CN105250026B - 一种两自由度姿态调整装置 - Google Patents

Abstract

在放射性治疗粒子植入时，需要改变粒子植入装置姿态，而粒子植入装置一般不具有姿态调整功能。本发明设计了一种两自由度姿态调整装置，包括机构底板、箱体底板、电机箱体、旋转模块被动齿轮、旋转模块主动齿轮、旋转模块被动齿轮轴、箱体顶板、齿轮耳板、内支撑耳板、外支撑耳板、俯仰板、俯仰板轴、过渡齿轮轴、限位销、限位板、俯仰模块主动齿轮、过渡齿轮、俯仰模块被动齿轮、旋转电机、俯仰电机、俯仰电机固定板。装置中间部位为箱体结构，容纳电机，箱体的下部为旋转模块。上部为俯仰模块，并设有限位销钉和限位槽，限制俯仰角度。装置为独立结构，与定位机械臂解耦，控制简单。中部采用箱体结构，结构紧凑，质量轻。

Description

一种两自由度姿态调整装置

技术领域

本发明涉及一种微创外科手术机器人，具体涉及一种应用于手术机械臂末端，调整手术执行机构姿态的机械装置。

背景技术

在微创手术治疗中，经常会对粒子枪与活检枪进行姿态调整以改变进针方向，一般会将机器人的姿态调整考虑到机器臂的设计中，这样会使姿态调整装置与定位机械臂产生机构耦合的现象，增加运动学分析复杂性，增加设计难度和控制难度。此外，对于不具有姿态调整功能的机械臂如果增加姿态调整功能，很不方便，也不经济。因此，根据实际需要有必要设计一种用于独立完成姿态调整功能的装置，该装置需满足重量轻、结构简单、稳定性好、操作简单等要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述机构耦合等问题，基于模块化思想，设计一种两自由度姿态调整装置，该装置应用于粒子枪和活检枪等医用机器人末端，调整执行机构的姿态。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明是一种两自由度姿态调整装置，用于调整执行机构的姿态，包括机构底板、箱体底板、电机箱体、旋转模块被动齿轮、旋转模块主动齿轮、旋转模块被动齿轮轴、箱体顶板、齿轮耳板、内支撑耳板、外支撑耳板、俯仰板、俯仰板轴、过渡齿轮轴、限位销、限位板、俯仰模块主动齿轮、过渡齿轮、俯仰模块被动齿轮、旋转电机、俯仰电机、俯仰电机固定板，其特征在于：所述的机构底板上设有四个安装孔，并采用四个螺栓与机械臂相连，机构底板和旋转模块被动齿轮通过两个螺钉固连，机构底板与旋转模块被动齿轮轴一端螺纹连接，旋转模块被动齿轮轴穿过旋转模块被动齿轮，与旋转模块被动齿轮为间隙配合，所述的旋转模块被动齿轮轴与箱体底板构成销钉连接，箱体底板绕旋转模块被动齿轮轴转动，所述的箱体底板通过四个螺钉与旋转电机固连，旋转电机的输出轴为键槽轴，并通过键与旋转模块主动齿轮连接，旋转模块主动齿轮与旋转模块被动齿轮为齿轮副连接，所述的电机箱体连接箱体底板和箱体顶板，所述的箱体顶板分别通过两个螺钉与齿轮耳板、内支撑耳板、外支撑耳板连接，所述的俯仰板轴与齿轮耳板、内支撑耳板、外支撑耳板的光孔为间隙配合，所述的俯仰板轴在轴向居中部位设有键槽结构，与俯仰板和俯仰模块被动齿轮采用键连接，所述的俯仰板侧面设有两个安装孔，并用螺钉连接有限位板，限位板上具有弧形槽，所述的限位销一端在弧形槽内滑动，另一端与外支撑耳板上的销钉孔过盈连接，所述的齿轮耳板与过渡齿轮轴一端过盈连接，齿轮轴另一端与过渡齿轮构成旋转副，所述的箱体顶板上通过四个螺钉与俯仰电机固定板相连，俯仰电机固定板上固定有俯仰电机，俯仰电机的输出轴为键槽轴，并通过键与俯仰模块主动齿轮连接，所述的俯仰模块主动齿轮与过渡齿轮为齿轮副连接，所述的过渡齿轮与俯仰模块被动齿轮为齿轮副连接。

本发明有以下技术效果和优点：

1、本发明，中间部位采用箱体结构，箱体内部容纳两个电机，使得整体结构紧凑，质量轻。

2、本发明中，限位销和限位板的设计，能对俯仰板起到限位作用，有效防止俯仰板超出工作范围损坏执行机构。

3、本发明，将一种两自由度姿态调整装置设计成一个独立的装置，不与定位机械臂耦合，正、逆运动学求解简单，控制方便。

附图说明

图1本发明整体结构示意图。

图2本发明限位销局部示意图。

图中1.机构底板、2.箱体底板、3.电机箱体、4.旋转模块被动齿轮、5.旋转模块主动齿轮、6.旋转模块被动齿轮轴、7.箱体顶板、8.齿轮耳板、9.内支撑耳板、10.外支撑耳板、11.俯仰板、12.俯仰板轴、13.过渡齿轮轴、14.限位销、15.限位板、16.俯仰模块主动齿轮、17.过渡齿轮、18.俯仰模块被动齿轮、19.旋转电机、20.俯仰电机、21.俯仰电机固定板。

具体实施方式

实施例1，参见附图1、附图2。

下面结合附图和具体实施实例对本发明的一种两自由度姿态调整装置进行详细说明。

本发明是一种两自由度姿态调整装置，应用于医用机器人末端，调整执行机构的姿态，包括机构底板1、箱体底板2、电机箱体3、旋转模块被动齿轮4、旋转模块主动齿轮5、旋转模块被动齿轮轴6、箱体顶板7、齿轮耳板8、内支撑耳板9、外支撑耳板10、俯仰板11、俯仰板轴12、过渡齿轮轴13、限位销14、限位板15、俯仰模块主动齿轮16、过渡齿轮17、俯仰模块被动齿轮18、旋转电机19、俯仰电机20、俯仰电机固定板21，其特征在于：所述的机构底板1上设有四个安装孔，并采用四个螺栓与定位机械臂相连，机构底板1和旋转模块被动齿轮4通过两个螺钉固连，机构底板1与旋转模块被动齿轮轴6一端螺纹连接，旋转模块被动齿轮轴6穿过旋转模块被动齿轮4，与旋转模块被动齿轮4为间隙配合，所述的旋转模块被动齿轮轴6与箱体底板2构成销钉连接，箱体底板2绕旋转模块被动齿轮轴6转动，所述的箱体底板2通过四个螺钉与旋转电机19固连，旋转电机19的输出轴为键槽轴，并通过键与旋转模块主动齿轮5连接，旋转模块主动齿轮5与旋转模块被动齿轮4为齿轮副连接；所述的电机箱体3连接箱体底板2和箱体顶板7，所述的箱体顶板7通过螺钉与齿轮耳板8、内支撑耳板9、外支撑耳板10连接，所述的俯仰板轴12与齿轮耳板8、内支撑耳板9、外支撑耳板10的光孔为间隙配合，所述的俯仰板轴12在轴向居中部位设有键槽结构，与俯仰板11和俯仰模块被动齿轮18采用键连接，所述的俯仰板11侧面设有两个安装孔，并用螺钉连接有限位板15，限位板15上具有弧形槽，所述的限位销14一端在弧形槽内滑动，另一端与外支撑耳板10上的销钉孔过盈连接，所述的齿轮耳板8与过渡齿轮轴13一端过盈连接，过渡齿轮轴13另一端与过渡齿轮17构成旋转副，所述的箱体顶板7上通过四个螺钉与俯仰电机固定板21相连，俯仰电机固定板21上固定了俯仰电机21，俯仰电机20的输出轴为键槽轴，并通过键与俯仰模块主动齿轮16连接，所述的俯仰模块主动齿轮16与过渡齿轮17为齿轮副连接，所述的过渡齿轮17与俯仰模块被动齿轮18为齿轮副连接。

一种两自由度姿态调整装置分为两个模块，包括旋转模块和俯仰模块。在旋转模块中，旋转电机19轴转动带动旋转模块主动齿轮5转动，由于旋转模块被动齿轮4与机构底板1固连，旋转电机19与箱体底板2固连，并且机构底板1与定位机械臂固定，所以箱体底板2转动从而带动整个箱体平台转动，实现一个自由度的旋转功能，旋转方向由旋转电机19的旋转方向确定，理论上能实现360度的旋转；在俯仰模块中，俯仰电机20轴带动俯仰模块主动齿轮16转动，通过过渡齿轮17、俯仰模块被动齿轮18带动俯仰板11转动，从而实现一个自由度的俯仰功能；此外，俯仰过程的俯仰角度受到约束，防止俯仰超程造成执行机构损坏，具体约束方式如下：限位销14一端与外支撑耳板10固定，另一端在限位板15的圆弧形槽内滑动，限位板15通过螺钉与俯仰板11固定，从而能有效限制俯仰板的最大俯仰角起到保护作用，并且圆弧槽所对应的圆心角即为俯仰板11的俯仰范围角。旋转模块与俯仰模块完全解耦，每个模块即可单独工作又可协同工作、配合使用，可实现姿态调整功能。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (2)

1.一种两自由度姿态调整装置，用于调整机械臂末端执行机构的姿态，包括机构底板(1)、箱体底板(2)、电机箱体(3)、旋转模块被动齿轮(4)、旋转模块主动齿轮(5)、旋转模块被动齿轮轴(6)、箱体顶板(7)、齿轮耳板(8)、内支撑耳板(9)、外支撑耳板(10)、俯仰板(11)、俯仰板轴(12)、过渡齿轮轴(13)、限位销(14)、限位板(15)、俯仰模块主动齿轮(16)、过渡齿轮(17)、俯仰模块被动齿轮(18)、旋转电机(19)、俯仰电机(20)、俯仰电机固定板(21)，其特征在于：所述的机构底板(1)上设有四个安装孔，并采用四个螺栓与机械臂相连，机构底板(1)和旋转模块被动齿轮(4)通过两个螺钉固连，机构底板(1)与旋转模块被动齿轮轴(6)一端螺纹连接，旋转模块被动齿轮轴(6)穿过旋转模块被动齿轮(4)，与旋转模块被动齿轮(4)为间隙配合，所述的旋转模块被动齿轮轴(6)与箱体底板(2)构成销钉连接，箱体底板绕旋转模块被动齿轮轴(6)转动，所述的箱体底板(2)通过四个螺钉与旋转电机(19)固连，旋转电机(19)的输出轴为键槽轴，并通过键与旋转模块主动齿轮(5)连接，旋转模块主动齿轮(5)与旋转模块被动齿轮(4)为齿轮副连接，所述的电机箱体(3)连接箱体底板(2)和箱体顶板(7)，所述的箱体顶板(7)分别通过两个螺钉与齿轮耳板(8)、内支撑耳板(9)、外支撑耳板(10)连接，所述的俯仰板轴(12)与齿轮耳板(8)、内支撑耳板(9)、外支撑耳板(10)的光孔为间隙配合，所述的俯仰板轴(12)在轴向居中部位设有键槽结构，与俯仰板(11)和俯仰模块被动齿轮(18)采用键连接，所述的齿轮耳板(8)与过渡齿轮轴(13)一端过盈连接，过渡齿轮轴(13)另一端与过渡齿轮(17)构成旋转副，所述的箱体顶板(7)上通过四个螺钉与俯仰电机固定板(21)相连，俯仰电机固定板(21)上固定有俯仰电机(20)，俯仰电机(20)的输出轴为键槽轴，并通过键与俯仰模块主动齿轮(16)连接，所述的俯仰模块主动齿轮(16)与过渡齿轮（17）为齿轮副连接，所述的过渡齿轮(17)与俯仰模块被动齿轮(18)为齿轮副连接。

2.根据权利要求1所述一种两自由度姿态调整装置，其特征在于：所述的俯仰板(11)侧面设有两个安装孔，并用螺钉连接有限位板(15)，限位板(15)上具有弧形槽，所述的限位销(14)一端在弧形槽内滑动，另一端与外支撑耳板(10)上的销钉孔过盈连接。