醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，在減速器的旁邊設(shè)置定位軸，該定位軸與俯仰臂可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且定位軸與轉(zhuǎn)動(dòng)底座相固定，在所述定位軸上安裝扭簧座，所述扭簧座上套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座連接，扭簧的外鉤與俯仰臂連接。本發(fā)明通過(guò)扭簧來(lái)平衡減速器的扭矩，一方面能有效防止醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)械臂發(fā)生滑落，消除了安全隱患；另一方面，可適當(dāng)?shù)慕档蜏p速器的扭矩、體積及電機(jī)功率，使得整體體積減小，有效地節(jié)約了成本；同時(shí)，加入扭簧后，在電機(jī)突然失控時(shí)，扭簧還可起到緩沖作用，有效地降低了風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于裝配，安全可靠，改造容易，改造成本低等特點(diǎn)，在各種類(lèi)型的醫(yī)用機(jī)器人上均適用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，特別涉及一種醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)療科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器人應(yīng)用到了醫(yī)療行業(yè)中，比如CT機(jī)、手術(shù)機(jī)器人、內(nèi)窺鏡控制機(jī)器人等。醫(yī)療機(jī)器人在醫(yī)療檢查中，能夠?qū)崿F(xiàn)精確移動(dòng)和定位，也能夠解決人工操作帶來(lái)的抖動(dòng)、身體疲勞等問(wèn)題。但同時(shí)，醫(yī)用機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人不同在于，醫(yī)療機(jī)器人對(duì)安全性要求較高，所以會(huì)引入較多安全性措施。
[0003]在醫(yī)用多自由度機(jī)器人中，串聯(lián)結(jié)構(gòu)是較為常用的一種，但由于較長(zhǎng)的手臂，在末端往往承受較大重力。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)主要由電機(jī)和減速器組成，在俯仰運(yùn)動(dòng)中，減速器主要承受扭矩，當(dāng)前端負(fù)載較重時(shí)，且運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)端時(shí)，減速器承受較大扭矩。為了保證醫(yī)用機(jī)器人的安全性，防止出現(xiàn)突然掉落的情況，往往采用提高電機(jī)功率或加大減速器扭力來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的安全控制，但這樣在增加成本的同時(shí)會(huì)增大機(jī)器人關(guān)節(jié)的體積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:一種醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，減速器外圈的固定盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)底座相固定，減速器的輸出軸與俯仰臂連接，其特征在于:在所述減速器的旁邊設(shè)置定位軸，該定位軸與俯仰臂可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且定位軸與轉(zhuǎn)動(dòng)底座相固定，在所述定位軸上安裝扭簧座，所述扭簧座上套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座連接，扭簧的外鉤與俯仰臂連接。
[0006]采用以上技術(shù)方案，減速器的輸入軸與電機(jī)連接，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，減速器的輸出軸帶動(dòng)俯仰臂轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧被拉伸，向俯仰臂及減速器施加反向扭矩，隨著俯仰臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大，扭簧提供的反向扭矩越大，從而起到平衡一定扭矩的作用，這樣有效防止了醫(yī)用機(jī)器人機(jī)械臂發(fā)生滑落，并且不會(huì)增大機(jī)械臂關(guān)節(jié)的體積，改造容易，改造成本低，在各種類(lèi)型的醫(yī)用機(jī)器人上均適用。
[0007]所述俯仰臂由平行并對(duì)稱(chēng)布置的俯仰左臂和俯仰右臂構(gòu)成，俯仰左、右臂的根部位于轉(zhuǎn)動(dòng)底座上的缺口中，所述俯仰左臂的根部套裝于減速器的輸出軸上，并通過(guò)螺釘固定，所述俯仰右臂的根部通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)底座上的定位軸相支承。以上結(jié)構(gòu)俯仰左、右臂之間能夠形成容置空間，以便于布置其它零件;仰左、右臂與轉(zhuǎn)動(dòng)底座接合緊密，能有效減小占用空間，且俯仰左臂與減速器的輸出軸連接牢固、可靠，俯仰臂相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)底座轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性好。
[0008]所述定位軸為空心軸，該定位軸位于減速器與扭簧座之間，三者的軸心線(xiàn)在一條直線(xiàn)上。以上結(jié)構(gòu)定位軸具有減重的作用，并且定位軸的中心孔可用于穿設(shè)線(xiàn)束，有利于電線(xiàn)走線(xiàn)及布置;減速器、定位軸和扭簧座一字排開(kāi)設(shè)置，既便于裝配，又能夠確保扭簧平衡扭矩的效果。
[0009]為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述定位軸的左端通過(guò)軸承與俯仰右臂的根部支承，定位軸的右端一體形成定位盤(pán)，該定位盤(pán)通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)動(dòng)底座相固定。
[0010]所述扭簧座為左大右小的三段式臺(tái)階軸結(jié)構(gòu)，扭簧座左端面與定位盤(pán)相貼合，扭簧座通過(guò)螺釘與定位盤(pán)固定。以上結(jié)構(gòu)扭簧座造型簡(jiǎn)單，加工制作容易，成本低，不僅與定位軸之間連接的牢固性好，而且有利于在扭簧座上分段布置對(duì)應(yīng)的零件。
[0011]為了減重及方便走線(xiàn)，在所述扭簧座上沿其軸心線(xiàn)開(kāi)設(shè)有通孔。
[0012]在所述扭簧座的中段套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座上對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)的溝槽掛接，扭簧的外鉤與掛軸相掛接，該掛軸固定于俯仰右臂上。以上方案扭簧安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便、快捷，并且扭簧與扭簧座及掛軸之間連接的可靠性好。
[0013]在所述扭簧的外面罩設(shè)有扭簧罩，該扭簧罩的左端敞口，扭簧罩右端的中部通過(guò)軸承與扭簧座右端的小徑段相支承。當(dāng)扭簧被拉伸的時(shí)候，扭簧罩能一起運(yùn)轉(zhuǎn)，一方面不會(huì)影響扭簧平衡扭矩的性能；另一方面，扭簧罩具有防護(hù)作用，能夠防止扭簧意外脫落傷人，從而增強(qiáng)了安全性。
[0014]所述掛軸的右端垂直穿過(guò)扭簧罩的右端壁，在掛軸的右端頭固套有對(duì)扭簧罩限位的防松擋塊，所述扭簧在左右方向上由掛軸上的臺(tái)階面和扭簧罩共同限位。以上結(jié)構(gòu)通過(guò)防松擋塊對(duì)扭簧罩定位，能有效防止扭簧罩發(fā)生脫落，進(jìn)一步增強(qiáng)了安全性；同時(shí)，扭簧不會(huì)在左右方向上發(fā)生竄動(dòng)，平衡扭矩的性能有保障。
[0015]有益效果:本發(fā)明通過(guò)扭簧來(lái)平衡減速器的扭矩，一方面能有效防止醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)械臂發(fā)生滑落，消除了安全隱患；另一方面，可適當(dāng)?shù)慕档蜏p速器的扭矩、體積及電機(jī)功率，使得整體體積減小，有效地節(jié)約了成本；同時(shí)，加入扭簧后，在電機(jī)突然失控時(shí)，扭簧還可起到緩沖作用，有效地降低了風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于裝配，安全可靠，改造容易，改造成本低等特點(diǎn)，在各種類(lèi)型的醫(yī)用機(jī)器人上均適用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為醫(yī)用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0018]圖3為圖1的B-B剖視放大圖。
[0019]圖4為圖2的C-C剖視放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0021]如圖1、圖2所示，醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)械臂為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，由第一關(guān)節(jié)a、第二關(guān)節(jié)b和第三關(guān)節(jié)c組成，第一關(guān)節(jié)a為俯仰關(guān)節(jié)，決定整個(gè)機(jī)械臂的上下移動(dòng);第二關(guān)節(jié)b和第三關(guān)節(jié)c決定機(jī)械臂在平面的移動(dòng)。在機(jī)械臂的末端可能會(huì)設(shè)置有醫(yī)療檢查裝置，因此根據(jù)物理學(xué)原理，若末端較重，則第一關(guān)節(jié)a在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)承受較大力矩。若在機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)或減速器的力矩的選型余量不足，不能平衡向下的重力，就有可能造成機(jī)械臂的滑落，從而對(duì)人體造成危險(xiǎn);若選擇足夠力矩余量的電機(jī)或減速器，有可能會(huì)增加關(guān)節(jié)體積，增大成本。而本發(fā)明利用扭簧來(lái)平衡扭矩，則可以很好地解決上述問(wèn)題。[0022 ]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明利用扭簧平衡扭矩的結(jié)構(gòu)如下:
[0023]減速器2嵌裝于轉(zhuǎn)動(dòng)底座I中，減速器2外圈的固定盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)底座I相固定，減速器2的輸入軸向左伸出，并能與電機(jī)(圖中未畫(huà)出)連接。俯仰臂由平行并對(duì)稱(chēng)布置的俯仰左臂3和俯仰右臂4構(gòu)成，俯仰左臂3與俯仰右臂4之間通過(guò)螺釘及軸固定連接在一起，俯仰左、右臂的根部位于轉(zhuǎn)動(dòng)底座I上的缺口中。俯仰左臂3的根部套裝于減速器2的輸出軸上，并通過(guò)螺釘固定。俯仰右臂4的根部中嵌裝定位軸5，該定位軸5為空心軸，定位軸5的左端通過(guò)軸承8與俯仰右臂4的根部支承，定位軸5的右端一體形成定位盤(pán)5a，該定位盤(pán)5a通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)動(dòng)底座I相固定。
[0024]在定位軸5的右側(cè)設(shè)置扭簧座6，定位軸5位于減速器2與扭簧座6之間，三者的軸心線(xiàn)在一條直線(xiàn)上。扭簧座6優(yōu)選為左大右小的三段式臺(tái)階軸結(jié)構(gòu)，扭簧座6左端面與定位盤(pán)5a相貼合，扭簧座6通過(guò)螺釘與定位盤(pán)5a固定，在扭簧座6上沿其軸心線(xiàn)開(kāi)設(shè)有通孔。在扭簧座6的中段套裝扭簧7，該扭簧7的內(nèi)鉤與扭簧座6上對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)的溝槽掛接，扭簧7的外鉤與掛軸10的右部相掛接，該掛軸10的左端固定于俯仰右臂4上。
[0025]在扭簧7的外面罩設(shè)有扭簧罩11，該扭簧罩11的左端敞口，扭簧罩11右端的中部通過(guò)軸承與扭簧座6右端的小徑段相支承。掛軸10的右端垂直穿過(guò)扭簧罩11的右端壁，在掛軸10的右端頭固套有對(duì)扭簧罩11限位的防松擋塊12，扭簧7在左右方向上由掛軸10上的臺(tái)階面和扭簧罩11共同限位。
[0026]本發(fā)明的工作原理如下:
[0027]當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器2運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，減速器2的輸出軸帶動(dòng)俯仰臂轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧7被拉伸，向俯仰臂及減速器施加反向扭矩，隨著俯仰臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大，扭簧7提供的反向扭矩越大，從而起到平衡一定扭矩的作用。
[0028]在設(shè)計(jì)上述抗扭矩關(guān)節(jié)時(shí)，要注意扭簧的選型，需保證滿(mǎn)足下列公式，保證帶有扭簧的機(jī)械臂能夠正常工作:
[0029]Llmax<L2+LG
[0030]其中，Llmax為扭簧能夠提供的最大扭矩，L2S機(jī)械臂在勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)提供的扭矩，Lg為機(jī)械臂重力力矩。
[0031 ]另外，若單個(gè)扭簧不能抵抗足夠的扭矩，則可將多個(gè)扭簧并聯(lián)使用，則抗扭矩值=單個(gè)扭簧抗扭矩值對(duì)丑簧數(shù)量。
[0032]在機(jī)械臂的其他關(guān)節(jié)，如第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)也可使用類(lèi)似的抗扭矩結(jié)構(gòu)，其原理與關(guān)節(jié)--致。
[0033]盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于上述【具體實(shí)施方式】，上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的而不是限定性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權(quán)利要求的前提下，可以作出多種類(lèi)似的表示，如更改定位軸的結(jié)構(gòu)及安裝方式，或者改變扭簧座的造型，或者俯仰臂的結(jié)構(gòu)等，這樣的變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，減速器(2)外圈的固定盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)底座(I)相固定，減速器(2)的輸出軸與俯仰臂連接，其特征在于:在所述減速器(2)的旁邊設(shè)置定位軸(5)，該定位軸(5)與俯仰臂可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且定位軸(5)與轉(zhuǎn)動(dòng)底座(I)相固定，在所述定位軸(5)上安裝扭簧座(6)，所述扭簧座(6)上套裝扭簧(7)，該扭簧(7)的內(nèi)鉤與扭簧座(6)連接，扭簧(7)的外鉤與俯仰臂連接。2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述俯仰臂由平行并對(duì)稱(chēng)布置的俯仰左臂(3)和俯仰右臂(4)構(gòu)成，俯仰左、右臂的根部位于轉(zhuǎn)動(dòng)底座(I)上的缺口中，所述俯仰左臂(3)的根部套裝于減速器(2)的輸出軸上，并通過(guò)螺釘固定，所述俯仰右臂(4)的根部通過(guò)軸承(8)與轉(zhuǎn)動(dòng)底座(I)上的定位軸(5)相支承。3.如權(quán)利要求2所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述定位軸(5)為空心軸，該定位軸(5)位于減速器(2)與扭簧座(6)之間，三者的軸心線(xiàn)在一條直線(xiàn)上。4.如權(quán)利要求3所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述定位軸(5)的左端通過(guò)軸承(8)與俯仰右臂(4)的根部支承，定位軸(5)的右端一體形成定位盤(pán)(5a)，該定位盤(pán)(5a)通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)動(dòng)底座(I)相固定。5.如權(quán)利要求4所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述扭簧座(6)為左大右小的三段式臺(tái)階軸結(jié)構(gòu)，扭簧座(6)左端面與定位盤(pán)(5a)相貼合，扭簧座(6)通過(guò)螺釘與定位盤(pán)(5a)固定。6.如權(quán)利要求5所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述扭簧座(6)上沿其軸心線(xiàn)開(kāi)設(shè)有通孔。7.如權(quán)利要求5或6所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述扭簧座(6)的中段套裝扭簧(7)，該扭簧(7)的內(nèi)鉤與扭簧座(6)上對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)的溝槽掛接，扭簧(7)的外鉤與掛軸(10)相掛接，該掛軸(10)固定于俯仰右臂(4)上。8.如權(quán)利要求7所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述扭簧(7)的外面罩設(shè)有扭簧罩(11)，該扭簧罩(11)的左端敞口，扭簧罩(11)右端的中部通過(guò)軸承與扭簧座(6)右端的小徑段相支承。9.如權(quán)利要求8所述的醫(yī)用機(jī)器人減速器抗扭矩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述掛軸(10)的右端垂直穿過(guò)扭簧罩(11)的右端壁，在掛軸(10)的右端頭固套有對(duì)扭簧罩(11)限位的防松擋塊(12)，所述扭簧(7)在左右方向上由掛軸(10)上的臺(tái)階面和扭簧罩(11)共同限位。
【文檔編號(hào)】B25J19/06GK106042006SQ201610409723
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】王黎, 李彥俊, 梁東
【申請(qǐng)人】重慶金山科技（集團(tuán)）有限公司