一種剛柔兩級鎖緊球關節制造技術

本實用新型專利技術公開了一種剛柔兩級鎖緊球關節，球關節內布置有兩級活塞，具有兩級鎖緊狀態；當流體壓力不足以同時推動兩級活塞時，球關節處于柔性鎖緊狀態，當流體壓力可以同時推動兩級活塞時，球關節處于剛性鎖緊狀態。通過連接套筒將球關節與套筒首尾兩端固定而形成球關節連桿，再將兩個或多個球關節連桿相連，可形成多自由度操作臂，可以對工具或手術器械進行定位；當對各個連桿施加不同的壓力時，可控制球關節的鎖緊狀態，以適應不同的關節負載。

【技術實現步驟摘要】
一種剛柔兩級鎖緊球關節
本技術屬于醫療器械領域，具體涉及一種關節鎖緊裝置。
技術介紹
在醫療手術和醫學實驗中，由于手術和實驗中需要使用多種器械，操作者不能夠同時操作很多器械，需要額外的助手才能進行手術和實驗。增加了人力支出，假如手術和實驗時間過長，操作者和助手容易疲勞，并且手持器械不穩定。因此需要一種能夠幫助操作者對手術器械和實驗工具能夠穩定定位的裝置，適應不同的操作任務。專利CN201710683947.0公開了一種醫用輔助器具方案，方案中采用螺旋副擠壓球關節的構型方式鎖緊。首先，這種方式并不能夠同時鎖緊和同時解鎖所有的運動關節；其次，其鎖緊原理為剛性零件擠壓剛性零件產生摩擦力來限制零件之間的相對運動，不具備多級剛性和柔性鎖緊的靈活性。
技術實現思路
本技術的提供一種剛柔兩級鎖緊球關節，是為了解決醫療和醫學實驗中需要夾持手術工具和器械操作者不能夠同時操作，很多器械需要額外的助手協助的問題，利用該鎖緊關節可以組成多關節構型的操作臂，可以對手術工具和器械進行定位。解決操作人員不能夠同時操作多個手術工具和器械的問題。該鎖緊關節具有兩級鎖緊狀態，柔性鎖緊狀態和剛性鎖緊狀態，適合不同條負載件下的鎖緊需要。當流體壓力不足以同時推動兩級活塞時，球關節處于柔性鎖緊狀態，當流體壓力可以同時推動兩級活塞時，球關節處于剛性鎖緊狀態。本技術通過連接套筒將球關節與套筒兩端固定形成球關節連桿，再將兩個或多個球關節連桿相連，可形成多自由度操作臂，可以對手術器械或實驗工具進行定位，可以允許實驗者同時操作多個實驗工具，提高實驗效率和成功率。通過連接套筒將球關節與套筒首尾兩端固定而形成球關節連桿，再將兩個或多個球關節連桿相連，可形成多自由度操作臂，可以對工具或手術器械進行定位；當對各個連桿施加不同的壓力時，可控制球關節的鎖緊狀態，以適應不同的關節負載。一種剛柔兩級鎖緊球關節，其特征在于，包括球關節模塊，球關節模塊由關節套筒、球關節蓋、球形零件、球關節金屬襯套、連接桿、主活塞、二級活塞、彈簧、密封圈A、流體快速接頭、密封圈B組成；所述球關節蓋一端設有外螺紋，該外螺紋與關節套筒上設有的內螺紋適配，所述關節套筒靠近外螺紋處具有與主活塞平面結構相適配的內腔結構；球關節蓋和關節套筒通過螺紋連接，球關節蓋和關節套筒配合將球形零件、主活塞與二級活塞封閉在內腔中，所述的球形零件安裝在球關節蓋內，球形零件上鑲嵌有球關節金屬襯套，球關節金屬襯套固定連接連接桿；球形零件與主活塞相接觸，主活塞與彈簧的一端接觸，彈簧的另一端與二級活塞接觸，彈簧將主活塞壓在球形零件上，同時將二級活塞壓在關節套筒底部，主活塞和二級活塞上套有密封圈A；密封圈B安裝在主活塞的端面，流體快速接頭安裝在關節套筒尾部；所述的球關節模塊與連接桿連接構成關節連桿；所述主活塞由平面結構，球狀凸起，球狀凸起與關節球連續相切特征，密封圈槽，端面密封圈槽，軸面，內孔構成；主活塞一端的外圓周上設有平面結構，并與關節套筒的內腔形狀相適配，所述的平面結構用于保證主活塞在關節套筒中前后滑動時不發生轉動，主活塞一端上設有內凹的弧面，所述的弧面上設有球狀凸起，球狀凸起以由大到小的規律向主活塞的軸線排布，當球狀凸起的直徑變小，其周向均布的凸起個數增加；所述球狀凸起向軸線靠攏時直徑變小，但是其截面始終與球形零件與主活塞接觸時的外圓相切，形成球狀凸起與關節球連續相切特征；主活塞上設有密封圈槽，所述密封圈槽用于中放置密封圈A，形成密封結構；所述主活塞另一端的端面上設有端面密封圈槽，所述端面密封圈槽中放置密封圈B來隔離二級活塞與主活塞；所述主活塞的軸面上套有彈簧，所述的主活塞上設有內孔，內孔的底面與主活塞一端設有弧面的最小距離大于0.01mm，內孔用于主活塞受到的壓力過大時破壞內孔的底部卸載壓力。優選的，所述曲形連接桿的首尾兩端各連接球關節模塊，曲形連接桿中部安裝有三通接頭，球關節模塊的流體快速接頭與三通接頭用軟管連接后，再將三通接頭端蓋固定在曲形連接桿上形成關節連桿，在三通接頭通入流體可以同時控制兩個球關節模塊的鎖緊狀態。一個球關節模塊固定在基座，另一個球關節與實驗工具或手術器械連接時，該連桿可以起到定位作用。使用者操作該連桿不疲勞，且可以同時操作多個實驗工具和手術器械。優選的，所述主活塞與球形零件配合，當沒有流體充入時，主活塞與球關節蓋在彈簧的彈力下形成的腔體允許球形零件轉動；同樣的情況適用同心通氣主活塞、通心球形零件和球關節蓋形成的腔體。優選的，所述主活塞上的球狀凸起當壓縮流體充入腔體時，壓入球形零件表面，流體壓力撤銷時，球形零件表面恢復原狀；同樣的情形適用于同心通氣主活塞的球狀凸起與通心球形零件。優選的，所述的球關節模塊可為同心通氣球關節，同心通氣球關節由關節套筒、球關節蓋、通心球形零件、球關節金屬襯套、軟管，同心通氣主活塞、二級活塞、滑動接頭、密封圈、內環密封圈和流體快速接頭組成；球關節蓋與關節套筒通過螺紋連接，球關節蓋內腔具有內凹球面，通心球形零件放入后無縫隙；通心球形零件上鑲嵌有球關節金屬襯套，允許軟管從中間通過；同心通氣主活塞與二級活塞上套有密封圈A，可在關節套筒的內腔中滑動；同心通氣主活塞與二級活塞之間安裝有彈簧，二級活塞內圈上裝有內環密封圈，允許二級活塞在長軸面上前后滑動；滑動接頭安裝有密封圈，能在同心通氣主活塞的內腔中滑動；滑動接頭的一端裝有軟管，流體快速接頭安裝在關節套的尾部；所述同心通氣主活塞由平面結構，球狀凸起，球狀凸起與關節球連續相切特征，密封圈槽，端面密封圈槽，長軸面，臺階，滑動接頭腔體組成。優選的，所述球關節模塊和同心通氣球關節可以通過與曲形連接桿和關節套筒組合成一個球關節連桿；通過擴充曲形連接桿和關節套筒的數量可以形成多關節連桿。優選的，所述滑動接頭、密封圈和軟管可以在同心通氣主活塞的內腔中滑動。優選的，所述主活塞、同心通氣主活塞首選為金屬、陶瓷和硬塑料材質，球形零件、通心球形零件的材質首選為非金屬、橡膠材質；主活塞、同心通氣主活塞的材質硬度大于球形零件和通心球形零件的材質硬度。優選的，所述主活塞和二級活塞之間安裝有彈簧；同心通氣主活塞和二級活塞之間安裝有彈簧；所述彈簧是由壓縮時能產生抵抗力，在壓力撤銷時能夠恢復原狀的彈性結構和材料構成的零件。本技術的有益效果在于：本技術基于兩級活塞結構，利用不同流體壓力推動活塞運動進而限制球關節運動，達到剛性鎖緊或者柔性鎖緊的目的。通過模塊化設計將這種剛柔兩級鎖緊球關節設計成單個模塊，通過模塊之間的擴展連接構成機械臂構型，來完成一些機械臂可以完成的任務，例如用球關節構成的操作臂實現在三維空間內對手術工具和手術器械的定位，能夠避免醫生過度勞累，減輕醫生勞動強度，長時間操作不疲勞；利用操作臂對實驗工具進行定位，可以允許實驗者同時操作多個實驗工具，提高實驗效率和成功率。附圖說明圖1為本技術一種剛柔兩級鎖緊球關節的外部結構圖。圖2為本技術一種剛柔兩級鎖緊球關節的剖視結構圖。圖3為本技術一種剛柔兩級鎖緊球關節的主活塞結構a圖。<本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種剛柔兩級鎖緊球關節，其特征在于，包括球關節模塊(1)，球關節模塊(1)由關節套筒(1-1)、球關節蓋(1-2)、球形零件(1-3)、球關節金屬襯套A(1-4)、連接桿(1-5)、主活塞(1-6)、二級活塞A(1-7)、彈簧(1-8)、密封圈A(1-9)、流體快速接頭(1-10)、密封圈B(1-11)組成；所述球關節蓋(1-2)一端設有外螺紋，該外螺紋與關節套筒(1-1)上設有的內螺紋適配，所述關節套筒(1-1)靠近外螺紋處具有與平面結構(2-1)相適配的內腔結構；球關節蓋(1-2)和關節套筒(1-1)通過螺紋連接，球關節蓋(1-2)和關節套筒(1-1)配合將球形零件(1-3)、主活塞(1-6)與二級活塞A(1-7)封閉在內腔中，所述的球形零件(1-3)安裝在球關節蓋(1-2)內，球形零件(1-3)上鑲嵌有球關節金屬襯套A(1-4)，球關節金屬襯套A(1-4)固定連接連接桿(1-5)；球形零件(1-3)與主活塞(1-6)相接觸，主活塞(1-6)與彈簧(1-8)的一端接觸，彈簧(1-8)的另一端與二級活塞A(1-7)接觸，彈簧(1-8)將主活塞(1-6)壓在球形零件(1-3)上，同時將二級活塞A(1-7)壓在關節套筒(1-1)底部，主活塞(1-6)和二級活塞A(1-7)上套有密封圈A(1-9)；密封圈B(1-11)安裝在主活塞(1-6)的端面，流體快速接頭(1-10)安裝在關節套筒(1-1)尾部；所述的球關節模塊(1)與連接桿連接構成關節連桿；/n所述主活塞(1-6)由平面結構(2-1)，球狀凸起(2-2)，球狀凸起與關節球連續相切特征(2-3)，密封圈槽(2-4)，端面密封圈槽(2-5)，軸面(2-6)，內孔(2-7)構成；主活塞(1-6)一端的外圓周上設有平面結構(2-1)，并與關節套筒(1-1)的內腔形狀相適配，所述的平面結構(2-1)用于保證主活塞(1-6)在關節套筒(1-1)中前后滑動時不發生轉動，主活塞(1-6)一端上設有內凹的弧面，所述的弧面上設有球狀凸起(2-2)，球狀凸起(2-2)以由大到小的規律向主活塞(1-6)的軸線排布，當球狀凸起(2-2)的直徑變小，其周向均布的凸起個數增加；所述球狀凸起(2-2)向軸線靠攏時直徑變小，但是其截面始終與球形零件(1-3)與主活塞(1-6)接觸時的外圓相切，形成球狀凸起與關節球連續相切特征(2-3)；主活塞(1-6)上設有密封圈槽(2-4)，所述密封圈槽(2-4)用于中放置密封圈A(1-9)，形成密封結構；所述主活塞(1-6)另一端的端面上設有端面密封圈槽(2-5)，所述端面密封圈槽(2-5)中放置密封圈B(1-11)來隔離二級活塞A(1-7)與主活塞(1-6)；所述主活塞(1-6)的軸面(2-6)上套有彈簧(1-8)，所述的主活塞(1-6)上設有內孔(2-7)，內孔(2-7)的底面與主活塞(1-6)一端設有弧面的最小距離大于0.01mm，內孔(2-7)用于主活塞(1-6)受到的壓力過大時破壞內孔(2-7)的底部卸載壓力。/n...

【技術特征摘要】
1.一種剛柔兩級鎖緊球關節，其特征在于，包括球關節模塊(1)，球關節模塊(1)由關節套筒(1-1)、球關節蓋(1-2)、球形零件(1-3)、球關節金屬襯套A(1-4)、連接桿(1-5)、主活塞(1-6)、二級活塞A(1-7)、彈簧(1-8)、密封圈A(1-9)、流體快速接頭(1-10)、密封圈B(1-11)組成；所述球關節蓋(1-2)一端設有外螺紋，該外螺紋與關節套筒(1-1)上設有的內螺紋適配，所述關節套筒(1-1)靠近外螺紋處具有與平面結構(2-1)相適配的內腔結構；球關節蓋(1-2)和關節套筒(1-1)通過螺紋連接，球關節蓋(1-2)和關節套筒(1-1)配合將球形零件(1-3)、主活塞(1-6)與二級活塞A(1-7)封閉在內腔中，所述的球形零件(1-3)安裝在球關節蓋(1-2)內，球形零件(1-3)上鑲嵌有球關節金屬襯套A(1-4)，球關節金屬襯套A(1-4)固定連接連接桿(1-5)；球形零件(1-3)與主活塞(1-6)相接觸，主活塞(1-6)與彈簧(1-8)的一端接觸，彈簧(1-8)的另一端與二級活塞A(1-7)接觸，彈簧(1-8)將主活塞(1-6)壓在球形零件(1-3)上，同時將二級活塞A(1-7)壓在關節套筒(1-1)底部，主活塞(1-6)和二級活塞A(1-7)上套有密封圈A(1-9)；密封圈B(1-11)安裝在主活塞(1-6)的端面，流體快速接頭(1-10)安裝在關節套筒(1-1)尾部；所述的球關節模塊(1)與連接桿連接構成關節連桿；
所述主活塞(1-6)由平面結構(2-1)，球狀凸起(2-2)，球狀凸起與關節球連續相切特征(2-3)，密封圈槽(2-4)，端面密封圈槽(2-5)，軸面(2-6)，內孔(2-7)構成；主活塞(1-6)一端的外圓周上設有平面結構(2-1)，并與關節套筒(1-1)的內腔形狀相適配，所述的平面結構(2-1)用于保證主活塞(1-6)在關節套筒(1-1)中前后滑動時不發生轉動，主活塞(1-6)一端上設有內凹的弧面，所述的弧面上設有球狀凸起(2-2)，球狀凸起(2-2)以由大到小的規律向主活塞(1-6)的軸線排布，當球狀凸起(2-2)的直徑變小，其周向均布的凸起個數增加；所述球狀凸起(2-2)向軸線靠攏時直徑變小，但是其截面始終與球形零件(1-3)與主活塞(1-6)接觸時的外圓相切，形成球狀凸起與關節球連續相切特征(2-3)；主活塞(1-6)上設有密封圈槽(2-4)，所述密封圈槽(2-4)用于中放置密封圈A(1-9)，形成密封結構；所述主活塞(1-6)另一端的端面上設有端面密封圈槽(2-5)，所述端面密封圈槽(2-5)中放置密封圈B(1-11)來隔離二級活塞A(1-7)與主活塞(1-6)；所述主活塞(1-6)的軸面(2-6)上套有彈簧(1-8)，所述的主活塞(1-6)上設有內孔(2-7)，內孔(2-7)的底面與主活塞(1-6)一端設有弧面的最小距離大于0.01mm，內孔(2-7)用于主活塞(1-6)受到的壓力過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鵬，宋國立，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學深圳研究生院，
類型：新型
國別省市：廣東;44