CN110802634A - 一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂 - Google Patents

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张坚
胡宁
于晓亮
卞庆武
贺永
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Abstract

本发明涉及一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，包括安装底座、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂、第四关节臂、第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、一体锁紧轴、锁紧斜面轴、锁紧手柄、移动杆和套筒固定件。与现有设备相比，本发明具有以下优点：机械臂结构紧凑、小巧方便，能适应不同操作台和不同工作环境，具有较高的适应性；可以搭载不同的使用器械，可长时间保持定点定位，实用性强；整个机械臂使用一个锁紧手柄，可实现多关节多自由度锁紧，操作方便。

Description

一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂
技术领域
本发明涉及一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，属于辅助医疗器械领域。
背景技术
机械臂作为一种辅助器械，是辅助人工操作，协调其他器械工作的一种便利性器具，在众多领域起着非常重要的作用。通过查阅相关文献资料，在很多领域如无人焊接、排爆巡检机器人、生产流水线等，都具有广泛的应用前景。六自由度机械臂，搭载不同执行机构或者器具可以在操作范围内定位并到达任何空间位姿，在自锁后可以长时间保持在某一定点位置。现代医疗手术过程中医生需要众多辅助性工具，并需要长时间定点在某一位置进行操作。
为有效解决上述问题，本发明提供一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，通过斜面轴自锁，自锁过程简单，并且锁定后不易出现相关关节滑动等自锁失效情况，有效保证器械定点定位，使得机械臂搭载的相关器械定位可靠。此外，六自由度机械臂操作灵活，通过一体锁紧轴可以实现一次锁紧多个关节，限制多个自由度的目的，使得被动机械臂的使用空间不再受限，可降低医务人员工作强度与人为误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于包括安装底座(1)、第一关节臂(2)、第一关节轴(3)、一体锁紧轴 (4)、锁紧斜面轴(5)、手柄套筒(6)、锁紧手柄(7)、第二关节臂(8)、第二关节轴(9)、第三关节轴(10)、压紧端盖(11)、第四关节轴(12)、第三关节臂(13)、第四关节臂(14)、移动杆(15)、套筒连接件(16)；其中，一体锁紧轴(4)用于锁紧第一关节与第二关节，同时使得第一关节轴(3)、第二关节轴(9)向两侧移动，锁定第一关节轴(3)与安装底座(1)之间、第二关节轴(9)与第三关节轴(10)之间的转动，以及推动第三关节轴(10) 锁紧第四关节轴(12)。
所述的一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于：装配后的第一关节和第二关节用一体锁紧轴(4)连接，并使锁紧斜面轴(5)的斜端面与第二关节轴(9)的斜端面、一体锁紧轴 (4)与第一关节轴(3)的斜端面相互平行；在第一关节和第二关节装配完成后，用锁紧手柄(7)拧紧一体锁紧轴(4)，使得两处平行斜面相互咬合，从而锁紧第一关节臂(2)与第二关节臂(8)。
所述的一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于：在使用过程中，套筒连接件(16)上可以安装不同执行机构；在执行机构定位后，可以通过旋紧锁紧手柄(7)，使得一体锁紧轴 (4)与斜面锁紧轴(5)、第一关节轴(3)、第二关节轴(9)的斜面端相互咬合，并挤压第一关节轴(3)与第二关节轴(9)向两侧移动，锁死其他关节。
本发明的优点在于：一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂可以搭载不同的使用器械，长时间保持定点定位；便利的安装结构可以应用于不同的场合，并且在实际操作中，只需要转动一次锁紧手柄就可以实现多关节多自由度的锁定；实用性强，不受场地以及操作台的限制，操作更加灵活，而且结构紧凑、小巧方便，具有广泛的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例的被动机械臂整体结构图
图2是本发明实施例的被动机械臂整体效果图
图3是本发明实施例的被动机械臂各关节锁定连接剖视图
图4是本发明实施例的一体锁紧轴装配剖视图
图中，各部件的标记如下：
1-安装底座 2-第一关节臂
3-第一关节轴 4-一体锁紧轴
5-锁紧斜面轴 6-手柄套筒
7-锁紧手柄 8-第二关节臂
9-第二关节轴 10-第三关节轴
11-压紧端盖 12-第四关节轴
13-第三关节臂 14-第四关节臂
15-移动杆 16-套筒连接件
具体实施方式
见图1至图4，下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。
参见图1所示，一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，包括安装底座(1)、第一关节臂(2)、第一关节轴(3)、一体锁紧轴(4)、锁紧斜面轴(5)、手柄套筒(6)、锁紧手柄(7)、第二关节臂(8)、第二关节轴(9)、第三关节轴(10)、压紧端盖(11)、第四关节轴(12)、第三关节臂(13)、第四关节臂(14)、移动杆(15)、套筒连接件(16)；其中，第一关节轴(3)、第二关节轴(9)直接与一体锁紧轴(4)相接触，在旋紧锁紧手柄(7)时候，一体锁紧轴(4)与锁紧斜面轴(5)、第一关节轴(3)、第二关节轴(9)的斜面端相互咬合，挤压第一关节轴(3)与第二关节轴(9)向两侧移动，并锁死其他关节。
参见图2所示，是被动机械臂按照装配关系安装完成后的效果图。
参见图3所示，各关节锁紧轴在安装时，轴端斜面需要与相邻斜面轴的斜面端相互平行并具有适当游隙，以防止两处斜面结合过紧咬死，导致机械臂关节无法转动。
参见图4所示，一体锁紧轴(4)与相邻的第一关节轴(3)、第二关节轴(9)的配合关系较为精密。在安装中，需要保证一体锁紧轴(4)、第一关节轴(3)、第二关节轴(9)以及锁紧斜面轴(5)之间具有适当游隙。

Claims (3)

1.一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，包括安装底座(1)、第一关节臂(2)、第一关节轴(3)、一体锁紧轴(4)、锁紧斜面轴(5)、手柄套筒(6)、锁紧手柄(7)、第二关节臂(8)、第二关节轴(9)、第三关节轴(10)、压紧端盖(11)、第四关节轴(12)、第三关节臂(13)、第四关节臂(14)、移动杆(15)、套筒连接件(16)；其中，第一关节轴(3)、第二关节轴(9)分别与第一关节臂(2)、第二关节臂(8)装配；第三关节轴(10)安装到第二关节轴(9)一端的轴孔后，第三关节臂(13)同轴心装入第二关节臂(8)左端轴孔，并用压紧端盖(11)封装；第四关节轴(12)与第四关节臂(14)穿过第三关节臂(13)上的轴孔后安装移动杆(15)，在移动杆(15)末端安装套筒连接件(16)，并用顶丝锁死。
2.根据权利要求1所述的一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于：装配后的第一关节和第二关节用一体锁紧轴(4)连接，并使锁紧斜面轴(5)的斜端面与第二关节轴(9)的斜端面、一体锁紧轴(4)与第一关节轴(3)的斜端面相互平行；在第一关节和第二关节装配完成后，用锁紧手柄(7)拧紧一体锁紧轴(4)，使得两处平行斜面相互咬合，从而锁紧第一关节臂(2)与第二关节臂(8)。
3.根据权利要求1所述的一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于：在使用过程中，套筒连接件(16)上可以安装不同执行机构；在执行机构定位后，可以通过旋紧锁紧手柄(7)，使得一体锁紧轴(4)与斜面锁紧轴(5)、第一关节轴(3)、第二关节轴(9)的斜面端相互咬合，并挤压第一关节轴(3)与第二关节轴(9)向两侧移动，锁死其他关节。
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