁紧力的大小。轴套541沿径向的反方向移动的越多，轴套541对于锁紧件53的压迫越大，锁紧件53挤压第一连接件51的力以及锁紧力F越大。反之锁紧力越小。

在一种可选的实施方式中，第一装置和第二装置可以是除末端执行器4和机器人臂1外的其他需要刚性固定连接的结构。例如第一装置可以是导航***中用于识别示踪器位置的双目视觉相机，第二装置则是用于支撑双目视觉相机的支架。

另一方面，提出一种手术机器人，继续参考图1和图2，手术机器人包括末端执行器4、机器人臂1和连接装置5，末端执行器4用于搭载手术工具3；机器人臂1用于把持末端执行器4以使其定位或移动；连接装置5为前述实施例的连接装置5，用于将末端执行器4连接至机器人臂1的末端臂11。这样，在利用手术机器人辅助医生手术时，通过连接装置5的设置，末端执行器4可以便捷地与机器人臂1的末端臂11安装或拆卸，节省手术准备时间。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本公开作了详尽的描述，但在本发申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

Claims (20)

1.一种连接装置，用于连接第一装置和第二装置，其特征在于，包括：

第一连接件，一端用于连接所述第一装置，另一端具有接纳部和第一限位部；

第二连接件，一端用于连接所述第二装置，另一端从外部套设于所述接纳部并与所述接纳部轴孔配合，所述第二连接件具有第二限位部，所述第一限位部和所述第二限位部被构造为在第二连接件套设至所述接纳部的过程中彼此抵靠以限定套设深度；

锁紧件，可动地设置于所述第二连接件，所述锁紧件并被配置为在相对于所述第二连接件活动时能挤压所述第一连接件和第二连接件，以使所述第一限位部和所述第二限位部之间压紧。

2.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述锁紧件并被配置为：所述锁紧件相对于所述第二连接件活动的方向横向于所述第二连接件套设至所述第一连接件的套设方向。

3.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述锁紧件和所述第二连接件被构造为：所述锁紧件能够相对于所述第二连接件径向可动，且在所述锁紧件沿径向移动时能够挤压所述第一连接件和所述第二连接件。

4.根据权利要求3所述的连接装置，其特征在于，所述第二连接件的壁面上设置有通向所述接纳部的通孔，所述锁紧件位于所述通孔内并在所述第二连接件与所述第一连接件套设时可抵靠所述接纳部。

5.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述第一连接件的接纳部设置有锁紧面，所述锁紧面用于接受所述锁紧件的挤压。

6.根据权利要求5所述的连接装置，其特征在于，所述锁紧面的朝向与所述第二连接件套设至所述接纳部时的套设方向一致。

7.根据权利要求5所述的连接装置，其特征在于，所述锁紧面为斜面，用于将所述锁紧件的挤压转换为所述第一限位部和所述第二限位部压紧的轴向力。

8.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述锁紧件为滚珠，多个所述锁紧件沿所述第二连接件周向分布。

9.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，还包括施力组件，所述施力组件可动地设置于所述第二连接件，所述施力组件相对于所述第二连接件移动时可驱动所述锁紧件挤压所述第一连接件。

10.根据权利要求9所述的连接装置，其特征在于，所述施力组件中设置有定力件，所述定力件用于使所述施力组件驱动所述锁紧件挤压所述第一连接件的力恒定。

11.根据权利要求9所述的连接装置，其特征在于，所述施力组件中设置有锁紧力调节机构，所述锁紧力调节机构被构造为状态变化时可改变所述施力组件对所述锁紧件施加力的大小。

12.根据权利要求9所述的连接装置，其特征在于，所述施力组件包括轴套，所述轴套内壁面至少部分为斜面，所述斜面用于在所述轴套轴向移动时向所述锁紧件施力。

13.根据权利要求12所述的连接装置，其特征在于，所述施力组件还包括螺母旋进机构，所述螺母旋进机构包括螺母件和旋槽，所述螺母件被构造为能够沿所述旋槽移动，并在移动时推动所述轴套轴向移动。

14.根据权利要求13所述的连接装置，其特征在于，还包括第一弹性件，所述第一弹性件设置于所述螺母件和所述轴套之间。

15.根据权利要求14所述的连接装置，其特征在于，所述螺母件与所述第一弹性件间或所述轴套与所述第一弹性件间设置有锁紧力调节机构，所述锁紧力调节机构被构造为可调节所述第一弹性件的预定压缩行程。

16.根据权利要求15所述的连接装置，其特征在于，还包括第二弹性件，所述第二弹性件设置于所述轴套的背离所述第一弹性件的一侧。

17.根据权利要求12所述的连接装置，其特征在于，所述施力组件还包括凸轮推动结构，所述凸轮推动结构包括凸轮和把手件，所述凸轮推动结构被构造为所述把手件转动时所述凸轮推动所述轴套轴向移动。

18.根据权利要求12所述的连接装置，其特征在于，所述轴套与所述第二连接件螺纹连接，所述轴套相对与所述第二连接件旋进时，所述轴套内壁面的斜面向所述锁紧件施力。

19.一种机器人用连接装置，用于将末端执行器连接至机器人臂的末端臂，其特征在于，包括：

第一连接件，一端用于连接所述机器人臂的末端臂，另一端具有接纳部和第一限位部；

第二连接件，一端用于连接所述末端执行器，另一端从外部套设于所述接纳部，所述第二连接件具有第二限位部，所述第一限位部和所述第二限位部被构造为在第二连接件套设至所述接纳部的过程中彼此抵靠以限定套设深度；

锁紧件，可动地设置于所述第二连接件，所述锁紧件并被配置为在相对于所述第二连接件活动时能挤压所述第一连接件和所述第二连接件，以使所述第一限位部和所述第二限位部之间压紧。

20.一种手术机器人，其特征在于，包括：

末端执行器，用于搭载手术工具；

机器人臂，用于把持所述末端执行器以使其定位或移动；

连接装置，所述连接装置为权利要求1至19任一项所述的连接装置，用于将末端执行器连接至机器人臂的末端臂。

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