CN108000553B - 一种被动机械臂关节锁紧机构 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种被动机械臂关节锁紧机构，所述的机构包括，输出组件，包括关节输出轴、固定在所述的关节输出轴上的摩擦盘片；制动组件，包括与所述的关节输出轴同轴设置的螺纹轴、螺纹连接在所述的螺纹轴上的螺纹轴套、与所述的螺纹轴相固定连接的转盘、与所述的转盘可相对转动的端盖、对所述的螺纹轴产生一旋转力的涡卷弹簧，所述的涡卷弹簧的一端固定连接在所述的端盖上，另一端连接至所述的转盘或螺纹轴，所述的螺纹轴套与所述的摩擦盘片相抵紧。在没有外力的情况下，涡卷弹簧使螺纹轴产生一转动的趋势，使套设在螺纹轴上的螺纹轴套生产一朝向关节输出轴运动的趋势，使所述的螺纹轴套紧压在摩擦盘片上，此时，摩擦盘片受到压力，使关节输出轴被制动。

Description

一种被动机械臂关节锁紧机构
技术领域
本申请涉及一种被动机械臂关节锁紧机构。
背景技术
近几年，随着国内外医疗机器人技术的不断发展，医疗机器人已发展成为机器人领域的一个重要分支，在生物医学工程领域也是一个重要的研究方向。近30年对于医疗机器人研究和临床实践表明，限制医疗机器人进入临床的一个巨大障碍就是机器人的安全性问题，特别是机器人是一种直接与医生及病患交互的由动力驱动的开环装置，经常采用电动，液压驱动和气动的驱动方式，对很多临床医生造成很大的心里压力。因此，研制不需要动力驱动的被动机械臂用于辅助导航手术或安装微型带动力的手术机器人成为近年来医疗机器人研发的重点。
被动机械臂的核心在于关节锁紧机构研制，目前关节锁紧机构主要采用液压的、气动的、电磁的、机械的等几种方式。由于液压和气动方式会给手术室环境带来污染且设备体积大，因而应用十分受限。电磁锁紧基本原理和掉电刹车类似，结构简单，但微型条件下锁紧力不高。因此，纯机械锁紧的关节锁紧机构是最理想的方式，纯机械锁紧方式结构简单，操作容易，缓解了医生在操作时的心里压力，且不需要特别的工作环境，不会对手术环境造成污染。
发明 内容
为解决医疗临床对被动机械臂的需求，本申请提供一种基于摩擦锁紧原理的纯机械驱动关节锁紧机构。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种被动机械臂关节锁紧机构，所述的机构包括，输出组件，包括关节输出轴、固定在所述的关节输出轴上的摩擦盘片；制动组件，包括与所述的关节输出轴同轴设置的螺纹轴、螺纹连接在所述的螺纹轴上的螺纹轴套、与所述的螺纹轴相固定连接的转盘、与所述的转盘可相对转动的端盖、对所述的螺纹轴产生一旋转力的涡卷弹簧，所述的涡卷弹簧的一端固定连接在所述的端盖上，另一端连接至所述的转盘或螺纹轴，所述的螺纹轴套与所述的摩擦盘片相抵紧。在没有外力的情况下，涡卷弹簧使螺纹轴产生一转动的趋势，使套设在螺纹轴上的螺纹轴套生产一朝向关节输出轴运动的趋势，使所述的螺纹轴套紧压在摩擦盘片上，此时，摩擦盘片受到压力，使关节输出轴被制动。
优选地，所述的机构还包括外壳，所述的螺纹轴套位于所述的外壳内，所述的外壳上设置有一沿所述的关节输出轴方向延伸设置的导向槽，所述的螺纹轴套上设置有至少一个定位孔，所述的机构还包括一销，所述的销穿过所述的导向槽且销的端部插入所述的定位孔中。当外力旋转转盘，转盘带动螺纹轴转动向静止状态的转动趋势的相反方向转动，带动螺纹轴套沿关节输出轴向远离摩擦盘片的方向运动，松开摩擦盘片，关节输出轴开始转动。当对转盘撤销外力后，涡卷弹簧对螺纹轴施加一旋转力，使螺纹轴朝相反方向转动，带动螺纹轴套沿关节输出轴向靠近摩擦盘片的方向运动，重新抵紧摩擦盘片，使关节输出轴被制动。在此过程中，由于销的作用，螺纹轴套只能沿限位槽的长度方向，及关节输出轴方向来回运动。
优选地，所述的关节输出轴上设置有一键安装槽，所述的键安装槽内安装有键，所述的键相对所述的关节输出轴的表面凸起，所述的关节输出轴上还套设有花键，所述的摩擦盘片通过所述的花键固定在所述的关节输出轴上。键的作用为防止花键与关节输出轴相对滑动，通过花键安装方便，也能够防止摩擦盘片与关节输出轴的相对滑动。
优选地，所述的转盘套设在所述的螺纹轴的远离所述的关节输出轴的一端部，所述的螺纹轴套套设在所述的关节输出轴靠近所述的关节输出轴的一端部，所述的端盖套设在所述的螺纹轴上并位于所述的转盘与所述的螺纹轴套之间，所述的涡卷弹簧位于所述的端盖内且套设在所述的螺纹轴上。
优选地，所述的端盖固定安装在所述的外壳的一端部，所述的螺纹轴的远离所述的关节输出轴的端部可转动的安装在所述的端盖上，所述的关节输出轴可转动的安装在所述的外壳内。
本申请的一种被动机械臂关节锁紧机构，一种面向医疗手术的被动机械臂关节锁紧机构，实现关节锁紧。当对转盘撤销外力后，涡卷弹簧对螺纹轴施加一旋转力，使螺纹轴朝相反方向转动，带动螺纹轴套沿关节输出轴向靠近摩擦盘片的方向运动，重新抵紧摩擦盘片，使关节输出轴被制动。在此过程中，由于销的作用，螺纹轴套只能沿限位槽的长度方向，及关节输出轴方向来回运动。
附图说明
图1是本申请所述的锁紧机构的爆炸结构示意图；
图2是本申请所述的锁紧机构的结构示意图；
图3是本申请所述的锁紧机构的剖面结构示意图，
其中：1、外壳；11、导向槽；2、关节输出轴；21、键安装槽；3、键；4、螺纹轴套；41、定位孔；5、摩擦盘片；6、花键；7、螺纹轴；8、转盘；9、端盖；10、涡卷弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
如图所示，本申请提供了一种被动机械臂关节锁紧机构，所述的机构包括，输出组件，包括关节输出轴2、固定在所述的关节输出轴2上的摩擦盘片5；制动组件，包括与所述的关节输出轴2同轴设置的螺纹轴7、螺纹连接在所述的螺纹轴7上的螺纹轴套4、与所述的螺纹轴7相固定连接的转盘8、与所述的转盘8可相对转动的端盖9、对所述的螺纹轴7产生一旋转力的涡卷弹簧10，所述的涡卷弹簧10的一端固定连接在所述的端盖9上，另一端连接至所述的转盘 8或螺纹轴7，所述的螺纹轴套4与所述的摩擦盘片5相抵紧。所述的机构还包括外壳1，所述的螺纹轴套4位于所述的外壳1内，所述的外壳1上设置有一沿所述的关节输出轴2方向延伸设置的导向槽11，所述的螺纹轴套4上设置有至少一个定位孔41，所述的机构还包括一销，所述的销穿过所述的导向槽11 且销的端部插入所述的定位孔41中。所述的关节输出轴2上设置有一键安装槽 21，所述的键安装槽21内安装有键3，所述的键3相对所述的关节输出轴2的表面凸起，所述的关节输出轴2上还套设有花键6，所述的摩擦盘片5通过所述的花键6固定在所述的关节输出轴2上。键3的作用为防止花键6与关节输出轴2相对滑动，通过花键6安装方便，也能够防止摩擦盘片5与关节输出轴 2的相对滑动。所述的转盘8套设在所述的螺纹轴7的远离所述的关节输出轴2 的一端部，所述的螺纹轴套4套设在所述的关节输出轴2靠近所述的关节输出轴2的一端部，所述的端盖9套设在所述的螺纹轴7上并位于所述的转盘8与所述的螺纹轴套4之间，所述的涡卷弹簧10位于所述的端盖9内且套设在所述的螺纹轴7上。所述的端盖9固定安装在所述的外壳1的一端部，所述的螺纹轴7的远离所述的关节输出轴2的端部可转动的安装在所述的端盖9上，所述的关节输出轴2可转动的安装在所述的外壳1内。
本申请所述的一种被动机械臂关节锁紧机构的工作原理为，在没有外力的情况下，涡卷弹簧10使螺纹轴7产生一转动的趋势，使套设在螺纹轴7上的螺纹轴套4生产一朝向关节输出轴2运动的趋势，使所述的螺纹轴套4紧压在摩擦盘片5上，此时，摩擦盘片5受到压力，使关节输出轴2被制动。当外力旋转转盘8，转盘8带动螺纹轴7转动向静止状态的转动趋势的相反方向转动，带动螺纹轴套4沿关节输出轴2向远离摩擦盘片5的方向运动，松开摩擦盘片 5，关节输出轴2开始转动。当对转盘8撤销外力后，涡卷弹簧10对螺纹轴7 施加一旋转力，使螺纹轴7朝相反方向转动，带动螺纹轴套4沿关节输出轴2 向靠近摩擦盘片5的方向运动，重新抵紧摩擦盘片5，使关节输出轴2被制动。在此过程中，由于销的作用，螺纹轴套4只能沿限位槽的长度方向，及关节输出轴2方向来回运动。
本申请的一种被动机械臂关节锁紧机构，一种面向医疗手术的被动机械臂关节锁紧机构，实现关节锁紧。当对转盘8撤销外力后，涡卷弹簧10对螺纹轴 7施加一旋转力，使螺纹轴7朝相反方向转动，带动螺纹轴套4沿关节输出轴2 向靠近摩擦盘片5的方向运动，重新抵紧摩擦盘片5，使关节输出轴2被制动。在此过程中，由于销的作用，螺纹轴套4只能沿限位槽的长度方向，及关节输出轴2方向来回运动。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种被动机械臂关节锁紧机构，其特征在于，所述的机构包括，输出组件，包括关节输出轴、固定在所述的关节输出轴上的摩擦盘片；制动组件，包括与所述的关节输出轴同轴设置的螺纹轴、螺纹连接在所述的螺纹轴上的螺纹轴套、与所述的螺纹轴相固定连接的转盘、与所述的转盘可相对转动的端盖、对所述的螺纹轴产生一旋转力的涡卷弹簧，所述的涡卷弹簧的一端固定连接在所述的端盖上，另一端连接至所述的转盘或螺纹轴，所述的螺纹轴套与所述的摩擦盘片相抵紧，所述的机构还包括外壳，所述的螺纹轴套位于所述的外壳内，所述的外壳上设置有一沿所述的关节输出轴方向延伸设置的导向槽，所述的螺纹轴套上设置有至少一个定位孔，所述的机构还包括一销，所述的销穿过所述的导向槽且销的端部插入所述的定位孔中，所述的关节输出轴上设置有一键安装槽。
2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述的键安装槽内安装有键，所述的键相对所述的关节输出轴的表面凸起，所述的关节输出轴上还套设有花键，所述的摩擦盘片通过所述的花键固定在所述的关节输出轴上。
3.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述的转盘套设在所述的螺纹轴的远离所述的关节输出轴的一端部，所述的螺纹轴套套设在所述的关节输出轴靠近所述的关节输出轴的一端部，所述的端盖套设在所述的螺纹轴上并位于所述的转盘与所述的螺纹轴套之间，所述的涡卷弹簧位于所述的端盖内且套设在所述的螺纹轴上。
4.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述的端盖固定安装在所述的外壳的一端部，所述的螺纹轴的远离所述的关节输出轴的端部可转动的安装在所述的端盖上，所述的关节输出轴可转动的安装在所述的外壳内。
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