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口腔正畸器械制备机器人及其机械手

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CN103817691A
CN103817691A CN 201410083066 CN201410083066A CN103817691A CN 103817691 A CN103817691 A CN 103817691A CN 201410083066 CN201410083066 CN 201410083066 CN 201410083066 A CN201410083066 A CN 201410083066A CN 103817691 A CN103817691 A CN 103817691A
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CN 201410083066
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Inventor
夏泽洋
郭杨超
甘阳洲
熊璟
胡颖
张建伟
Original Assignee
深圳先进技术研究院
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Abstract

一种机械手,包括接收机构及末端执行器。接收机构及末端执行器上分别设置有安装电磁铁及定位铁块,需要将末端执行器安装于接收机构上时,接收机构对准末端执行器,末端执行器的壳体收容于连接壳内,安装电磁铁通电后与定位铁块相吸附,以使末端执行器相对接收机构固定。需要使用其它型号的末端执行器时,安装电磁铁断电并失去磁性,末端执行器即可从接收机构上脱出,再通过相同的安装过程将其它型号的末端执行器安装于接收机构上。整个更换过程实现了自动化,提高了制备正畸弓丝的效率。同时还提供了一种使用上述机械手的口腔正畸器械制备机器人。

Description

口腔正畸器械制备机器人及其机械手

技术领域

[0001] 本发明涉及医用机器人技术,特别是涉及一种口腔正畸器械制备机器人及其机械手。

背景技术

[0002] 在日常的人际交往中,美丽协调的容貌往往能给人们留下深刻的第一印象,拥有整齐健康的牙齿是美丽容貌的一个重要组成部分。随着生活水平的提高,国民对口腔正畸的认识与需求也日渐提高。传统的口腔正畸治疗中用的弓丝都是完全依赖于医师的经验手工弯制,导致弓丝的弯制效率低、不确定性高,精度难以达到要求,使得整个治疗过程难以控制,周期变长,给病人带来不必要痛苦。

[0003] 近几年来,机器人有了高速的发展,其位姿精确定位功能使其在医学领域得到了很好的应用,正畸弓丝弯制机器人正是其中一个重要的方向。然而,在传统的正畸治疗过程中,在一根弯制成型的正畸弓丝上常常集成了多个作用曲,甚至多种不同的作用曲,这对机器人机械手上的末端执行器的要求很高,单一形状的机器人末端执行器很难满足需求,需要通过不同的末端执行器分别在正畸弓丝上进行弯制操作,大大降低了制备正畸弓丝的效率。

发明内容

[0004] 基于此,有必要提供一种制备正畸弓丝效率较高的机械手。

[0005] 一种机械手,包括:

[0006] 接收机构,所述接收机构包括:

[0007]支架;

[0008] 传动机构,所述传动机构设置于所述支架上;

[0009] 第一轴承座,设置于所述支架上;

[0010] 传动杆,所述传动杆通过所述第一轴承座设置于所述支架上,所述传动杆的一端与所述传动机构传动连接,所述传动杆远离所述传动机构的一端上开设有“V”字形槽;

[0011] 连接壳,为具有第一开口端的盒状结构,所述连接壳设置于所述支架的一端;

[0012] 第二轴承座,设置于所述连接壳的外表面上,所述传动杆通过所述第二轴承座安装于所述连接壳上,并且所述传动杆远离所述传动机构的一端穿过所述连接壳并进入所述连接壳内部,所述连接壳上还开设通孔;及

[0013] 安装电磁铁,设置于所述支架上,所述安装电磁铁对准所述通孔;及末端执行器,与所述接收机构可拆卸连接,所述末端执行器包括:

[0014] 壳体,其具有第二开口端及与所述第二开口端相对的封闭端;

[0015] 第三轴承座,设置于所述封闭端的内侧;

[0016] 滚珠丝杠,通过所述第三轴承座安装于所述壳体上,所述滚珠丝杠的一端穿过所述封闭端,其端面上设有与所述“V”字形槽相适配的“V”字形的凸出部;[0017] 手指组,设置于所述壳体内,并穿过所述第二开口端,所述手指组与所述滚珠丝杠传动连接;及

[0018] 定位铁块,固定于所述封闭端的外侧;

[0019] 其中,所述壳体收容于所述连接壳内,所述安装电磁铁通电后与所述定位铁块相吸附,以使所述末端执行器相对所述接收机构固定,所述凸出部卡入所述“V”字形槽,以使所述传动杆与所述滚珠丝杠传动连接,进而使得所述传动机构可带动所述手指组运动。

[0020] 在其中一个实施例中,所述手指组包括固定手指、可动手指、圆柱销及复位弹簧,所述固定手指固定于所述壳体内侧壁上,所述圆柱销的端部固定于所述壳体内侧壁上,所述固定手指及所述可动手指通过所述圆柱销相铰接,所述可动手指与所述滚珠丝杠传动连接,所述复位弹簧的两端分别连接于所述固定手指及所述可动手指上。

[0021] 在其中一个实施例中,所述接收机构还包括通电模块,所述末端执行器还包括导电铜块,所述导电铜块与所述固定手指电连接,所述末端执行器固定于所述接收机构中时,所述导电铜块与所述通电模块相电连接,所述通电模块可通过所述导电铜块对所述固定手指供电。

[0022] 在其中一个实施例中,所述手指组还包括滚轮,所述滚轮可转动地设置于所述可动手指靠近所述滚珠丝杠的一端,所述滚珠丝杠远离所述传动杆的一端上设有楔形块,所述楔形块的斜面与所述滚轮相抵持,所述滚轮可在所述楔形块的斜面上滚动,所述传动机构通过所述传动杆带动所述滚珠丝杠在其轴向上运动,进而使所述楔形块通过所述滚轮带动所述可动手指运动。

[0023] 在其中一个实施例中,所述“V”字形槽的槽壁为向内凹陷的弧面状结构,所述“V”字形槽的槽底还开设有轴向延伸的卡槽。

[0024] 在其中一个实施例中,所述滚珠丝杠上还设有轴向延伸的导向条,所述壳体内侧壁上开设有轴向延伸的导向槽,所述导向条可滑动地设置于所述导向槽中。

[0025] 在其中一个实施例中,所述接收机构还包括法兰。所述法兰设置于所述支架上。

[0026] 在其中一个实施例中,所述传动机构包括:

[0027] 传动电机,设置于所述支架上,所述传动电机包括转轴;

[0028] 第一齿轮,设置于所述转轴上 '及

[0029] 第二齿轮,设置于所述传动杆远离所述滚珠丝杠的一端,所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合,所述传动电机通过所述第一齿轮及所述第二齿轮带动所述传动杆转动。

[0030] 此外,还有必要提供一种使用上述机械手的口腔正畸器械制备机器人。

[0031] 一种口腔正畸器械制备机器人,包括:

[0032] 上述机械手;及

[0033] 工具库,为圆盘状结构,所述工具库上开设有多个用于收容所述末端执行器的收容槽,所述收容槽内还设有与所述壳体相适配的定位壳。

[0034] 在其中一个实施例中,所述壳体靠近所述第二开口端的侧壁为梯形结构,其上开设有定位卡孔;

[0035] 所述工具库还包括卡紧机构,所述卡紧机构收容于所述收容槽中,所述卡紧机构包括:

[0036] 推拉电磁铁,设置于所述收容槽的槽底;[0037] 铁芯,与所述推拉电磁铁传动连接;

[0038] 定位杆,所述定位杆一端与所述铁芯可转动连接,另一端为弯折的卡勾部,所述定位杆中部可转动地设置于所述定位壳上,所述定位壳中部开设有避位孔,所述卡勾部穿设所述避位孔;及

[0039] 复位弹性件,套设于所述铁芯上;

[0040] 其中,所述末端执行器收容于所述收容槽中时,所述壳体与所述定位壳的内侧壁相抵持,所述推拉电磁铁驱动所述铁芯,进而驱动所述定位杆转动,以使所述卡勾部与所述定位卡孔相卡合或分离。

[0041] 上述口腔正畸器械制备机器人及其机械手,至少具备以下优点:

[0042] 首先,上述机械手中,其接收机构及末端执行器上分别设置有安装电磁铁及定位铁块,需要将末端执行器安装于接收机构上时,接收机构对准末端执行器,末端执行器的壳体收容于连接壳内,安装电磁铁通电后与定位铁块相吸附,以使末端执行器相对接收机构固定。需要使用其它型号的末端执行器时,安装电磁铁断电并失去磁性,末端执行器即可从接收机构上脱出,再通过相同的安装过程将其它型号的末端执行器安装于接收机构上。整个更换过程实现了自动化,提高了制备正畸弓丝的效率。

[0043] 此外,在上述机械手中,通电模块可通过导电铜块对固定手指供电,电流通过固定手指流向手指组夹持的正畸弓丝,正畸弓丝与机械手间构成回路,以实现对正畸弓丝进行加热,满足了精确弯制的需求。

附图说明

[0044] 图1为本发明较佳实施例中的机械手的结构图;

[0045]图2为图1所示机械手中接收机构的具体结构图;

[0046] 图3为图1所示机械手中末端执行器的具体结构图;

[0047] 图4为图1所示机械手的局部具体结构图;

[0048] 图5为图1所示机械手中通电模块的结构图;

[0049] 图6为本发明较佳实施例中的口腔正畸器械制备机器人的局部示意图;

[0050] 图7为图6所不口腔正畸器械制备机器人中工具库的局部结构图;

[0051] 图8为另一实施例的末端执行器的结构图。

具体实施方式

[0052] 为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

[0053] 需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

[0054] 除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0055] 请参阅图1,本发明较佳实施例中的机械手10,包括接收机构100及末端执行器200。末端执行器200与接收机构100可拆卸连接。

[0056] 请一并参阅图2,接收机构100包括支架110、传动机构120、第一轴承座130、传动杆140、连接壳150、第二轴承座160及安装电磁铁170。

[0057] 传动机构120设置于支架110上。第一轴承座130设置于支架110上。传动杆140通过第一轴承座130设置于支架110上,传动杆140的一端与传动机构120传动连接,传动杆140远离传动机构120的一端上开设有“V”字形槽142。

[0058] 传动机构120包括传动电机122、第一齿轮124及第二齿轮126。传动电机122设置于支架110上,传动电机122包括转轴(图未标)。第一齿轮124设置于转轴上。第二齿轮126设置于传动杆140的一端,第二齿轮126与第一齿轮124相卩齿合,传动电机122通过第一齿轮124及第二齿轮126带动传动杆140转动。

[0059] 连接壳150为具有第一开口端152的盒状结构,连接壳150设置于支架110的一端。第二轴承座160设置于连接壳150的外表面上,传动杆140通过第二轴承座160安装于连接壳150上,并且传动杆140远离传动机构120的一端穿过连接壳150并进入连接壳150内部,连接壳150上还开设通孔(图未示)。

[0060] 接收机构100还包括法兰180。法兰180设置于支架110上。法兰180用来将整个机械手10组装于工业机器人上。

[0061] 请一并参阅图3,末端执行器200包括壳体210、第三轴承座220、滚珠丝杠230、手指组240及定位铁块250。

[0062] 壳体210具有第二开口端212及与第二开口端212相对的封闭端214。第三轴承座220设置于封闭端214的内侧。滚珠丝杠230通过第三轴承座220安装于壳体210上。滚珠丝杠230的一端穿过封闭端214,其端面上设置有与“V”字形槽142相适配的“V”字形的凸出部232。传动杆140可与滚珠丝杠230传动连接。

[0063] 滚珠丝杠230上还设有轴向延伸的导向条234,壳体210内侧壁上开设有轴向延伸的导向槽(图未示),导向条234可滑动地设置于导向槽中。

[0064] 手指组240设置于壳体210内,并穿过第二开口端212,手指组240与滚珠丝杠230传动连接。

[0065] 具体在本实施例中,手指组240包括固定手指242、可动手指244、圆柱销246及复位弹簧248。固定手指242固定于壳体210内侧壁上。圆柱销246的端部固定于壳体210内侧壁上。固定手指242及可动手指244通过圆柱销246相绞接。可动手指244与滚珠丝杠230传动连接,复位弹簧248的两端分别连接于固定手指242及可动手指244上。

[0066] 手指组240还包括滚轮241,滚轮241可转动地设置于可动手指244靠近滚珠丝杠230的一端。滚珠丝杠230远离传动杆140的一端上设有楔形块236,楔形块236的斜面与滚轮241相抵持。滚轮241可在楔形块236的斜面上滚动,传动机构120通过传动杆140带动滚珠丝杠230在其轴向上运动,进而使楔形块236通过滚轮241带动可动手指244运动。[0067] 定位铁块250固定于封闭端214的外侧。壳体210可收容于连接壳150内,安装电磁铁170通电后与定位铁块250相吸附,以使末端执行器200相对接收机构100固定,凸出部232卡入“V”字形槽142,以使传动杆140与滚珠丝杠230传动连接,进而使得传动机构120可带动手指组240运动。

[0068] 具体的,请一并参阅图4,“V”字形槽142的槽壁为向内凹陷的弧面状结构,“V”字形槽142的槽底还开设有轴向延伸的卡槽144。这样,当传动杆140与滚珠丝杠230对接时,凸出部232的顶部可顺着“V”字形槽142的槽壁滑动,最终与“V”字形槽142的槽底的卡槽144相卡持,以使得传动杆140与滚珠丝杠230间对接牢靠。

[0069] 传动机构120通过传动杆140带动滚珠丝杠230在其轴向上向靠近手指组240运动时,楔形块236对滚轮241进行挤压,滚轮241在楔形块236的斜面上滚动,进而带动可动手指244运动,使手指组240闭合,手指组240处于夹持状态,以夹持需弯制的正畸弓丝。传动机构120带动滚珠丝杠230在其轴向上向远离手指组240运动时,可动手指244在复位弹簧248的作用下与固定手指242分开,进而松开正畸弓丝(图未示)。

[0070] 由于正畸弓丝的材质一般为镍钛记忆合金等材料,其在常温下具有超高的弹性,很难进行弯制,需要进行适当的加热处理。为了在正畸弓丝上弯制出的作用曲更加精确,请一并参阅图3及图5,接收机构100还包括通电模块190,末端执行器200还包括导电铜块260。导电铜块260与固定手指242电连接,末端执行器200固定于接收机构100中时,导电铜块260与通电模块190相电连接,通电模块190可通过导电铜块260对固定手指242供电,电流通过固定手指242流向手指组240夹持的正畸弓丝,正畸弓丝与机械手10间构成回路,以实现对正畸弓丝进行加热。

[0071] 通电模块190包括用于通电的导线192、导电块194和锥形弹簧196。导电块194固定于支架110上,锥形弹簧196设置于导电块194上。当末端执行器200固定于接收机构100上时,锥形弹簧196与导电铜块260相接触,以使导电铜块260与通电模块190相电连接。

[0072] 请一并参阅图6及图7,本发明较佳实施例中的口腔正畸器械制备机器人,包括工具库20及上述机械手10。

[0073] 工具库20为圆盘状结构。工具库20可转动地设置于外部的固定平台上。工具库20上开设有多个用于收容末端执行器200的收容槽610,收容槽610内还设有与壳体210相适配的定位壳620。

[0074] 请一并参阅图8,在口腔正畸器械制备机器人中,其末端执行器200中手指组240的结构和尺寸可以根据实际情况而改变,以满足不同的弯制需求。工具库20上开设有多个用于收容末端执行器200的收容槽610,其可收容多个不同结构的末端执行器200以供选择。

[0075] 请再次参阅图7,在末端执行器200中,其壳体210靠近第二开口端212的侧壁为梯形结构,其上开设有定位卡孔216。

[0076] 工具库20还包括卡紧机构630,卡紧机构630收容于收容槽610中,卡紧机构630包括推拉电磁632、铁芯634、定位杆636及复位弹性件638。推拉电磁铁632设置于收容槽610的槽底。铁芯634与推拉电磁铁632传动连接。定位杆636 —端与铁芯634可转动连接,另一端为弯折的卡勾部636a,定位杆636中部可转动地设置于定位壳620上,定位壳620中部开设有避位孔622,卡勾部636a穿过避位孔622。复位弹性件638套设于铁芯634上。

[0077] 其中,末端执行器200收容于收容槽610中时,壳体210与定位壳620的内侧壁相抵持,推拉电磁铁632驱动铁芯634,进而驱动定位杆636转动,以使卡勾部636a与定位卡孔216相卡合或分离。当卡勾部636a与定位卡孔216相卡合时,末端执行器200可被固定于工具库20上,当卡勾部636a与定位卡孔216相分离时,末端执行器200相对工具库20可分离,末端执行器200可装载于接收机构100上,以组成用于弯制正畸弓丝的机械手10。

[0078] 上述口腔正畸器械制备机器人及其机械手10,至少具备以下优点:

[0079] 首先,上述机械手10中,其接收机构100及末端执行器200上分别设置有安装电磁铁170及定位铁块250,需要将末端执行器200安装于接收机构100上时,接收机构100对准末端执行器200,末端执行器200的壳体210收容于连接壳150内,安装电磁铁170通电后与定位铁块250相吸附,以使末端执行器200相对接收机构100固定。需要使用其它型号的末端执行器200时,安装电磁铁170断电并失去磁性,末端执行器200即可从接收机构100上脱出,再通过相同的安装过程将其它型号的末端执行器200安装于接收机构100上。整个更换过程实现了自动化,提高了制备正畸弓丝的效率。

[0080] 此外,在上述机械手10中,通电模块190可通过导电铜块260对固定手指242供电,电流通过固定手指242流向手指组240夹持的正崎弓丝,正崎弓丝与机械手10间构成回路,以实现对正畸弓丝进行加热,满足了精确弯制的需求。

[0081] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械手,其特征在于,包括: 接收机构,所述接收机构包括: 支架; 传动机构,所述传动机构设置于所述支架上; 第一轴承座,设置于所述支架上; 传动杆,所述传动杆通过所述第一轴承座设置于所述支架上,所述传动杆的一端与所述传动机构传动连接,所述传动杆远离所述传动机构的一端上开设有“V”字形槽; 连接壳,为具有第一开口端的盒状结构,所述连接壳设置于所述支架的一端; 第二轴承座,设置于所述连接壳的外表面上,所述传动杆通过所述第二轴承座安装于所述连接壳上,并且所述传动杆远离所述传动机构的一端穿过所述连接壳,并进入所述连接壳内部,所述连接壳上还开设通孔;及 安装电磁铁,设置于所述支架上,所述安装电磁铁对准所述通孔;及末端执行器,与所述接收机构可拆卸连接,所述末端执行器包括: 壳体,其具有第二开口端及与所述第二开口端相对的封闭端; 第三轴承座,设置于所述封闭端的内侧; 滚珠丝杠,通过所述第三轴承座安装于所述壳体上,所述滚珠丝杠的一端穿过所述封闭端,其端面上设有与所述“V”字形槽相适配的“V”字形的凸出部; 手指组,设置于所述壳体内,并穿过所述第二开口端,所述手指组与所述滚珠丝杠传动连接;及 定位铁块,固定于所述封闭端的外侧; 其中,所述壳体收容于所述连接壳内,所述安装电磁铁通电后与所述定位铁块相吸附,以使所述末端执行器相对所述接收机构固定,所述凸出部卡入所述“V”字形槽,以使所述传动杆与所述滚珠丝杠传动连接,进而使得所述传动机构可带动所述手指组运动。
2.根据权利要求1所述的机械手,其特征在于,所述手指组包括固定手指、可动手指、圆柱销及复位弹簧,所述固定手指固定于所述壳体内侧壁上,所述圆柱销的端部固定于所述壳体内侧壁上,所述固定手指及所述可动手指通过所述圆柱销相铰接,所述可动手指与所述滚珠丝杠传动连接,所述复位弹簧的两端分别连接于所述固定手指及所述可动手指上。
3.根据权利要求2所述的机械手,其特征在于,所述接收机构还包括通电模块,所述末端执行器还包括导电铜块,所述导电铜块与所述固定手指电连接,所述末端执行器固定于所述接收机构中时,所述导电铜块与所述通电模块相电连接,所述通电模块可通过所述导电铜块对所述固定手指供电。
4.根据权利要求2所述的机械手,其特征在于,所述手指组还包括滚轮,所述滚轮可转动地设置于所述可动手指靠近所述滚珠丝杠的一端,所述滚珠丝杠远离所述传动杆的一端上设有楔形块,所述楔形块的斜面与所述滚轮相抵持,所述滚轮可在所述楔形块的斜面上滚动,所述传动机构通过所述传动杆带动所述滚珠丝杠在其轴向上运动,进而使所述楔形块通过所述滚轮带动所述可动手指运动。
5.根据权利要求1所述的机械手,其特征在于,所述“V”字形槽的槽壁为向内凹陷的弧面状结构,所述“V”字形槽的槽底还开设有轴向延伸的卡槽。
6.根据权利要求1所述的机械手,其特征在于,所述滚珠丝杠上还设有轴向延伸的导向条,所述壳体内侧壁上开设有轴向延伸的导向槽,所述导向条可滑动地设置于所述导向槽中。
7.根据权利要求1所述的机械手,其特征在于,所述接收机构还包括法兰,所述法兰设置于所述支架上。
8.根据权利要求1所述的机械手,其特征在于,所述传动机构包括: 传动电机,设置于所述支架上,所述传动电机包括转轴; 第一齿轮,设置于所述转轴上;及 第二齿轮,设置于所述传动杆远离所述滚珠丝杠的一端,所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合,所述传动电机通过所述第一齿轮及所述第二齿轮带动所述传动杆转动。
9.一种口腔正畸器械制备机器人,其特征在于,包括: 如权利要求1~8任意一项所述的机械手;及 工具库,为圆盘状结构,所述工具库上开设有多个用于收容所述末端执行器的收容槽,所述收容槽内还设有与所述壳体相适配的定位壳。
10.根据权利要求9所述的口腔正畸器械制备机器人,其特征在于,所述壳体靠近所述第二开口端的侧壁为梯形结构,其上开设有定位卡孔; 所述工具库还包括卡紧机构,所述卡紧机构收容于所述收容槽中,所述卡紧机构包括: 推拉电磁铁,设置于所述收容槽的槽底; 铁芯,与所述推拉电磁铁传动连接; 定位杆,所述定位杆一端与所述铁芯可转动连接,另一端为弯折的卡勾部,所述定位杆中部可转动地设置于所述定位壳上,所述定位壳中部开设有避位孔,所述卡勾部穿过所述避位孔;及 复位弹性件,套设于所述铁芯上; 其中,所述末端执行器收容于所述收容槽中时,所述壳体与所述定位壳的内侧壁相抵持,所述推拉电磁铁驱动所述铁芯,进而驱动所述定位杆转动,以使所述卡勾部与所述定位卡孔相卡合或分离。`
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