发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现铰接关节传动效率低的问题,提供一种传动效率高的关节结构、柔性关节及微创手术钳。
为解决上述问题,本发明的一种关节结构,适于多个串联以形成柔性关节,包括:转动件,周向上设有限位部;底座,一侧与所述转动件固定连接,另一侧设有适于供相邻关节结构的转动件转动的容置腔;限位件,与相邻关节结构的转动件的限位部配合、限制相邻关节结构的转动件周向转动地设置在所述底座上。
所述限位件的轴线与所述限位部所在的平面垂直。
所述限位件具有两个,且两个所述限位件的连线经过所述转动件的中心。
所述限位件为设置在所述容置腔的槽口处的球体或柱体。
当所述限位件为柱体时,所述限位件贯穿所述转动件。
所述转动件为球体。
所述容置腔的内表面为与相邻关节结构的转动件相适配的球面。
所述容置腔的内表面为半球面。
所述限位部为设置在所述转动件周向上的沿所述转动件的径向向内凹陷的限位槽,所述限位件可沿所述限位槽的延伸方向移动。
所述限位槽所在的平面过所述转动件的中心和所述转动件与所述底座连接处的中心的连线。
所述限位槽为弧形槽。
所述弧形槽的弧度小于1/2π。
所述弧形槽绕所述转动件的最大周向设置。
所述限位槽贯穿所述转动件。
所述限位槽将所述转动件平均分为两部分。
所述限位部为设置在所述转动件周向上的沿所述转动件的径向向外突出的凸起,所述限位件为设置在所述容置腔内沿所述容置腔的径向向外延伸的限位槽,所述凸起可在所述限位槽内沿着限位槽的延伸方向移动。
所述凸起所在的平面过所述转动件的中心和所述转动件与所述底座连接处的中心的连线。
所述底座的一侧通过连接杆与所述转动件固定连接。
所述连接杆与所述转动件连接的部分不大于所述转动件在所述连接杆轴向上长度的二分之一。
所述底座为柱体。
所述底座包括呈柱体的座本体,和设置在所述座本体至少一侧的凸台。
还包括设置在所述底座上的用于遮挡所述转动件的露出所述底座部分的盖体,所述盖体的内表面与所述转动件的外表面相适配,所述转动件与所述底座连接的一端伸出所述盖体。
所述限位件通过所述盖体设置在所述底座上。
所述盖体上设有安装孔,所述限位件固定地安装在所述安装孔内。
所述底座和所述转动件同轴设置。
本发明的一种关节结构,适于多个串联以形成柔性关节,包括:转动件,周向上设有限位部;底座,一侧设有适于供所述转动件转动的容置腔,另一侧与相邻关节结构的转动件固定连接;限位件,与所述转动件的限位部配合、限制所述转动件周向转动地设置在所述底座上。
本发明的一种柔性关节,包括,关节本体,由至少两个上述中任一项所述的关节结构串联而成,所述关节结构的所述底座上设有至少一个连接孔,所述连接孔为沿轴向贯穿所述底座的通孔;控制线,穿设于所述连接孔中,并贯穿所述关节本体,一端与位于所述关节本体端部的所述底座连接,另一端与适于控制所述关节本体运动的关节驱动结构连接。
所述连接孔的轴线与所述底座的轴线平行。
所述连接孔具有多个,且沿所述底座的周向上均布设置。
所述连接孔设置有四个。
所述底座和所述转动件分别设有轴向贯穿的穿设孔,所述柔性关节还包括:弹性轴,穿设于所述穿设孔中,且一端与驱动装置连接,另一端与由所述柔性关节运动而带动运动的运动部件连接。
所述弹性轴为弹簧软轴。
本发明的一种微创手术钳,包括上述任一项所述的柔性关节。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明所述的关节结构,适于多个串联以形成柔性关节,其包括转动件、底座和限位件:转动件的周向上设有限位部;底座的一侧与所述转动件固定连接,另一侧设有适于供相邻关节结构的转动件转动的容置腔;限位件与相邻关节结构的转动件的限位部配合、限制相邻关节结构的转动件周向转动地设置在所述底座上。本发明的所述关节结构,当需要实现两个正交轴的转动时,仅需要两个关节结构的串联,在实现两个正交轴上的自由转动时,需要的关节结构的串联数量也相对较少,串联的关节结构少可以减少若干关节结构传动时引起的传动误差,因此,传动效率高。
2.本发明所述的关节结构中,为球体的转动件和内表面为球面的容置腔的适配效果更好,且球体与球面的配合时相接触的面积大,配合的结构强度大,因此,结构更加稳定且使用寿命长。
3.本发明所述的关节结构中,所述限位部为设置在所述转动件周向上的沿所述转动件的径向向内凹陷的限位槽,所述限位件可沿所述限位槽的延伸方向移动。限位件与限位槽的配合结构简单,相应的加工工艺简单。
4.本发明所述的关节结构中,所述底座的一侧通过连接杆与所述转动件固定连接。连接杆可以增加底座和转动件之间的距离,在需要关节结构较长的情形下,不变动转动件和底座的尺寸,仅通过增加连接杆的长度即可满足使用要求;且连接杆可以避免相邻串联的关节结构的底座之间的干涉。
5.本发明所述的关节结构中,在所述底座上设置有盖体,所述盖体一是可以遮挡所述转动件露出所述底座的部分,使所述关节结构更加的美观,同时避免细小的物体进入转动件与容置腔接触的空间内而影响串联的关节结构的精度和使用寿命;二是可以限制转动件在所述底座上的转动角度,在关节结构串联数量较多时,通过限制转动件的转动角度可以增加串联的若干关节结构对运动的传递精度。
6.本发明所述的关节结构,适于多个串联以形成柔性关节,且包括转动件、底座、限位件。转动件的周向上设有限位部;底座的一侧设有适于供所述转动件转动的容置腔,另一侧与相邻关节结构的转动件固定连接;限位件与所述转动件的限位部配合、限制所述转动件周向转动地设置在所述底座上。本发明所述的关节结构的最小动作单元为转动件、底座及设置在底座上的限位件,当需要实现两个正交轴的转动时,仅需要一个最小动作单元即可实现,在实现两个正交轴上的自由转动时,需要的最小动作单元的串联数量也相对较少,串联的最小动作单元少可以减少若干关节结构传动时引起的传动误差,因此,传动效率高。
7.本发明所述的柔性关节,因其包括上述的关节结构,因此,也具有上述关节结构具有的优点,本发明所述的柔性关节中的控制线用于控制所述关节本体的运动。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例的一种关节结构,如图1-图4所示,适于多个串联以形成柔性关节,其包括转动件1、底座2和限位件3。
转动件1的周向上设有限位部11。
底座2的一侧与转动件1固定连接,另一侧设有适于供相邻关节结构的转动件1转动的容置腔21。
限位件3与相邻关节结构的转动件1的限位部11配合、限制相邻关节结构的转动件1周向转动地设置在底座2上。
本实施例的关节结构,当需要实现两个正交轴的转动时,仅需要两个关节结构的串联,在实现两个正交轴上的自由转动时,需要的关节结构的串联数量也相对较少,串联的关节结构少可以减少若干关节结构传动时引起的传动误差,因此,传动效率高。
所述限位件3的轴线与所述限位部11所在的平面垂直。
在本实施例中,限位件3具有两个,且两个限位件3的连线经过转动件1的中心。限位件3为设置在容置腔21的槽口处的球体。如图1所示,球体的一半设置在容置腔21的内表面,另一半设置在槽口的上壁。
在本实施例中,转动件1为球体。
容置腔21的内表面为与相邻关节结构的转动件1相适配的球面。在本实施例中,容置腔21的内表面为半球面,当然,并不局限于此,容置腔21 的内表面可以小于半球面,如五分之二球面,只是容置腔21的内表面小于半球面时,两个正交轴相交的交点在容置腔21的内表面所在的球面的球心与内表面之间,即在容置腔21的槽口朝向上时,两个正交轴的相交的交点在球心的正下方,相对容置腔21的内表面为半球面时,两个正交轴的交点在内表面的球心的情况的结构连接不稳定。
在本实施例中,限位部11为设置在转动件1周向上的沿转动件1的径向向内凹陷的限位槽,限位件3可沿限位槽的延伸方向移动。限位槽所在的平面过转动件1的中心和转动件1与底座2连接处的中心的连线。在本实施例中,限位槽为弧形槽,弧形槽绕转动件1的最大周向设置。
在本实施例中,底座2的一侧通过连接杆4与转动件1固定连接。连接杆4与转动件1连接的部分小于转动件1在连接杆4轴向上长度的二分之一。连接杆4为圆柱形,当然,并不局限于此,如连接杆4的横截面积还可以设置为椭圆形、四边形、梯形。
在本实施例中,底座2为柱体,且底座2和转动件1同轴设置。当然,并不局限于此,底座2还可以为正方体、长方体、托圆柱体。
本实施例的关节结构,如图3所示,在没有限位件3的情况下,转动件1可以在底座2的容置腔21内沿着X轴、Y轴、Z轴三个方向转动,限位件3与限位部11配合可以限制转动件1在Z轴方向上的转动,因此,相邻两关节结构连接后,可以实现X轴、Y轴两个方向上的转动。
实施例2:
本实施例与实施例1的区别在于,本实施例中的球体限位件3设置有一个。当限位件3设置有一个时,为了保证转动件1在容置腔21中的转动满足传动要求,则要保证转动件1的外表面与容置腔21内表面的配合为过渡配合,过渡配合可以确保若干关节结构串联后的传动效率,和操控精度,但是对关节结构的加工精度要求高。
实施例3:
本实施例与上述实施例的区别在于,如图5、图6和图7所示,限位件 3为设置在容置腔21的槽口处的柱体,限位件3也设置有两个,且两个限位件3的连线经过转动件1的中心和转动件1与底座2连接处的中心的连线。当然,并不局限于此,柱体的限位件3也可以设置有一个,但同样要求转动件1的外表面与容置腔21内表面的配合为过渡配合。
实施例4:
本实施例与实施例3的区别在于,如图8和图12所示,限位件3为设置在容置腔21的槽口处的柱体,也限位件3设置有一个,但本实施例中的一个限位件3贯穿转动件1,且限位件3过转动件1的中心。
在本实施例中,限位件3的轴线在限位部11所在的平面内。
实施例5:
本实施例中,如图9和10所示,限位槽也为弧形槽,但弧形槽的弧度小于1/2π,且限位件3也设置有一个,即仅用转动件1一侧的弧形槽与限位件3配合来限制转动件1的周向转动,本实施中同样要求转动件1的外表面与容置腔21内表面的配合为过渡配合。
实施例6:
本实施例与实施例1的区别在于,如图9所示,本实施例中的限位槽贯穿转动件1,且转动件1的靠近底座2的一端和远离底座2的另一端都为不贯穿的结构,限位槽不贯穿转动件1的两端,能够保证转动件1的强度,确保关节结构的使用寿命。
实施例7:
本实施例与实施例1的区别在于,如图11所示,本实施例中的限位槽将转动件1平均分为两部分,即转动件1为相对设置在底座2上的小于二分之一球体的一部分。当然,并不局限于此,也可以为转动件1的靠近底座2的一端为连接的部分,转动件1上设有槽口方向为远离底座2的转动件1槽。
实施例8:
本实施例中与上述实施例的区别在于,限位部11和限位槽的结构为:
限位部11为设置在转动件1周向上的沿转动件1的径向向外突出的凸起,限位件3为设置在容置腔内沿容置腔的径向向外延伸的限位槽,凸起可在限位槽内沿着限位槽的延伸方向移动。凸起所在的平面过转动件1的中心和转动件1与底座2连接处的中心的连线。
实施例9:
本实施例与上述实施例的区别在于,连接杆4与转动件1连接的部分等于转动件1在连接杆4轴向上长度的二分之一,此时,可以将连接杆4 与转动件1看作为,连接杆4和设置在连接杆4上的半球体。
实施例10:
本实施例与上述实施例的区别在于,如图5、图13和图14所示,本实施例中的底座2包括呈柱体的座本体22,和设置在座本体22一侧的凸台 23。当然,并不局限于此,还可以为在座本体22的两侧都设置有凸台23。
实施例11:
本实施例在上述实施例的基础上,还包括设置在底座2上的用于遮挡转动件1的露出底座2部分的盖体,盖体的内表面与转动件1的外表面相适配,转动件1与底座2连接的一端伸出盖体。
实施例12:
本实施例与实施例11的区别在于,限位件3通过盖体设置在底座2上。盖体上设有安装孔,限位件3固定地安装在安装孔内。
实施例13:
本实施例的一种关节结构,适于多个串联以形成柔性关节,包括转动件1、底座2和限位件3。
转动件1为球体,转动件1的周向上设有限位部11。限位部11为设置在转动件1周向上的沿转动件1的径向向内凹陷的限位槽,限位件3可沿限位槽的延伸方向移动。限位槽所在的平面过转动件1的中心和转动件1 与底座2连接处的中心的连线。在本实施例中,限位槽为弧形槽,弧形槽绕转动件1的最大周向设置。
底座2的一侧设有适于供转动件1转动的容置腔21,容置腔21的内表面为与转动件1相适配的半球面,底座2的另一侧通过连接杆4与相邻关节结构的转动件1固定连接,且底座2和转动件1同轴设置,底座2为柱体;连接杆4与转动件1连接的部分小于转动件1在连接杆4轴向上长度的二分之一连接杆4也为圆柱形。
限位件3为设置在容置腔21的槽口处的球体,与转动件1的限位部11 配合、限制转动件1周向转动。限位件3具有两个,且两个限位件3的连线经过转动件1的中心。
本实施例的关节结构,最小动作单元为转动件1、底座2及设置在底座 2上的限位件3,当需要实现两个正交轴的转动时,仅需要一个最小动作单元,在实现两个正交轴上的自由转动时,需要的最小动作单元的串联数量也相对较少,串联的最小动作单元少可以减少若干关节结构传动时引起的传动误差,因此,传动效率高。
实施例14:
本实施例中与上述实施例的区别在于,如图14所示,本实施例中的关节结构的容置腔21的内表面可以是任意形状,只要满足转动件1可以在容置腔21的两个轴向方向上的转动即可。
实施例15:
本实施例中与上述实施例的区别在于,如图15和图16所示,本实施例中的底座2包括呈柱体的座本体22,和沿座本体22的径向向外延伸的凸起24,相临关节结构的底座2上设有用于容纳凸起24的容置槽25,如图 16所示,关节结构在转动过程中会使凸起24进入容置槽25内,且相邻的两凸起24相抵接。
实施例16:
本实施例中的一种柔性关节,如图13所示,包括关节本体,由至少两个上述实施例中的关节结构串联而成,关节结构的底座2上设有至少一个连接孔61,连接孔61为沿轴向贯穿底座2的通孔;
控制线,穿设于连接孔61中,并贯穿关节本体,一端与位于关节本体端部的底座2连接,另一端与适于控制关节本体运动的关节驱动结构连接。
连接孔61的轴线与底座2的轴线平行。连接孔61具有多个,且沿底座2的周向上均布设置。均布设置可以保证对关节本体的控制精度,在本实施例中,连接孔61设置有四个。
在本实施例中,底座2和转动件1分别设有轴向贯穿的穿设孔64,穿设孔64的直径可以为圆形,当然,也可以为方形。柔性关节还包括穿设于穿设孔64中的弹性轴,弹性轴的一端与驱动装置连接,另一端与由柔性关节运动而带动运动的运动部件连接。弹性轴可以增加柔性关节的抗扭曲的能力,即当弹性轴的弯曲角度越大时,弾性轴作用在柔性关节的弹力越大,因此,限制了柔性关节的弯曲角度,进而使柔性关节按照驱动结构的驱动方向运动,在本实施例中,弹性轴为弹簧软轴。
实施例17:
本实施例中的一种微创手术钳,具有实施例16的柔性关节,因此,也具有实施例14的柔性关节的优点。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。