CN109366519B - 一种用于主操作手的阻尼关节 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于主操作手的阻尼关节，包括：第一连杆及与第一连杆转动连接的第二连杆；转轴组件，包括键轴和轴承，键轴贯穿所述第一连杆和所述第二连杆并在轴向上锁紧固定，且键轴包括固连的花键段与圆柱段；花键段与第二连杆键连接，圆柱段与第一连杆通过轴承固定连接；阻尼组件，包括第一旋转阻尼，第一旋转阻尼套设在键轴圆柱段上，旋转阻尼包括相对转动的壳体与转体，壳体与第一连杆固定，转体与键轴固定；第一连杆通过键轴带动第二连杆转动，键轴带动转体同步转动，转体与壳体相对转动产生阻尼效果。本发明提出的阻尼关节，将旋转阻尼器设置到主操手的关节结构中，实现稳定的阻尼效果，保证主操手的操作精度。

Description

一种用于主操作手的阻尼关节

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别涉及一种用于主操作手的阻尼关节。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人在人们生产生活中的应用越来越广泛，各种便于生产生活的机器人、机械臂等。而当我们操作机械臂运动时就会面临关节旋转高度灵活的问题，在操作时无法避免的会出现抖动的情况，且在“急停”等动作的情况下也会因为惯性而难以做到精准定位。若医疗手术过程中，医生操作关节高度灵敏的设备，异常的抖动则可能会造成医疗事故。

现有的主操作手关节的阻尼效果的方式借助关节相对运动零部件间的摩擦或者添加摩擦材料，设计弹力结构等来实现；如在相对运动的部件间增加如塑料材质垫片等，通过运动部件与垫片之间的摩擦力带来阻尼的效果。但是这样的方式就要求跟部件和垫片的尺寸精度特别的严格，自身属性做不到阻尼的均匀恒定，而且无法准确的调节摩擦力的大小，实施较困难且存在不确定性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于主操作手的阻尼关节，将旋转阻尼器设置到主操手的关节结构中，实现稳定的阻尼效果，保证主操手的操作精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于主操作手的阻尼关节，包括：

第一连杆；

第二连杆，所述第二连杆与所述第一连杆转动连接；

转轴组件，所述转轴组件包括键轴和轴承，所述键轴贯穿所述第一连杆和所述第二连杆并在轴向上锁紧固定；所述键轴包括固连的花键段与圆柱段；所述花键段与所述第二连杆键连接，所述圆柱段与所述第一连杆通过轴承固定连接；

阻尼组件，所述阻尼组件包括第一旋转阻尼，所述第一旋转阻尼套设在所述圆柱段上，所述第一旋转阻尼包括壳体与转体，所述壳体与所述转体能够相对转动，所述壳体与所述第一连杆固定，所述转体与所述键轴固定；

其中，所述第一连杆通过所述键轴带动所述第二连杆转动，所述键轴带动所述转体同步转动，所述转体与所述壳体相对转动产生制动扭矩。

进一步地，所述阻尼组件还包括第一齿轮、第二齿轮以及第二旋转阻尼，所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合，所述第二旋转阻尼包括外壳和能够与所述外壳相对转动的与转轴，所述外壳与所述第一连杆固定，所述第一齿轮和第二齿轮分别与所述转轴和所述花键段键连接；所述第二齿轮受所述键轴连动而转动并将转动传递给所述第一齿轮，所述第一齿轮带动所述转轴转动，所述转轴与所述外壳相对转动产生制动扭矩。

进一步地，所述阻尼组件还包括异形轴卡，所述异形轴卡位于所述轴承形成的轴承室内并固定套设在所述键轴上，所述键轴通过所述异形轴卡带动所述转体转动。

进一步地，所述异形轴卡的一端设有沟槽，另一端内壁设有朝轴心延伸的凸台，所述沟槽适于与所述转体上的第一卡块卡接适配，所述凸台适于与所述键轴上的纵向沟槽卡接适配。

进一步地，所述第一连杆容纳所述键轴穿过的所述轴承室内设有限位结构，所述限位结构用于固定所述壳体；所述第二连杆容纳所述键轴穿过的连接孔的形状与所述花键段的键槽相匹配，以使所述第二连杆与所述键轴同轴转动。

进一步地，所述限位结构包括设置在所述第一连杆的所述轴承室内壁上的卡槽，所述卡槽适于与设置在所述壳体上的第二卡块卡接适配，以将所述壳体与所述第一连杆固定。

进一步地，所述阻尼组件还包括套设在所述键轴上的垫片，所述垫片位于所述第一连杆与所述第二连杆之间。

进一步地，所述第一旋转阻尼的扭矩值范围为10-40Ncm，所述第二旋转阻尼的扭矩值范围为1-2.2Ncm。

进一步地，所述第一旋转阻尼与所述异形轴卡的数量为多个，多个所述异形轴卡和所述第一旋转阻尼依次设置在所述第一连杆的所述轴承室内，用以调节所述阻尼关节扭矩值。

进一步地，所述第二旋转阻尼的数量为多个，多个所述第二旋转阻尼间隔分布在所述第一连杆上，并通过多个第一齿轮啮合串联，用以调节所述阻尼关节扭矩值

相对于现有技术，本发明所述的用于主操手的阻尼关节具有以下优势：

(1)本发明通过在主操手关节处安装的不同规格阻尼器，实现关节转动过程中的阻尼效果，避免主操手在作业过程中出现抖动或由于惯性而无法准确定位，导致出现事故，同时提升了操作感受，提高主操手结构的使用安全性。

(2)本发明通过设置两种不同规格跨度的阻尼，针对主操手的不同关节可配合出更加精确的扭矩值，从而实现阻尼大小的可调控；并可以保持稳定的阻尼效果，进一步消除人手的细微颤抖而导致动作的误差，提高使用者的操作精度，从而进一步提高了主操手结构的使用安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的阻尼关节的爆炸图；

图2为本发明所述的阻尼关节的剖视图；

图3为本发明所述的阻尼关节的结构示意图；

图4为本发明所述的第二旋转阻尼的结构示意图；

图5为本发明所述的第一旋转阻尼的结构示意图；

图6为本发明所述的键轴的结构示意图；

图7为本发明所述的异形轴卡的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一连杆，2-第一齿轮，3-第二旋转阻尼，31-转轴，32-外壳，33-挂耳，4-第二连杆，5-键轴，51-花键段，52-圆柱段，53-纵向沟槽，54-锁紧段，6-端盖，7-垫片，8-第二齿轮，9-轴承，10-螺母，11-第一旋转阻尼，111-转体，112-壳体，113-第一卡块，114-第二卡块，12-异形轴卡，121-沟槽，122-凸块

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，对该具体实施方式中涉及到方位作简要说明：下述在提到每个结构件的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方向或位置关系，是指附图中所示的方位或位置关系；“顶端”、“底端”这些位置关系仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图，对本发明专利上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

结合图1-3、图5-6所示，本实施例提供了一种用于主操作手的阻尼关节，包括：第一连杆1；第二连杆4，第二连杆4与第一连杆1转动连接；转轴组件，转轴组件包括键轴5和轴承9，键轴5贯穿第一连杆1和第二连杆4并在轴向上锁紧固定，且键轴5包括固连的花键段51与圆柱段52；花键段51与第二连杆4键连接，圆柱段52与第一连杆1通过轴承9连接；阻尼组件，阻尼组件包括第一旋转阻尼11，第一旋转阻尼11套设在键轴5的圆柱段52上，第一旋转阻尼11包括壳体112和转体111，壳体112和转体111能够相对转动，壳体112与所述第一连杆1固定，转体111与键轴5固定；其中，第一连杆1通过所述键轴5带动第二连杆4转动，键轴5转动的同时带动转体111转动，转体111与壳体112相对转动产生阻尼效果。

具体的，第一连杆1与第二连杆4通过转轴组件相对转动连接，且轴向通过螺母10锁紧固定；其中，本实施例中使用的轴承9、螺母10为市面上常见的深沟球轴承和螺母10，具体结构和原理在此不做赘述。结合图6所示，在本实施例中的键轴5为花键轴5，键轴5一端的外侧壁上有纵向的键槽，此端为花键段51；其另一端为圆柱体形的圆柱段52，且花键段51的最大直径较圆柱段52的直径大。键轴5的顶端和底端还都包括有锁紧段54，也即键轴5从上到下依次为锁紧段54、花键段51、圆柱段52和锁紧段54；该锁紧段54直径较小且外表面设有螺纹，用于与螺母10配合连接，以避免第一连杆1或第二连杆4从键轴5上脱落，并提供轴向作用力使主操作手关节上的各部件紧密贴合。其中，套设在键轴5的花键段51上的第二连杆4上设有与键槽形状对应的连接孔，当键轴5穿设在连接孔中时，可以使第二连杆4保持跟键轴5同步转动。键轴5的圆柱段52通过轴承9与第一连杆1固定连接，其中轴承为深沟轴承，可以使第一连杆1通过深沟轴承带动键轴5发生相对转动，且上下两深沟球轴承之间形成第一连杆1的轴承室，可以将阻尼组件封装与轴承室内。

结合图5所示，阻尼组件设置在轴承室内并套设在键轴5的圆柱段52上，阻尼组件包括第一旋转阻尼11，为了使第一连杆1与第二连杆4之间的相对转动速度变得缓慢，第一旋转阻尼11具有内部封入了阻尼油脂的壳体112以及能够旋转地收容于壳体112内的转体111。壳体112固定在第一连杆1的轴承室内，转体111与键轴5固定，当第一连杆1转动时，通过与第一连杆1固定的轴承9带动键轴5转动，键轴5转动同时带动第二连杆4和第一旋转阻尼11的转体111转动；由于壳体112与第一连杆1固定，此时，转体111相对于壳体112转动，由于阻尼油脂的流体阻力(内部摩擦阻力)对转体111和壳体112的旋转产生制动扭矩，则使得键轴5相对于第一连杆1的旋转变得缓慢，从而带动第二连杆4相对于第一连杆1的旋转变得缓慢，最终起到阻尼效果。

可以理解的是，旋转阻尼器内部填充阻尼油脂，油脂的粘稠度的大小与相对运动面积的大小共同决定此阻尼器的扭矩大小，相同尺寸的不同型号的阻尼器也对应不同扭矩值。在可选范围内，不同扭矩值的阻尼器可适用于主操作手的不同关节；如在主操作手的手持端到根部可根据关节与手持部位的距离依次加大阻尼器的扭矩值，实现各个关节的阻尼值接近。在本实施例中，基于对主操手的综合统计，根据实际经验第一旋转阻尼11的扭矩值范围为：10-40Ncm(也即1cm臂长作用有10-40N的力)，其中以每5Ncm间隔选值。

较佳的，结合图7所示，阻尼组件还包括套设于键轴5上的异形轴卡12，异形轴卡12位于第一连接杆的轴承室内且位于第一旋转阻尼11上方，适于将转体111与键轴5卡接固定，也即异形轴卡12可以同时与第一转轴31阻尼的转体111和键轴5固定连接。键轴5带动异形轴卡12转动时，异形轴卡12带动转体111转动，通过异形轴卡12可以使转体111与键轴5的连接更牢靠，且可以适应不同型号的阻尼器，增加了产品的通用性。

具体的，异形轴卡12的中心开设有与键轴5适配的圆形通孔，异形轴卡12的一端设有沟槽121，另一端内壁设有朝轴心延伸的凸台122，沟槽121适于与转体111上的第一卡块113卡接适配，凸台122适于与键轴5上的纵向沟槽53卡接适配。可以理解的是，沟槽121在异形轴卡12上设有但不限于一个，为了使异形轴卡12更加稳定的与转体111固定，在满足装配要求前提下，可以沿异形轴卡12端沿设置多个沟槽121，相应地，转体111上设有多个与沟槽121相匹配的第一卡块113。在本实施例中沟槽121与第一卡块113的数量均为两个，且对称设置，这样不仅可以实现异形轴卡12与转体111的连接稳定性，而且可以保证阻尼关节的整体结构强度。

键轴5的圆柱段52侧壁上设有延伸到圆柱段52自由端端面的纵向沟槽53，该纵向沟槽53的深度和宽度与异形轴卡12上的凸台122匹配，在安装过程中，进异形轴卡12的凸台122卡入纵向沟槽53中并向上滑动套设在键轴5上。

较佳的，第一连杆1的轴承室内设有限位结构，通过该限位结构使第一旋转阻尼11的壳体112与第一连杆1固定连接。限位结构包括设置在第一连杆1轴承室内壁上的卡槽(图中未示出)，卡槽适于与设置在壳体112上的第二卡块114卡接适配，以将壳体112与所述第一连杆1固定。为便于第一旋转阻尼11的安装，卡槽的一端位于轴承室内壁上部，另一端沿轴线延伸出第一连杆1。

需要说明的是，在第一连杆1与第二连杆4之间还可设置有套设在键轴5上的垫片7，这样可以提高第一连杆1与第二连杆4之间的转动摩擦力，增大阻尼效果。第二连杆4安装状态下远离第二连杆4的外端面上还扣合有套设在键轴5锁紧段54上的端盖6，在端盖6上方和位于底端的深沟球轴承下方分别还设置有螺母10，通过键轴5两端的紧固段上的螺母10，对套设在键轴5上的部件施加轴向作用力，以使各部件紧密贴合，提高产品的整体结构强度。

本实施例提供的一种用于主操手的阻尼关节，通过在关节处安装的不同规格阻尼器能够实现转动过程中的阻尼效果，避免主操手在作业过程中出现抖动或由于惯性而无法准确定位，导致出现事故，同时提升了操作感受，提高主操手结构的使用安全性。

实施例2

结合图1-2、图4所述，本实施例与上述实施例的区别在于，阻尼组件还包括第一齿轮2、第二齿轮8以及第二旋转阻尼3，第一齿轮2与第二齿轮8相互啮合，第二旋转阻尼3包括能够相对转动的外壳32与转轴31，外壳32与第一连杆1固定，第一齿轮2和第二齿轮8分别与转轴31和花键段51键连接；第二齿轮8受键轴5连动而转动并将转动传递给第一齿轮2，第一齿轮2带动转轴31转动，转轴31与外壳32相对转动产生制动扭矩。

第二旋转阻尼3与第一旋转阻尼11的工作原理相同，也具有内部封入了阻尼油脂的外壳32以及能够旋转地收容于外壳32内的转轴31，转轴31相对于外壳32转动，由于阻尼油脂的流体阻力(内部摩擦阻力)对转轴31和外壳32的旋转产生制动扭矩，则使得第二齿轮8相对于第一连杆1的旋转变得缓慢，从而带动第一齿轮2旋转变得缓慢，第一齿轮2旋转缓慢带来的阻力使键轴5旋转变得缓慢，进而使第二连杆4相对于第一连杆1的旋转变得缓慢，最终起到阻尼效果。由于使用的第一旋转阻尼11的规格跨度较大，为了配合出更准确的阻尼数值，在本实施例中，基于对主操手的综合统计，根据实际经验第二旋转阻尼3的扭矩值范围为：1-2.2Ncm(也即1cm臂长作用有1-2.2N的力)。例如，若主操手需要11.2Ncm扭矩值的阻尼，则可以选择10Ncm规格的第一旋转阻尼11器和1.2Ncm规格的第二旋转阻尼3器。这样针对不同关节需要的不同阻尼效果，可以通过调节对应的阻尼关节使用的旋转阻尼的型号，精确调整关节的阻尼大小，避免主操手在作业过程中出现抖动，或由于惯性而无法准确定位，导致出现事故。

第二旋转阻尼3的转轴31中心凸设有限位块，第一齿轮2中心设有与所述限位块形状匹配的限位孔，第一齿轮2通过限位块与限位孔相卡合而与第二旋转阻尼3的转轴31周向固定。第二旋转阻尼3外壳32的周缘设有挂耳33，挂耳33可以通过螺钉与第一连杆1固定，从而将第二旋转阻尼3的外壳32与第一连杆1固定。如此，当第一齿轮2转动时，带动转轴31转动，从而使转轴31与外壳32相对转动，起到阻尼效果。

其中，第一连杆1与第二连杆4连接的一面上凹陷形成有放置第二旋转阻尼3的容纳腔，第二旋转阻尼3的外壳32与转轴31均位于容纳腔内，只有转轴31上端的限位块伸出容纳腔外与第一齿轮2固定连接，这样可以使得第一齿轮2与第二齿轮8更好的啮合，减少转动力在传递过程中的衰减。

第二齿轮8中心设有与花键轴5的键槽相适配的非圆形通孔，在键轴5转动时，第二齿轮8随键轴5同轴转动，键轴5带动第一齿轮2同步转动，第一齿轮2带动转轴31转动，从而产生阻尼效果。

本实施例提供的用于主操手的阻尼关节，通过设置两种不同规格的阻尼，针对主操手的不同关节可配合出更加精确的扭矩值，从而实现阻尼大小的可调控；并可以保持稳定的阻尼效果，进一步消除人手的细微颤抖而导致动作的误差，提高使用者的操作精度，从而进一步提高了主操手结构的使用安全性。

实施例3

本实施例与上述实施例的区别在于，第一旋转阻尼11与异形轴卡12的数量为多个，多个异形轴卡12和第一旋转阻尼11依次设置在第一连杆1的轴承室内，用以调节所述阻尼关节的扭矩值。

如在图2中的第一旋转阻尼11下方再穿接一组或多组异形轴卡12和第一旋转阻尼11，实现多个第一旋转阻尼11的串联，可以进一步调整主操手关节的阻尼大小。

较佳的，第二旋转阻尼3的数量为多个，多个第二旋转阻尼3间隔分布在第一连杆1上，并通过多个第一齿轮2啮合串联，用以调节阻尼关节的扭矩值。如在图2中的第二旋转阻尼3周缘并列排布一组或多组第二旋转阻尼3和第一齿轮2，并使二个或多个第一齿轮2与第二齿轮8互相啮合，实现多个第二旋转阻尼3的串联，由于第二旋转阻尼3的规格跨度较小，这样可以更准确的达到主操手需要的阻尼大小。

本实施例提供的用于主操手的阻尼关节，通过串联多个第一旋转阻尼11和多个第二旋转阻尼3，可以更精确的调整主操手关节的阻尼值，使主操手的操作动作更为稳定，进一步提高使用安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于主操作手的阻尼关节，其特征在于，包括：

第一连杆(1)；

第二连杆(4)，所述第二连杆(4)与所述第一连杆(1)转动连接；

转轴组件，所述转轴组件包括键轴(5)和轴承(9)，所述键轴(5)贯穿所述第一连杆(1)和所述第二连杆(4)并在轴向上锁紧固定；所述键轴(5)包括固连的花键段(51)与圆柱段(52)；所述花键段(51)与所述第二连杆(4)键连接，所述圆柱段(52)与所述第一连杆(1)通过轴承(9)固定连接；

阻尼组件，所述阻尼组件包括第一旋转阻尼(11)，所述第一旋转阻尼(11)套设在所述圆柱段(52)上，所述第一旋转阻尼(11)包括壳体(112)与转体(111)，所述壳体(112)与所述转体(111)能够相对转动，所述壳体(112)与所述第一连杆(1)固定，所述转体(111)与所述键轴(5)固定；

其中，所述第一连杆(1)通过所述键轴(5)带动所述第二连杆(4)转动，所述键轴(5)带动所述转体(111)同步转动，所述转体(111)与所述壳体(112)相对转动产生制动扭矩；

所述阻尼组件还包括第一齿轮(2)、第二齿轮(8)以及第二旋转阻尼(3)，所述第一齿轮(2)与所述第二齿轮(8)相互啮合，所述第二旋转阻尼(3)包括外壳(32)和能够与所述外壳(32)相对转动的转轴(31)，所述外壳(32)与所述第一连杆(1)固定，所述第一齿轮(2)和第二齿轮(8)分别与所述转轴(31)和所述花键段(51)键连接；所述第二齿轮(8)受所述键轴(5)连动而转动并将转动传递给所述第一齿轮(2)，所述第一齿轮(2)带动所述转轴(31)转动，所述转轴(31)与所述外壳(32)相对转动产生制动扭矩；

所述阻尼组件还包括异形轴卡(12)，所述异形轴卡(12)位于所述轴承(9)形成的轴承室内并固定套设在所述键轴(5)上，所述键轴(5)通过所述异形轴卡(12)带动所述转体(111)转动。

2.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述异形轴卡(12)的一端设有沟槽(121)，另一端内壁设有朝轴心延伸的凸台(122)，所述沟槽(121)适于与所述转体(111)上的第一卡块(113)卡接适配，所述凸台(122)适于与所述键轴(5)上的纵向沟槽(53)卡接适配。

3.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述第一连杆(1)容纳所述键轴(5)穿过的所述轴承室内设有限位结构，所述限位结构用于固定所述壳体(112)；所述第二连杆(4)容纳所述键轴(5)穿过的连接孔的形状与所述花键段(51)的键槽相匹配，以使所述第二连杆(4)与所述键轴(5)同轴转动。

4.根据权利要求3所述的阻尼关节，其特征在于，所述限位结构包括设置在所述第一连杆(1)的所述轴承室内壁上的卡槽，所述卡槽适于与设置在所述壳体(112)上的第二卡块(114)卡接适配，以将所述壳体(112)与所述第一连杆(1)固定。

5.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述阻尼组件还包括套设在所述键轴(5)上的垫片(7)，所述垫片(7)位于所述第一连杆(1)与所述第二连杆(4)之间。

6.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述第一旋转阻尼(11)的扭矩值范围为10-40Ncm，所述第二旋转阻尼(3)的扭矩值范围为1-2.2Ncm。

7.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述第一旋转阻尼(11)与所述异形轴卡(12)的数量为多个，多个所述异形轴卡(12)和所述第一旋转阻尼(11)依次设置在所述第一连杆(1)的所述轴承室内，用以调节所述阻尼关节扭矩值。

8.根据权利要求1所述的阻尼关节，其特征在于，所述第二旋转阻尼(3)的数量为多个，多个所述第二旋转阻尼(3)间隔分布在所述第一连杆(1)上，并通过多个第一齿轮(2)啮合串联，用以调节所述阻尼关节扭矩值。