CN106142126A - 一种手术机器人关节的加工装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人，具体说是一种手术机器人关节的加工装配工艺，其包括取U型槽式的壳体，在每一通孔内安装一轴承；在壳体的底板上沿U型槽长度方向焊接第一轴；将第二轴一端从一侧板上的轴承伸入两侧板之间；再将所述连接臂上的轴套从两侧板之间套设在第二轴上，并使轴套通过键与第二轴连接；敲击第二轴的另一端，使第二轴的所述一端穿过轴套与另一侧板上的轴承过盈配合；将所述第一轴和第二轴分别与谐波减速器连接。本发明在特殊的壳体上装配第一轴和第二轴，通过第一轴的转动可带动壳体和连接臂水平旋转，通过第二、三轴可带动连接臂竖直旋转，可见本发明通过三根轴的旋转实现运动部件的三维运动。

Description

一种手术机器人关节的加工装配工艺

技术领域

本发明涉及机器人，具体说是一种手术机器人关节的加工装配工艺。

背景技术

现有的机器人主要分两大类：直角坐标机器人和关节式机器人。直角坐标机器人主要由一些直线运动单元、驱动电机、控制系统和末端操作器等组成。这种机器人可针对不同的应用，方便快速组合成不同维数、各种行程和不同带载能力的壁挂式、悬臂式、龙门式或倒挂式等多种形式的直角坐标机器人。关节式机器人主要由一些旋转运动单元驱动电机、控制系统和末端操作器等组成。关节式机器人不像直角坐标机器人可以快速组合成不同维数。针对不同的应用，如手术机器人，应选用固定的不同维度的关节式机器人。

目前，手术机器人关节的传动方式主要有绳索滑轮传动、连杆机构传动、带传动、链传动和齿轮传动等，而这些传动部件有些容易变形，传动不够精确，如带传动、绳索滑轮传动等，有些结构复杂，加工装配困难，不适合应用在微小型的弧焊机器人中，如连杆机构、齿轮传动等。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种装配简单、牢固的手术机器人关节的加工装配工艺。

本发明采用的技术方案为：一种手术机器人关节的加工装配工艺，其包括以下步骤：

（1）取U型槽式的壳体，在壳体的两侧板上分别对应开设通孔，在每一通孔内安装一轴承；

（2）在壳体的底板上沿U型槽长度方向焊接第一轴；

（3）将关节的连接臂一端固定安装轴套，

（4）将第二轴一端从一侧板上的轴承伸入两侧板之间；

（5）再将所述连接臂上的轴套从两侧板之间套设在第二轴上，并使轴套通过键与第二轴连接；敲击第二轴的另一端，使第二轴的所述一端穿过轴套与另一侧板上的轴承过盈配合；

（6）将所述第一轴和第二轴分别与谐波减速器连接。

作为优选，在连接臂另一端通过另外的轴承安装第三轴。

作为优选，在所述底板上沿U型槽长度方向加工半圆槽，与该半圆槽等外径的套筒焊接在半圆槽内，所述第一轴穿过套筒内腔与该套筒键连接。

作为优选，所述壳体为一体成型结构。

作为优选，在加工装配谐波减速器时，在内轴一端和空心外轴一端外壁分别加工定位槽，在两个椭圆驱动轮上分别加工装配孔，在每一个装配孔内设置一个圈簧；再将两个椭圆驱动轮通过装配孔分别安装在所述内外轴上，并使圈簧嵌入对应的定位槽内；然后将内轴安装在空心外轴内腔，并使内轴另一端伸出空心外轴另一端；接着在柔轮坯体的轴向中间位置沿周向车削一平底环形凹槽；再在平底环形凹槽槽底沿周向加工一环形V槽；在柔轮坯体外周位于环形凹槽两侧分别加工一排外齿，每一齿的齿槽与环形凹槽相通，且槽底高于环形凹槽槽底或与环形凹槽槽底齐平；将柔轮坯体连接第一轴、第二轴或第三轴的一端加工成向外倾斜的缓冲段；再将装配有内外轴的两椭圆驱动轮安装至柔轮内全圈，使两椭圆驱动轮与两排外齿对应对正；最后将装配好的椭圆驱动轮和柔轮安装至成型有两排内齿的刚轮内圈，使两排外齿与两排内齿对应啮合。

作为优选，沿每一所述装配孔孔壁径向加工有环槽，先将所述圈簧设置于对应的环槽内，再将椭圆驱动轮通过装配孔安装在对应的轴上。

作为优选，所述空心外轴两端分别加工有容纳空间，每一个容纳空间内固定安装一个轴承，所述内轴两端通过该两轴承安装在空心外轴内腔。

作为优选，加工齿时，从远离环形凹槽一侧向靠近环形凹槽一侧进刀。

作为优选，所述缓冲段从齿槽槽底轴向倾斜延伸至坯体表面。

作为优选，两排外齿的齿数不相等；两排外齿的齿顶圆直径不相等。

从以上技术方案可知，本发明在特殊的壳体上装配第一轴和第二轴，通过第一轴的转动可带动壳体和连接臂水平旋转，通过第二轴可带动连接臂竖直旋转，而第三轴则可带动运动部件竖直旋转，可见本发明通过三根轴的旋转实现运动部件的三维运动；在实施过程中，不仅加工简单、成本低，而且装配方便、快捷。

具体实施方式

下面将详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

一种手术机器人关节的加工装配工艺，其包括以下步骤：

取U型槽式的壳体，所述壳体由竖直横向设置的两侧板和竖直纵向设置的一底板组成，且壳体为一体成型结构，加工方便，连接牢固，在壳体的两侧板上分别对应开设通孔，在每一通孔内安装一轴承，以装配第二轴。由于U型槽式的壳体在三个面具有开口，不会妨碍连接臂的转动，保证连接臂安全、稳定地运动。

在壳体的底板上沿U型槽长度方向焊接第一轴；具体来说，先在所述底板上沿U型槽长度方向加工半圆槽，与该半圆槽等外径的套筒焊接在半圆槽内，所述第一轴穿过套筒内腔与该套筒键连接，从而可避免轴直接焊接在底板上，防止损坏第一轴，且半圆槽的设计一方面加工简单、方便，另一方面便于焊接、连接牢固。将关节的连接臂一端固定安装轴套，在连接臂另一端通过另外的轴承安装第三轴，所述第三轴上固定连接机器人运动部件，这样运动部件可直接由第三轴带动绕该第三轴竖直旋转，该竖直旋转的范围较小；同时，第二轴带动连接臂绕该第二轴竖直旋转，从而带动运动部件绕该第二轴大范围竖直旋转；在竖直旋转的同时，第一轴可带动壳体水面旋转，壳体带动连接臂，再由连接臂带动运动部件绕第一轴水平旋转，从而实现运动部件大范围或小范围的三维运动。

将第二轴一端从一侧板上的轴承伸入两侧板之间；再将所述连接臂上的轴套从两侧板之间套设在第二轴上，并使轴套通过键与第二轴连接；然后敲击第二轴的另一端，使第二轴的所述一端穿过轴套与另一侧板上的轴承过盈配合，从而将第二轴跨接于两侧板上，而连接臂一端位于两侧板之间，并通过第二轴的旋转带动连接臂旋转，实现连接臂和运动部件绕该第二轴竖直旋转的目的；最后将所述第一轴、第二轴和第三轴分别与谐波减速器连接。

在加工装配谐波减速器时，在内轴一端和空心外轴一端外壁分别加工定位槽；内外轴可由两个电机分别驱动，也可由一个电机通过不同的两个传动机构分别驱动；定位槽可使驱动轮安装在轴的指定位置；在两个椭圆驱动轮上分别加工装配孔，通过装配孔可将椭圆驱动轮安装在对应的轴上；两个椭圆驱动轮可驱动不同齿数的齿轮，椭圆驱动轮作为谐波减速器的波发生器。作为波发生器时，可在所述椭圆驱动轮的外周分布有轴向设置的数个滚轮，这样就可驱动两个不同齿数的柔轮转动，从而输出不同传动比的动力。

在每一个装配孔内设置一个圈簧；在实施过程中，沿每一所述装配孔孔壁径向加工有环槽，所述圈簧设置于对应的环槽内，椭圆驱动轮通过对应的圈簧固定安装在对应的轴上；这样一方面可避免椭圆驱动轮直接与对应的轴接触而损坏椭圆驱动轮，另一方面圈簧的弹力可使装配更加方便；同时，椭圆驱动轮与对应轴甚至可采用间隙配合的方式进行传动，避免两者接触，出现磨损现象，且一旦轴与圈簧的磨损影响传动时，只需更换圈簧即可，节约维修和维护成本。在本发明中，圈簧是具有径向弹力的弹力部件，在其弹力的作用下，可将椭圆驱动轮固定在轴上，保证轴带动椭圆驱动轮转动。将两个椭圆驱动轮通过装配孔分别安装在所述内外轴上，并使圈簧嵌入对应的定位槽内；定位槽的加工不宜过深过宽，甚至只需一个向下凹的压痕就可以，因为定位槽的作用是限位，而驱动轮安装在轴上时，圈簧与轴之间的径向力较大，只需浅浅的凹槽就可避免驱动轮轴向移动，从而实现轴向定位。

然后将内轴安装在空心外轴内腔，并使内轴另一端伸出空心外轴另一端；作为优选，所述内轴通过轴承安装在空心外轴内腔；具体来说，所述空心外轴两端分别加工有容纳空间，每一个容纳空间内固定安装一个所述轴承，所述内轴两端通过该两轴承安装在空心外轴内腔；安装内轴时，先将内轴另一端从空心外轴所述一端的轴承穿入内腔，然后从空心外轴另一端的轴承穿出。作为优选，首先将空心外轴竖直放置，其所述一端位于上方，然后将内轴所述另一端置于空心外轴所述一端的轴承中心孔，接着对内轴所述一端施加向下的压力，使其另一端穿入内腔，再从空心外轴另一端的轴承中心孔穿出；内轴另一端从空心外轴另一端的轴承中心孔穿出时，对空心外轴另一端的轴承从下向上施加压力，防止该轴承因内轴向下的压力使其脱离外轴。

在实施过程中，轴承的端面可与外轴端面齐平，不仅可节省空间，而且在传动过程中避免与其他部件发生干涉；内轴所述两端安装在两轴承上，这样不仅使内外轴可发生相对转动，保证内外轴具有较高的同轴度；而且可使得内轴支撑更牢固，传动更平稳。内外轴的相对运动可采用这样方式，在内轴由电机带动转动时，可使外轴不转动，仅由椭圆驱动轮驱动外部齿轮转动，从而输出动力；在外轴由电机带动转动时，可使内轴不转动，仅由椭圆驱动轮驱动另外不同齿数的齿轮转动，从而输出与外轴不同传动比的动力，可见本发明可实现不同传动比的传动。在实施过程中，两个椭圆驱动轮可驱动不同齿数的柔轮齿轮，因此，在内轴由电机带动转动时，可使外轴不转动，仅由第一椭圆驱动轮驱动第一排外齿转动，而此时第二排外齿与内齿仍然处于啮合状态，由于外轴没有驱动力，第二排外齿不会驱动柔轮转动，而其在啮合力的作用下随柔轮转动；同理，在外轴由电机带动转动时，可使内轴不转动，仅由第二椭圆驱动轮驱动另外不同齿数的齿轮转动，从而输出与第一驱动轮不同传动比的动力，可见本发明可实现不同传动比的传动。

实施过程中，柔轮坯体的轴向中间位置沿周向车削一平底环形凹槽，再在平底环形凹槽槽底沿周向加工一环形V槽，然后在柔轮坯体外周位于环形凹槽一侧加工一排外齿，在柔轮坯体外周位于环形凹槽另一侧加工另一排外齿；在加工过程中，应从远离环形凹槽一侧向靠近环形凹槽一侧进刀，且每一齿的齿槽与环形凹槽相通，还应使齿槽槽底高于环形凹槽槽底或与环形凹槽槽底齐平；这样可使加工过程中的碎屑流入环形V槽，为加工提供便利；同时，在润滑两排齿时，环形凹槽内的润滑油可沉淀一部分废渣，保证齿处的润滑油较为洁净；环形V槽可方便碎屑和废渣沿倾斜的槽壁流入槽底，防止碎屑和废渣等飞溅。

将装配有内外轴的两椭圆驱动轮安装至柔轮内，使两椭圆驱动轮与两排齿对应对正，即使得每一驱动轮位于齿对应的柔轮内圈，在柔轮传动过程中，由于轮体在椭圆形波发生器的驱动过程中产生变形，其输出一端会产生变形，可能导致传动不够平稳，进而使第一轴、第二轴或第三轴传动不够平稳，而将柔轮坯体连接第一轴、第二轴或第三轴的一端加工成向外倾斜的缓冲可缓解上述变形，保证第一轴、第二轴或第三轴的传动更平稳。最后将装配好的椭圆驱动轮和柔轮安装至成型有两排内齿的刚轮内圈，使两排外齿与两排内齿对应啮合。

本发明的缓冲段从齿槽槽底轴向倾斜延伸至坯体表面，所述倾斜延伸为直线延伸或为向下凹的弧形延伸，使得靠近第一轴、第二轴或第三轴一侧的直径较大；由于轮体在传动过程中产生的是径向增大的变形，其有使靠近第一轴、第二轴或第三轴一侧的轮体产生径向变形增大的趋势，因此在传递动力的过程中，靠近第一轴、第二轴或第三轴一侧的大直径缓冲部受到的变形影响较小，从而保证法兰的传动的平稳性。在本发明中，所述两排外齿的齿数不相等，从而提供两种不同的传动比，以满足机器人的传动要求；两排外齿的齿顶圆直径不相等，也决定了两排内齿的齿顶圆不相等，在装配时，齿顶圆直径较小的外齿应靠近装配方向，这样齿顶圆直径较小外齿就可穿过齿顶圆直径较大的内齿与齿顶圆直径较小的内齿啮合，保证装配过程不发生干涉现象。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种手术机器人关节的加工装配工艺，其包括以下步骤：

（1）取U型槽式的壳体，在壳体的两侧板上分别对应开设通孔，在每一通孔内安装一轴承；

（2）在壳体的底板上沿U型槽长度方向焊接第一轴；

（3）将关节的连接臂一端固定安装轴套，

（4）将第二轴一端从一侧板上的轴承伸入两侧板之间；

（5）再将所述连接臂上的轴套从两侧板之间套设在第二轴上，并使轴套通过键与第二轴连接；敲击第二轴的另一端，使第二轴的所述一端穿过轴套与另一侧板上的轴承过盈配合；

（6）将所述第一轴和第二轴分别与谐波减速器连接。

2.根据权利要求1所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：在连接臂另一端通过另外的轴承安装第三轴。

3.根据权利要求1所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：在所述底板上沿U型槽长度方向加工半圆槽，与该半圆槽等外径的套筒焊接在半圆槽内，所述第一轴穿过套筒内腔与该套筒键连接。

4.根据权利要求1所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：所述壳体为一体成型结构。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：在加工装配谐波减速器时，在内轴一端和空心外轴一端外壁分别加工定位槽，在两个椭圆驱动轮上分别加工装配孔，在每一个装配孔内设置一个圈簧；再将两个椭圆驱动轮通过装配孔分别安装在所述内外轴上，并使圈簧嵌入对应的定位槽内；然后将内轴安装在空心外轴内腔，并使内轴另一端伸出空心外轴另一端；接着在柔轮坯体的轴向中间位置沿周向车削一平底环形凹槽；再在平底环形凹槽槽底沿周向加工一环形V槽；在柔轮坯体外周位于环形凹槽两侧分别加工一排外齿，每一齿的齿槽与环形凹槽相通，且槽底高于环形凹槽槽底或与环形凹槽槽底齐平；将柔轮坯体连接第一轴、第二轴或第三轴的一端加工成向外倾斜的缓冲段；再将装配有内外轴的两椭圆驱动轮安装至柔轮内全圈，使两椭圆驱动轮与两排外齿对应对正；最后将装配好的椭圆驱动轮和柔轮安装至成型有两排内齿的刚轮内圈，使两排外齿与两排内齿对应啮合。

6.根据权利要求5所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：沿每一所述装配孔孔壁径向加工有环槽，先将所述圈簧设置于对应的环槽内，再将椭圆驱动轮通过装配孔安装在对应的轴上。

7.如权利要求5所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：所述空心外轴两端分别加工有容纳空间，每一个容纳空间内固定安装一个轴承，所述内轴两端通过该两轴承安装在空心外轴内腔。

8.如权利要求5所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：加工齿时，从远离环形凹槽一侧向靠近环形凹槽一侧进刀。

9.如权利要求5所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：所述缓冲段从齿槽槽底轴向倾斜延伸至坯体表面。

10.如权利要求5所述手术机器人关节的加工装配工艺，其特征在于：两排外齿的齿数不相等；两排外齿的齿顶圆直径不相等。