CN111844126A - 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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Abstract

本发明公开了一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，属于医疗辅助器械领域，包括依次连接的安装底座、第一关节臂、一体锁紧轴、组合关节臂、第四关节轴和移动杆，还包括斜面锁紧轴和锁紧手柄，所述一体锁紧轴、斜面锁紧轴与锁紧手柄配合锁紧机械臂，其中：斜面锁紧轴位于组合关节臂内且套接在一体锁紧轴上部，锁紧手柄穿过组合关节臂并与斜面锁紧轴接触连接，且一体锁紧轴顶部与锁紧手柄上部内侧螺纹连接，通过拧紧锁紧手柄使一体锁紧轴上移使游隙的斜面咬合进而使第一关节轴、组合关节轴向两侧移动锁死其它关节。本发明通过斜面锁紧轴自锁，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。

Description

一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂
技术领域
本发明涉及辅助医疗器械领域，尤其涉及一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂。
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。
因此，有必要提供一种自锁稳定性好的机械臂
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，本发明通过斜面锁紧轴自锁，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。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，包括依次连接的安装底座、第一关节臂、一体锁紧轴、组合关节臂、第四关节轴和移动杆，还包括斜面锁紧轴和锁紧手柄，所述一体锁紧轴、斜面锁紧轴与锁紧手柄配合锁紧机械臂，其中：
所述第一关节臂的一端设有用于套接在安装底座顶部的轴槽，所述第一关节臂与安装底座垂直连接并能相对旋转；所述第一关节臂内套有第一关节轴，所述第一关节轴与一体锁紧轴上设有相互平行的斜面，且第一关节轴与一体锁紧轴、安装底座顶部之间有游隙；
所述组合关节臂内套有组合关节轴，所述组合关节轴与斜面锁紧轴上设有相互平行的斜面，且组合关节轴与斜面锁紧轴之间有游隙；
所述第一关节臂另一端和组合关节臂的一端均与一体锁紧轴垂直连接并能相对旋转；
所述组合关节臂的另一端与移动杆的一端均与第四关节轴垂直连接并能相对旋转；
所述斜面锁紧轴位于组合关节臂内且套接在一体锁紧轴上部，所述锁紧手柄穿过组合关节臂并与斜面锁紧轴接触连接，且一体锁紧轴顶部与锁紧手柄上部内侧螺纹连接，通过拧紧锁紧手柄使一体锁紧轴上移而斜面锁紧轴下移使游隙的斜面咬合进而使第一关节轴、组合关节轴向两侧移动锁死其它关节。
进一步地，所述组合关节臂包括第二关节臂和同轴装入第二关节臂一侧轴孔的第三关节臂，第二关节臂与一体锁紧轴连接，所述组合关节轴包括第二关节轴和同轴装入第二关节轴的第三关节轴，所述第二关节轴与斜面锁紧轴有游隙，所述第四关节轴穿过所述第三关节臂，所述第三关节轴与第四关节轴之间有游隙。
进一步地，还包括封装第三关节臂和第二关节臂的压紧端盖。
进一步地，所述第二关节臂与第三关节臂之间、第二关节轴与第三关节轴之间在自由状态能相对旋转。
进一步地，还包括与所述第四关节轴配合旋转的第四关节臂，所述第四关节臂设有用于安装移动杆的安装孔。
进一步地，还包括与所述第四关节轴配合旋转的第四关节臂，所述移动杆穿过所述第四关节臂。
进一步地，从下而上包括一体依次连接的底轴、连接轴、中轴、限位轴和螺纹轴，所述连接柱、限位轴、螺纹轴的直径小于中轴的直径，形成截面形状类“土”形的结构；
所述中轴与第一关节臂和组合关节臂均接触连接作为旋转主轴；
所述底轴上设有与第一关节臂的斜面配合的朝上的斜面；
所述斜面锁紧轴套接在所述限位轴上，所述斜面锁紧轴的斜面朝下；
所述螺纹轴的上部设有与所述锁紧旋钮配合旋紧的螺纹。
进一步地，所述螺纹轴、限位轴、中轴的直径依次变大。
进一步地，还包括套接在锁紧手柄下部的手柄套筒，所述手柄套筒安装在组合关节臂上。
进一步地，还包括安装在移动杆末端的套筒连接件，用于安装不同的执行机构。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明的机械臂能长时间保持定点定位；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；而且本发明的机械臂还可以搭载不同的执行机构，便利的安装结构可以应用于不同的场合，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
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂的一个实施例的整体效果图；
图3是本发明的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂的一个实施例的各关节锁定连接剖视图；
图4是本发明的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂的一个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-斜面锁紧轴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
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。
本发明提供一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂的实施例，如图1至图4所示，包括依次连接的安装底座1、第一关节臂2、一体锁紧轴4、组合关节臂、第四关节轴12和移动杆15，还包括斜面锁紧轴5和锁紧手柄7，一体锁紧轴4、斜面锁紧轴5与锁紧手柄7配合锁紧机械臂，其中：
第一关节臂2的一端设有用于套接在安装底座1顶部的轴槽，第一关节臂2与安装底座1垂直连接并能相对旋转；第一关节臂2内套有第一关节轴3，第一关节轴3与一体锁紧轴4上设有相互平行的斜面，且第一关节轴3与一体锁紧轴4、安装底座1顶部之间有游隙；
组合关节臂(第二关节臂8和第三关节臂13)内套有组合关节轴(第二关节轴9和第三关节轴10)，组合关节轴与斜面锁紧轴5上设有相互平行的斜面，且组合关节轴与斜面锁紧轴5之间有游隙；
第一关节臂2另一端和组合关节臂的一端均与一体锁紧轴4垂直连接并能相对旋转；
组合关节臂的另一端(第三关节臂13)与移动杆15的一端均与第四关节轴12垂直连接并能相对旋转；
斜面锁紧轴5位于组合关节臂(第二关节臂8)内且套接在一体锁紧轴4上部，锁紧手柄7穿过组合关节臂并与斜面锁紧轴5接触连接，且一体锁紧轴5顶部与锁紧手柄7上部内侧螺纹连接，通过拧紧锁紧手柄7使一体锁紧轴4上移而斜面锁紧轴5下移使游隙的斜面咬合进而使第一关节轴3、组合关节轴向两侧移动锁死其它关节。
本发明在使用时，各关节锁紧轴在安装时，轴端斜面需要与相邻斜面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。当拧紧锁紧手柄时，一体锁紧轴上移而斜面锁紧轴下移，使游隙的斜面咬合进而使第一关节轴、组合关节轴向两侧移动锁死其它关节。
本发明的机械臂能长时间保持定点定位；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。
进一步地，组合关节臂包括第二关节臂8和同轴装入第二关节臂8一侧轴孔的第三关节臂13，第二关节臂8与一体锁紧轴4连接，组合关节轴包括第二关节轴9和同轴装入第二关节轴9的第三关节轴10，第二关节轴9与斜面锁紧轴5有游隙，第四关节轴12穿过第三关节臂13，第三关节轴10与第四关节轴12之间有游隙。
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以及斜面锁紧轴5之间具有适当游隙。
进一步地，还包括封装第三关节臂8和第二关节臂13的压紧端盖。
进一步地，第二关节臂8与第三关节臂13之间、第二关节轴9与第三关节轴10之间在自由状态能相对旋转。
进一步地，还包括与第四关节轴12配合旋转的第四关节臂14，第四关节臂14设有用于安装移动杆15的安装孔。
进一步地，从下而上包括一体依次连接的底轴、连接轴、中轴、限位轴和螺纹轴，连接柱、限位轴、螺纹轴的直径小于中轴的直径，形成截面形状类“土”形的结构；
中轴与第一关节臂2和组合关节臂(第二关节臂8)均接触连接作为旋转主轴；
底轴上设有与第一关节臂2的斜面配合的朝上的斜面；
斜面锁紧轴5套接在限位轴上，斜面锁紧轴5的斜面朝下；
螺纹轴的上部设有与锁紧旋钮7配合旋紧的螺纹。
进一步地，螺纹轴、限位轴、中轴的直径依次变大。
进一步地，还包括套接在锁紧手柄7下部的手柄套筒6，手柄套筒6安装在组合关节臂(第二关节臂8)上。
进一步地，还包括安装在移动杆末端的套筒连接件，用于安装不同的执行机构。在使用过程中，套筒连接件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，使得一体锁紧轴与斜面锁紧轴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。
一体锁紧轴4用于锁紧第一关节臂2与第二关节臂8，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。
装配后的第一关节臂和第二关节臂用一体锁紧轴连接，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。
本发明的机械臂能长时间保持定点定位；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；而且本发明的机械臂还可以搭载不同的执行机构，便利的安装结构可以应用于不同的场合，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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，包括依次连接的安装底座、第一关节臂、一体锁紧轴、组合关节臂、第四关节轴和移动杆，还包括斜面锁紧轴和锁紧手柄，所述一体锁紧轴、斜面锁紧轴与锁紧手柄配合锁紧机械臂，其中：
所述第一关节臂的一端设有用于套接在安装底座顶部的轴槽，所述第一关节臂与安装底座垂直连接并能相对旋转；所述第一关节臂内套有第一关节轴，所述第一关节轴与一体锁紧轴上设有相互平行的斜面，且第一关节轴与一体锁紧轴、安装底座顶部之间有游隙；
所述组合关节臂内套有组合关节轴，所述组合关节轴与斜面锁紧轴上设有相互平行的斜面，且组合关节轴与斜面锁紧轴之间有游隙；
所述第一关节臂另一端和组合关节臂的一端均与一体锁紧轴垂直连接并能相对旋转；
所述组合关节臂的另一端与移动杆的一端均与第四关节轴垂直连接并能相对旋转；
所述斜面锁紧轴位于组合关节臂内且套接在一体锁紧轴上部，所述锁紧手柄穿过组合关节臂并与斜面锁紧轴接触连接，且一体锁紧轴顶部与锁紧手柄上部内侧螺纹连接，通过拧紧锁紧手柄使一体锁紧轴上移而斜面锁紧轴下移使游隙的斜面咬合进而使第一关节轴、组合关节轴向两侧移动锁死其它关节。
2.根据权利要求1所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，所述组合关节臂包括第二关节臂和同轴装入第二关节臂一侧轴孔的第三关节臂，第二关节臂与一体锁紧轴连接，所述组合关节轴包括第二关节轴和同轴装入第二关节轴的第三关节轴，所述第二关节轴与斜面锁紧轴有游隙，所述第四关节轴穿过所述第三关节臂，所述第三关节轴与第四关节轴之间有游隙。
3.根据权利要求2所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，还包括封装第三关节臂和第二关节臂的压紧端盖。
4.根据权利要求2或3所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，所述第二关节臂与第三关节臂之间、第二关节轴与第三关节轴之间在自由状态能相对旋转。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，还包括与所述第四关节轴配合旋转的第四关节臂，所述第四关节臂设有用于安装移动杆的安装孔。
6.根据权利要求1至5任一所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，所述一体锁紧轴从下而上包括一体依次连接的底轴、连接轴、中轴、限位轴和螺纹轴，所述连接柱、限位轴、螺纹轴的直径小于中轴的直径；
所述中轴与第一关节臂和组合关节臂均接触连接作为旋转主轴；
所述底轴上设有与第一关节臂的斜面配合的朝上的斜面；
所述斜面锁紧轴套接在所述限位轴上，所述斜面锁紧轴的斜面朝下；
所述螺纹轴的上部设有与所述锁紧旋钮配合旋紧的螺纹。
7.根据权利要求6所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，所述螺纹轴、限位轴、中轴的直径依次变大。
8.根据权利要求1至7任一所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，还包括套接在锁紧手柄下部的手柄套筒，所述手柄套筒安装在组合关节臂上。
9.根据权利要求1至8任一所述的基于斜面轴自锁的六自由度被动机械臂，其特征在于，还包括安装在移动杆末端的套筒连接件，用于安装不同的执行机构。
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Jian

Inventor after: Hu Ning

Inventor after: Yu Xiaoliang

Inventor after: Bian Qingwu

Inventor before: Liu Hongsheng

Inventor before: Yang Biao

Inventor before: Ji Xuquan

Inventor before: Geng Baoduo

GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A six degree of freedom passive robotic arm based on inclined axis self-locking

Granted publication date: 20211203

Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Suzhou Branch

Pledgor: SUZHOU ZHUZHENG ROBOT CO.,LTD.

Registration number: Y2024980017753