CN112604085B - 一种机器人注射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废墟救援设备，具体地说是一种机器人注射装置，包括位姿调整机构及注射机构，位姿调整机构包括伸缩关节和耦合关节，注射机构包括控制针头扎入体内深浅的推送关节和控制对体内药液注射量的给药关节，伸缩关节的一端安装于机器人上，另一端为伸缩端，耦合关节的一端与伸缩关节的伸缩端相连、由伸缩关节驱动伸缩，耦合关节的另一端具有俯仰自由度或偏转自由度；推送关节安装在耦合关节的另一端，推送关节的输出端连接有给药关节，推送关节及给药关节通过伸缩关节及耦合关节的驱动到达设定位置及角度。本发明具有结构轻量化、模块化、注射精度高，易于安装、更换、操控精准的特点。

Description

一种机器人注射装置

技术领域

本发明涉及废墟救援设备，具体地说是一种机器人注射装置，可安装于废墟救援机器人上。

背景技术

地震、海啸等意外事故的发生常常会导致建筑物倒塌产生废墟，救援被埋在废墟下的幸存者是一项非常紧迫的任务。为了提高救援效率，大力发展营救技术；由于废墟内环境的杂乱无章，且被困人员生命体征极度虚弱，急需水、氧供给，或药物治疗，更有甚者流血不止，需要包扎，给救援工作带来了极大的困难。

发明内容

为了解决废墟内部被困人员的各种迫切需求，甚至是简单治疗，保证被困人员生命体征正常，本发明的目的在于提供一种机器人注射装置，用于紧急救援任务。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括位姿调整机构及注射机构，其中位姿调整机构包括伸缩关节和耦合关节，所述注射机构包括控制针头扎入体内深浅的推送关节和控制对体内药液注射量的给药关节，所述伸缩关节的一端安装于机器人上，另一端为伸缩端，所述耦合关节的一端与伸缩关节的伸缩端相连、由伸缩关节驱动伸缩，所述耦合关节的另一端具有俯仰自由度或偏转自由度；所述推送关节安装在耦合关节的另一端，该推送关节的输出端连接有所述给药关节，所述推送关节及给药关节通过所述伸缩关节及耦合关节的驱动到达设定位置及角度。

其中：所述伸缩关节包括伸缩驱动电机、伸缩丝杠、伸缩丝母、伸缩滑块、滑块连杆、伸缩组件、固定底座、伸缩外架、伸缩丝杠固定座及多层支撑套筒，该固定底座一端安装在机器人上，另一端连接有伸缩外架，所述伸缩外架上固定有伸缩丝杠固定座，该伸缩丝杠固定座转动安装有伸缩丝杠，所述伸缩丝杠与固定在固定底座上的伸缩驱动电机的输出轴连接，该伸缩丝杠上螺纹连接有伸缩丝母，所述伸缩滑块与伸缩丝母固接，所述滑块连杆的一端与伸缩滑块铰接，另一端通过伸缩组件与多层支撑套筒中的最内层连接，所述多层支撑套筒的最外层固接于所述伸缩外架的外部。

所述伸缩组件包括支撑杆及支撑连接，该支撑杆为多根呈十字交叉状，所述支撑连接安装于多层支撑套筒的最内层，所述多根呈十字交叉状的支撑杆的两侧分别与滑块连杆及支撑连接铰接。

所述耦合关节包括耦合驱动电机、传动齿轮组、输出锥齿轮、十字轴、耦合底座及输出连接件，该耦合底座安装于所述伸缩关节的输出端，所述耦合驱动电机为两个，对称安装于所述耦合底坐上，所述耦合底座的两侧各设有一组传动齿轮组；所述十字轴上安装两个输出锥齿轮，该十字轴的两端分别与输出连接件转动连接，每侧所述传动齿轮组的输入端均由一个耦合驱动电机驱动，输出端分别与两个所述输出锥齿轮有齿的一端啮合，所述输出锥齿轮的另一端安装于输出连接件上。

所述传动齿轮组包括输出齿轮、惰性齿轮、传动齿轮及输入锥齿轮，该输出齿轮连接于所述耦合驱动电机的输出端，两侧的两个所述传动齿轮安装在一根锥齿轮轴上、与锥齿轮轴连动，该锥齿轮轴转动安装于所述耦合底座上，所述惰性齿轮的齿轮轴转动安装于耦合底座上，该惰性齿轮位于所述输出齿轮及传动齿轮之间，并分别与所述输出齿轮及传动齿轮啮合；所述锥齿轮轴上安装有两个输入锥齿轮，该输入锥齿轮与锥齿轮轴连动，每个所述输入锥齿轮分别与所述十字轴上的两个输出锥齿轮啮合。

所述十字轴中的一根轴的两端分别与输出连接件转动连接，另一根轴为中空管状，所述锥齿轮轴由该中空管穿过。

所述输出连接件为U形，所述十字轴中的一根轴的两端分别与所述U形开口端的两侧转动连接，所述推送关节安装于U形的底部。

所述推送关节包括外框架、推送底座、推送电机、传动机构A、推送丝杠、推送丝母及推送滑块，该外框架安装于所述耦合关节的另一端，所述推送底座固定在外框架上，所述推送丝杠转动安装于推送底座上，通过所述传动机构A与安装在推送底座上的推送电机的输出端相连；所述推送丝杠上螺纹连接有推送丝母，所述推送滑块与推送丝母固接，通过所述推送电机的驱动，沿所述推送丝杠的轴向往复移动；所述推送滑块作为推送关节的输出端用于安装所述给药关节。

所述给药关节包括给药底座、给药电机、传动机构B、给药丝杠、给药丝母、给药滑块、注射器推杆、注射器及注射器固定座，该给药底座安装于所述推送关节的输出端，所述给药丝杠转动安装于给药底座上，通过所述传动机构B与安装在给药底座上的给药电机的输出端相连；所述给药丝杠上螺纹连接有给药丝母，所述给药滑块与给药丝母固接，该给药滑块与所述注射器推杆的一端相连；所述注射器通过注射器固定座固定在给药底座上，所述注射器推杆的另一端插设于注册器内，通过所述给药电机的驱动在注射器内往复移动。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明是安装在废墟救援机器人上的救援装置，位姿调整机构上固定注射机构，使得注射机构的注射角度范围较广，能够达到多角度顺利注射的目标。

2.本发明位姿调整机构中的伸缩关节和耦合关节，在采用少电机驱动的情况下，关节机构精简，能达到预定位置和角度，满足末端载荷的使用要求。

3.本发明注射机构由两个高精度的推送关节和给药关节组成，推送关节能够精确地控制注射器的推进行程，从而控制扎入体内的深浅；给药关节则精准地控制注射器推杆的给进行程，从而控制对体内药液的注射量。

4.本发明注射装置轻量化、模块化、废墟狭小空间适应性强，易于安装、操控精度高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中伸缩关节的结构示意图；

图3为本发明中耦合关节的结构示意图；

图4为本发明中注射机构的结构示意图；

其中：1为位姿调整机构，2为注射机构，3为伸缩关节，4为耦合关节，5为推送关节，6为给药关节，7为伸缩驱动电机，8为联轴器，9为伸缩丝杠，10为伸缩滑块，11为滑块连杆，12为支撑杆，13为支撑连接，14为固定底座，15为伸缩外架，16为伸缩丝杠固定座，17为支撑套筒，18为耦合驱动电机，19为输出齿轮，20为惰性齿轮，21为传动齿轮，22为输入锥齿轮，23为输出锥齿轮，24为锥齿轮轴，25为十字轴，26为耦合底座，27为输出连接件，28为外框架，29为推送底座，30为推送电机，31为推送齿轮，32为推送丝杠，33为推送滑块，34为给药底座，35为给药电机，36为给药齿轮，37为给药丝杠，38为给药滑块，39为注射器推杆，40为注射器，41为注射器固定座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括位姿调整机构1及注射机构2，其中位姿调整机构1包括伸缩关节3和耦合关节4，注射机构2包括控制针头扎入体内深浅的推送关节5和控制对体内药液注射量的给药关节6，伸缩关节3的一端安装于机器人上，另一端为伸缩端，耦合关节4的一端与伸缩关节3的伸缩端相连、由伸缩关节3驱动伸缩，耦合关节4的另一端具有俯仰自由度或偏转自由度；推送关节5安装在耦合关节4的另一端，该推送关节5的输出端连接有给药关节6，推送关节5及给药关节6通过伸缩关节3及耦合关节4的驱动到达设定位置及角度，保证了注射机构2能够顺利注射的目标。

如图1及图2所示，本实施例的伸缩关节3包括伸缩驱动电机7、联轴器8、伸缩丝杠9、伸缩丝母、伸缩滑块10、滑块连杆11、伸缩组件、固定底座14、伸缩外架15、伸缩丝杠固定座16及多层支撑套筒17，该固定底座14一端安装在机器人上，另一端连接有伸缩外架15，伸缩外架15上固定有伸缩丝杠固定座16，该伸缩丝杠固定座16转动安装有伸缩丝杠9，伸缩丝杠9与固定在固定底座14上的伸缩驱动电机7的输出轴通过联轴器8连接，该伸缩丝杠9上螺纹连接有伸缩丝母，伸缩滑块10与伸缩丝母固接，滑块连杆11的一端与伸缩滑块10铰接，另一端通过伸缩组件与多层支撑套筒17中的最内层连接，多层支撑套筒17的最外层固接于伸缩外架15的外部。本实施例的伸缩组件包括支撑杆12及支撑连接13，该支撑杆12为多根呈十字交叉状，支撑连接13安装于多层支撑套筒17的最内层，多根呈十字交叉状的支撑杆12的两侧分别与滑块连杆11及支撑连接13铰接。

如图1及图3所示，本实施例的耦合关节4包括耦合驱动电机18、传动齿轮组、输出锥齿轮23、十字轴25、耦合底座26及输出连接件27，该耦合底座26安装于伸缩关节3的输出端(即最内层的支撑套筒17上)，耦合驱动电机18为两个，对称安装于耦合底坐26上，耦合底座26的两侧各设有一组传动齿轮组；十字轴25上安装两个输出锥齿轮23，该十字轴25的两端分别与输出连接件27转动连接，每侧传动齿轮组的输入端均由一个耦合驱动电机18驱动，输出端分别与两个输出锥齿轮23有齿的一端啮合，输出锥齿轮23的另一端安装于输出连接件27上。本实施例的传动齿轮组包括输出齿轮19、惰性齿轮20、传动齿轮21及输入锥齿轮22，该输出齿轮19连接于耦合驱动电机18的输出端，两侧的两个传动齿轮21安装在一根锥齿轮轴24上、与锥齿轮轴24连动，该锥齿轮轴24转动安装于耦合底座26上，惰性齿轮20的齿轮轴转动安装于耦合底座26上，该惰性齿轮20位于输出齿轮19及传动齿轮21之间，并分别与输出齿轮19及传动齿轮21啮合；锥齿轮轴24上安装有两个输入锥齿轮22，输入锥齿轮22与锥齿轮轴24连动，每个输入锥齿轮22分别与十字轴25上的两个输出锥齿轮23啮合。本实施例的两个输出锥齿轮23上下设置，两个输入锥齿轮22位于两个输出锥齿轮23之间。本实施例的输出连接件27为U形，十字轴25中的一根轴的两端分别与输出连接件27U形开口端的两侧转动连接，另一根轴为中空管状，锥齿轮轴24由该中空管穿过；注射关节5安装于U形的底部。

如图1、图3及图4所示，本实施例的推送关节5包括外框架28、推送底座29、推送电机30、传动机构A、推送丝杠32、推送丝母及推送滑块33，该外框架28安装于耦合关节4的另一端(即输出连接件27上)，推送底座29固定在外框架28上，推送丝杠32转动安装于推送底座29上，通过传动机构A与安装在推送底座29上的推送电机30的输出端相连；本实施例的传动机构A包括两个相互啮合传动的推送齿轮31，其中一个推送齿轮31与推送电机30的输出轴相连，另一个推送齿轮31与推送丝杠32连动。推送丝杠32上螺纹连接有推送丝母，推送滑块33与推送丝母固接，通过推送电机30的驱动，沿推送丝杠32的轴向往复移动。本实施例的推送滑块33作为推送关节5的输出端用于安装给药关节6。

本实施例的给药关节6包括给药底座34、给药电机35、传动机构B、给药丝杠37、给药丝母、给药滑块38、注射器推杆39、注射器40及注射器固定座41，该给药底座34安装于推送关节5的输出端(即推送滑块33上)，给药丝杠37转动安装于给药底座34上，通过传动机构B与安装在给药底座34上的给药电机35的输出端相连；本实施例子传动机构B包括两个相互啮合传动的给药齿轮36，其中一个给药齿轮36与给药电机35的输出轴相连，另一个给药齿轮36与给药丝杠37连动。给药丝杠37上螺纹连接有给药丝母，给药滑块38与给药丝母固接，该给药滑块38与注射器推杆39的一端相连；注射器40通过注射器固定座41固定在给药底座34上，注射器推杆39的另一端插设于注册器40内，通过给药电机35的驱动在注射器40内往复移动。

注射机构2在位姿调整机构1的作用下达到设定区域内任意位置和角度，保证了注射机构2能够顺利注射的目标。

本发明的工作原理为：

位姿调整机构1中的伸缩关节3通过伸缩驱动电机7为伸缩丝杠9提供动力，通过伸缩丝杠9与伸缩丝母之间形成的螺旋副，从而带动伸缩滑块10沿伸缩丝杠9的轴向做直线运动，连接在伸缩滑块10上的滑块连杆11随之运动，从而推动支撑杆12撑开或收回；末端的支撑连接13带动各层支撑套筒17做直线运动，从而改变伸缩关节3的长度，达到长距离伸缩的目的。

位姿调整机构1中的耦合关节4随支撑套筒17伸缩，通过两个耦合驱动电机18分别带动两个输出齿轮19旋转，与之啮合的两个惰性齿轮20将力矩传递给传动齿轮21，从而带动输入锥齿轮22旋转，与输入锥齿轮22垂直啮合安装的输出锥齿轮23在输入锥齿轮22的作用下旋转；当两个输入锥齿轮22同向旋转时，带动输出锥齿轮23沿锥齿轮轴24轴线旋转；当两个输入锥齿轮22逆向旋转时，带动输出锥齿轮23沿十字轴25中与输出连接件27转动连接的那根轴的轴线旋转，以使得与之连接的输出连接件27能达到设定空间内任意位置和角度。

注射机构2中的推送关节5通过装有推送齿轮31的推送电机30为推送丝杠32提供动力，从而带动推送滑块33沿推送丝杠32的轴向做直线运动；连接在推送滑块33上的给药底座34随之运动，从而使得给药关节6直线运动，达到控制注射器推进行程的目的，从而控制针头扎入体内的深浅。

注射机构2中的给药关节6通过装有给药齿轮36的给药电机35为给药丝杠37提供动力，从而带动给药滑块38沿给药丝杠37轴向做直线运动；连接在给药滑块38上的注射器推杆39随之运动，从而使得注射器推杆39直线运动，达到控制注射器推杆39给进行程的目的，从而严格控制对体内药液的注射量。

Claims (8)

1.一种机器人注射装置，其特征在于：包括位姿调整机构（1）及注射机构（2），其中位姿调整机构（1）包括伸缩关节（3）和耦合关节（4），所述注射机构（2）包括控制针头扎入体内深浅的推送关节（5）和控制对体内药液注射量的给药关节（6），所述伸缩关节（3）的一端安装于机器人上，另一端为伸缩端，所述耦合关节（4）的一端与伸缩关节（3）的伸缩端相连、由伸缩关节（3）驱动伸缩，所述耦合关节（4）的另一端具有俯仰自由度或偏转自由度；所述推送关节（5）安装在耦合关节（4）的另一端，该推送关节（5）的输出端连接有所述给药关节（6），所述推送关节（5）及给药关节（6）通过所述伸缩关节（3）及耦合关节（4）的驱动到达设定位置及角度；

所述伸缩关节（3）包括伸缩驱动电机（7）、伸缩丝杠（9）、伸缩丝母、伸缩滑块（10）、滑块连杆（11）、伸缩组件、固定底座（14）、伸缩外架（15）、伸缩丝杠固定座（16）及多层支撑套筒（17），该固定底座（14）一端安装在机器人上，另一端连接有伸缩外架（15），所述伸缩外架（15）上固定有伸缩丝杠固定座（16），该伸缩丝杠固定座（16）转动安装有伸缩丝杠（9），所述伸缩丝杠（9）与固定在固定底座（14）上的伸缩驱动电机（7）的输出轴连接，该伸缩丝杠（9）上螺纹连接有伸缩丝母，所述伸缩滑块（10）与伸缩丝母固接，所述滑块连杆（11）的一端与伸缩滑块（10）铰接，另一端通过伸缩组件与多层支撑套筒（17）中的最内层连接，所述多层支撑套筒（17）的最外层固接于所述伸缩外架（15）的外部。

2.根据权利要求1所述的机器人注射装置，其特征在于：所述伸缩组件包括支撑杆（12）及支撑连接（13），该支撑杆（12）为多根呈十字交叉状，所述支撑连接（13）安装于多层支撑套筒（17）的最内层，所述多根呈十字交叉状的支撑杆（12）的两侧分别与滑块连杆（11）及支撑连接（13）铰接。

3.根据权利要求1所述的机器人注射装置，其特征在于：所述耦合关节（4）包括耦合驱动电机（18）、传动齿轮组、输出锥齿轮（23）、十字轴（25）、耦合底座（26）及输出连接件（27），该耦合底座（26）安装于所述伸缩关节（3）的输出端，所述耦合驱动电机（18）为两个，对称安装于所述耦合底座（26）上，所述耦合底座（26）的两侧各设有一组传动齿轮组；所述十字轴（25）上安装两个输出锥齿轮（23），该十字轴（25）的两端分别与输出连接件（27）转动连接，每侧所述传动齿轮组的输入端均由一个耦合驱动电机（18）驱动，输出端分别与两个所述输出锥齿轮（23）有齿的一端啮合，所述输出锥齿轮（23）的另一端安装于输出连接件（27）上。

4.根据权利要求3所述的机器人注射装置，其特征在于：所述传动齿轮组包括输出齿轮（19）、惰性齿轮（20）、传动齿轮（21）及输入锥齿轮（22），该输出齿轮（19）连接于所述耦合驱动电机（18）的输出端，两侧的两个所述传动齿轮（21）安装在一根锥齿轮轴（24）上、与锥齿轮轴（24）连动，该锥齿轮轴（24）转动安装于所述耦合底座（26）上，所述惰性齿轮（20）的齿轮轴转动安装于耦合底座（26）上，该惰性齿轮（20）位于所述输出齿轮（19）及传动齿轮（21）之间，并分别与所述输出齿轮（19）及传动齿轮（21）啮合；所述锥齿轮轴（24）上安装有两个输入锥齿轮（22），该输入锥齿轮（22）与锥齿轮轴（24）连动，每个所述输入锥齿轮（22）分别与所述十字轴（25）上的两个输出锥齿轮（23）啮合。

5.根据权利要求4所述的机器人注射装置，其特征在于：所述十字轴（25）中的一根轴的两端分别与输出连接件（27）转动连接，另一根轴为中空管状，所述锥齿轮轴（24）由该中空管穿过。

6.根据权利要求5所述的机器人注射装置，其特征在于：所述输出连接件（27）为U形，所述十字轴（25）中的一根轴的两端分别与所述U形开口端的两侧转动连接，所述推送关节（5）安装于U形的底部。

7.根据权利要求1所述的机器人注射装置，其特征在于：所述推送关节（5）包括外框架（28）、推送底座（29）、推送电机（30）、传动机构A、推送丝杠（32）、推送丝母及推送滑块（33），该外框架（28）安装于所述耦合关节（4）的另一端，所述推送底座（29）固定在外框架（28）上，所述推送丝杠（32）转动安装于推送底座（29）上，通过所述传动机构A与安装在推送底座（29）上的推送电机（30）的输出端相连；所述推送丝杠（32）上螺纹连接有推送丝母，所述推送滑块（33）与推送丝母固接，通过所述推送电机（30）的驱动，沿所述推送丝杠（32）的轴向往复移动；所述推送滑块（33）作为推送关节（5）的输出端用于安装所述给药关节（6）。

8.根据权利要求1所述的机器人注射装置，其特征在于：所述给药关节（6）包括给药底座（34）、给药电机（35）、传动机构B、给药丝杠（37）、给药丝母、给药滑块（38）、注射器推杆（39）、注射器（40）及注射器固定座（41），该给药底座（34）安装于所述推送关节（5）的输出端，所述给药丝杠（37）转动安装于给药底座（34）上，通过所述传动机构B与安装在给药底座（34）上的给药电机（35）的输出端相连；所述给药丝杠（37）上螺纹连接有给药丝母，所述给药滑块（38）与给药丝母固接，该给药滑块（38）与所述注射器推杆（39）的一端相连；所述注射器（40）通过注射器固定座（41）固定在给药底座（34）上，所述注射器推杆（39）的另一端插设于注射器（40）内，通过所述给药电机（35）的驱动在注射器（40）内往复移动。