CN113669383A - 一种运动关节制动器及摆转机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动关节制动器及摆转机构，包括：转轴；支撑部，在其内设有套设于所述转轴上的制动环；在所述支撑部上设有制动件和制动把手，所述制动把手与所述制动件之间通过离合结构配合连接，所述制动件与所述制动环配合实现所述制动环变形或放松，进而使得所述制动环与所述转轴抱紧或松开，以实现制动或解除制动。本发明采用双向抱紧制动，通过人工转动把手调节制动环和转轴之间的距离实现制动，并设有离合装置，可以保持运动关节制动或放松状态不变的同时调节把手至人体操作舒适的位置。

Description

一种运动关节制动器及摆转机构
技术领域
本发明涉及机械结构领域，尤其涉及一种运动关节制动器及摆转机构。
背景技术
C形臂X光机器应用于人体器官透视成像，如人体脊柱成像、心血管成像等，由X光发生器、限束器、探测器、成像设备等组成，其中X光发生器与探测器分别固定在C形臂的两端。在手术过程中,C形臂围绕人体旋转，透视人体不同位置并成像，以便于医生检测和判断病变发生的位置。因此为了方便调节C形臂相对于人体及手术床的位置，需要C形臂具有滑转、旋转、平移、摆动、升降等关节自由度。医生在透视二维图时，常常手动调整各个关节自由度，并在合适的时候锁定关节自由度的相对转动，进行透视；在锁定关节自由度时，常采用摩擦制动的方法锁止轴与孔的相对转动。
现有技术中是采用单边变形的方案，通过转动把手使得摩擦制动环单边发生变形进而抱紧旋转轴。但是这种方案使得摩擦所需要的制动力较大，且不能充分抱死，行程比较小(行程比指的是在相同的导程下施加压缩变形量与把手旋转范围角度的比值)。由于制动过程中不能完全抱死旋转轴，长时间使用后导致制动失效且再调节把手实现制动效能后，把手也不能处于人手操作舒适的位置。
而且，由于摩擦制动环不仅仅起到抱紧锁死的作用，还起到阻尼的作用，长时间使用后会造成摩擦制动环的磨损，需要调节摩擦制动环的变形量。但调节完成后，把手初始位置将不再是人手操作舒适的位置，且无法调整把手初始位置。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种运动关节制动器及摆转机构，采用双向抱紧制动，通过人工转动把手调节制动环和转轴之间的距离实现制动，并设有离合装置，可以保持运动关节制动或放松状态不变的同时调节把手至人体操作舒适的位置。
技术方案：
一种运动关节制动器，包括：
转轴；
支撑部，在其内设有套设于所述转轴上的制动环；
在所述支撑部上设有制动件和制动把手，所述制动把手与所述制动件之间通过离合结构配合连接，所述制动件与所述制动环配合实现所述制动环变形或放松，进而使得所述制动环与所述转轴抱紧或松开，以实现制动或解除制动。
所述制动环包括与所述转轴接触配合的抱紧接触面及其与所述制动件对应侧开设的开口；所述制动件与所述制动环的开口配合，调整所述开口大小，进而实现所述制动环变形或放松。
在所述制动环的开口两端分别向外延伸形成有耳部，所述制动件分别与两个所述耳部配合实现二者的相对运动，进而调整所述开口大小。
在所述支撑部上在所述耳部的运动方向上设置有相应的运动槽，所述制动件配合安装在所述运动槽内，通过其与所述耳部配合实现两个所述耳部的相对运动。
所述制动件为两个，其分别与所述运动槽采用螺纹配合，每一所述制动件的末端抵在其中一所述耳部上。
在所述制动环的两个耳部上均开设有平行于所述制动环开口处切线的螺孔，且两个耳部上螺孔的螺纹方向相反；所述制动件通过螺纹分别与所述制动环的两个耳部配合安装，通过转动所述制动件，带动所述制动环的两个耳部的相对运动。
所述制动件中部与两个所述耳部对应位置处设置有相应的螺纹段，所述制动件通过所述螺纹段分别与所述制动环的两个耳部配合安装。
所述制动环的两个耳部为螺母，其配合安装在所述制动件上后与所述制动环的开口两端固定连接。
所述制动件为两个旋转轴，其分别配合安装在所述支撑部上的运动槽内，并分别与所述制动环的两个耳部配合安装；
所述制动件由外之内依次设有与所述运动槽配合的光轴、与所述耳部的螺孔配合的螺纹段以及连接段，两个所述制动件通过其连接段配合固连。
其中一所述制动件的连接段开设有凹孔，且在其连接段上开设有销孔；在另一所述制动件的连接段设置有与凹孔相对应配合的凸轴，且在所述凸轴上开设有与所述销孔相对应的销孔；两所述制动件通过凹孔和凸轴的配合，并通过限位销钉穿过销孔进行限位固定，实现二者的同步旋转。
所述制动件的螺纹段直径小于其光轴直径，所述光轴与所述螺纹段之间形成止位面，并与所述耳部的外端面配合。
所述制动把手与所述制动件的配合端为中空结构，在其中空结构内固定安装有离合齿轮母圈，在所述制动件的外端面上设置有与所述离合齿轮母圈对应配合的离合齿轮公圈；
所述制动把手套设在所述制动件上，通过调整其与所述制动件的相对位置，实现所述离合齿轮母圈与离合齿轮公圈的啮合与分离。
所述制动件上套设有回复弹簧，在所述制动把手面向所述制动件的端面上设置有挡圈，所述挡圈与所述制动件的离合齿轮公圈配合压缩所述回复弹簧。
在所述制动件上位于所述离合齿轮公圈内侧设置有直径大于回复弹簧直径的止位环，其与所述挡圈配合压缩所述回复弹簧。
所述离合齿轮母圈外侧与制动把手内壁均设置有螺纹，用于将所述离合齿轮母圈相对于所述制动把手轴向固定。
所述制动把手内部沿垂直于旋转轴的方向设置有固定键，所述离合齿轮母圈外侧设置有与所述键槽配合的键槽，通过二者配合实现所述离合齿轮母圈相对于所述制动把手周向限位。
还包括支撑座，所述转轴通过轴承安装在所述支撑座内，所述支撑部固定安装在所述支撑座上。
在所述转轴伸出所述支撑座的末端设有螺纹，其上配合设置有锁紧螺母。
一种摆转机构，包括横移制动模块及前述的运动关节制动器，所述横移制动模块固定安装在所述运动关节制动器的转轴上。
有益效果：
1、本发明采用双向抱紧制动方案，相比现有的单边变形的方案，不仅能够实现摩擦制动环与旋转轴之间的有效抱紧，从而能够有效的实现制动，而且摩擦制动环是对称变形的，在有效抱紧的基础上，大大提高了行程比；
2、本发明采用离合齿轮配合将把手与把手旋转轴分离，可以随意旋转把手而不会带动把手旋转轴旋转，因此不改变制动或放松状态，从而方便人手的调节到操作舒适的位置，不仅在制动时操作方便，而且在进行制动调节时可以有效避免调节完成后把手初始位置不是人手操作舒适的位置的尴尬。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的整体结构纵向剖面图；
图3为本发明的整体结构横向剖面图；
图4为本发明的把手剖面图；
图5为本发明的离合齿轮母圈示意图；
图6为本发明的第一把手旋转轴结构特征图；
图7为本发明的第二把手旋转轴结构特征图；
图8为本发明的把手制动摩擦圆结构特征图；
图9为本发明的使用场景案例图；
图10为本发明的制动状态图；
图11为本发明的摆动后制动图；
图12为本发明的制动把手调节位置图；
图13为本发明的制动把手调节位置剖面图。
其中，1.制动把手，2.旋转轴，3.把手支撑座，4.支撑座，5.支撑轴承，6.锁紧螺母，7.摩擦制动环，701.第一耳部，702.第二耳部，703.抱紧接触面，8.第一把手旋转轴，801.第一离合齿轮公圈，802.第一止位环，803.第一光轴，804.第一止位面，805.第一螺纹段，806.第一销孔，807.凹孔，9.第二把手旋转轴，901.第二离合齿轮公圈，902.第二回复弹簧止位圈，903.第二光轴，904.第二止位面，905.第二螺纹面，906.第二销孔，907.凸轴，10.弹簧挡圈，11.限位销钉，12.回复弹簧，13.离合齿轮母圈，1301.啮合齿，1302.安装螺纹，1303.键槽，14.安装方位键，A.运动关节制动器，B.横移制动模块，C.升降立柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明的整体结构图，如图1所示，本发明的运动关节制动器A包括支撑座4、把手支撑座3、旋转轴2以及制动把手1，制动把手1安装在把手支撑座3上，其中，支撑座4和把手支撑座3均为中空结构，把手支撑座3通过螺钉固定安装在支撑座4上，旋转轴2穿过把手支撑座3的中空结构，并转动设置在支撑座4内。
在本发明中，旋转轴可以绕自己轴线旋转，其外可以设置轴承、轴套等较小摩檫力的措施也可以没有。
如图2所示，在支撑座4的中空结构两端安装有支撑轴承5，旋转轴2穿过把手支撑座3的中空结构，并通过支撑轴承5转动设置在支撑座4内，在旋转轴2伸出支撑座4的末端设置有螺纹，其上配合设置有锁紧螺母6用以防止支撑轴承5的轴向窜动以及给支撑轴承5添加额外的预紧力，进一步地，锁紧螺母6可以带有防转止动圈，用于限制支撑轴承5和锁紧螺母6的相对转动。本发明中，支撑轴承5为圆锥滚子轴承，也可以依据承载力使用其它深沟球轴承或者正交滚子轴承。
如图3所示，在把手支撑座3上设有垂直于旋转轴2的容纳槽；在把手支撑座3的中空结构内设有摩擦制动环7，摩擦制动环7绕设在旋转轴2外；进一步地，在把手支撑座3的中空结构下部设有凸台，摩擦制动环7放置在该凸台上，凸台的内径大于旋转轴2的直径，且摩擦制动环7的厚度大于凸台与旋转轴2之间形成的间隙；摩擦制动环7包括与旋转轴2接触的圆环形的抱紧接触面703及在摩擦制动环7与把手支撑座3上的容纳槽对应侧开设的调整开口，调整开口的两端沿垂直于容纳槽方向延伸分别形成有第一耳部701和第二耳部702，两端的耳部均设有与容纳槽平行贯通的螺孔，且两端耳部的内螺纹方向相反，如图8所示；通过调整调整开口大小，进而调整抱紧接触面703的压缩与扩展，从而调整抱紧接触面703与旋转轴2接触的摩擦力，进而实现摩擦制动环7与旋转轴2的抱紧或松开。在本发明中，在容纳槽中部与摩擦制动环7的调整开口对应的位置设置有调整槽，用以摩擦制动环7的的第一耳部701和第二耳部702在其内的调整活动。
在把手支撑座3上的容纳槽内位于摩擦制动环7开口两侧分别设置有第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9，其中第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的外端分别与制动把手1配合连接；如图4所示，制动把手1的面向容纳槽的一端为中空机构，在其中空结构内固定安装有离合齿轮母圈13；在制动把手1面向容纳槽的端面上设置有弹簧挡圈10，在制动把手1的中空机构内位于离合齿轮母圈13与弹簧挡圈10之间还设有回复弹簧12。
在本发明中，离合齿轮母圈13通过螺纹固定安装在制动把手1的中空结构内，具体为，在制动把手1的中空结构内相应位置处设置有配合螺纹，离合齿轮母圈13通过其外的安装螺纹1302与配合螺纹配合固定安装在制动把手1的中空结构内；且在离合齿轮母圈13外壁上开设有一键槽1303，在制动把手1的中空结构对应位置处设置有固定键，通过键槽1303与固定键的配合实现离合齿轮母圈13与制动把手1的周向限位。
在本发明中，还可通过其他压装方式将离合齿轮母圈13固定安装在制动把手1的中空结构内。
如图3、6、7所示，第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的结构类似，区别点只在于二者末端连接处，具体为，第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9由外之内的结构依次均为离合齿轮公圈、止位环、光轴、螺纹段及连接段，其中，离合齿轮公圈与离合齿轮母圈13配合，离合齿轮母圈13上的齿数根据实际需求设定，齿数越多，把手可调节的分辨率位置度越精确；止位环的直径大于回复弹簧12的直径，用于与弹簧挡圈10配合以压缩回复弹簧12；第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的螺纹段的螺纹方向与前述第一耳部701和第二耳部702的螺纹方向相对应，并分别与前述第一耳部701和第二耳部702配合安装；且螺纹段直径小于光轴的直径，从而在光轴与螺纹段之间形成止位面，用于与前述第一耳部701或第二耳部702的外端面配合；
在第一把手旋转轴8的连接段开设有凹孔807，且在其连接段上开设有第一销孔806；在第二把手旋转轴9的连接段设置有与第一把手旋转轴8的凹孔807相对应配合的凸轴907，且在凸轴907上开设有与第一销孔806相对应的第二销孔906，第二把手旋转轴9的凸轴907穿设在第一把手旋转轴8的凹孔807内，并通过限位销钉11依次穿过第一销孔806和第二销孔906进行限位固定，以实现第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的同步旋转。
在本发明中，在容纳槽中部设置有活动槽，摩擦制动环7的两个耳部设置在该活动槽内。
本发明中，两侧制动把手1同时转动向内压缩或者(向外放松)，带动摩擦制动环7上的两个耳部向内运动，从而压缩摩擦制动环7变形，使得抱紧接触面703缩小，使其内壁与旋转轴2接触抱紧(或者松开)，实现制动(或解除制动)。而且本发明的两个把手旋转轴与摩擦制动环7的两个耳部配合安装之后，会对摩擦制动环7施加向内的预紧力，从而使得摩擦制动环7和旋转轴2之间存在阻尼，在旋转轴2转动时可以由于阻尼作用起到保护作用。
在本发明中，还可以只设置一个把手旋转轴，在该把手旋转轴的中部位置与摩擦制动环7的调整开口两端对应位置处分别设置有螺纹方向相反的螺纹段，在对应螺纹段对称位置上分别对应安装有螺母，两个螺母设置在调整槽内；摩擦制动环7的调整开口两端分别与相应螺母固定连接；该把手旋转轴由其中部位置两侧的结构与前述第一把手旋转轴8或第二把手旋转轴9的结构类似，依次均为光轴、止位环及离合齿轮公圈，且螺纹段直径小于光轴的直径，从而在光轴与螺纹段之间形成止位面，用于与螺母的外端面配合；该把手旋转轴两端分别与制动把手1配合连接。
在本发明中，进一步地，还可以将摩擦制动环7的两个耳部设置为可在容纳槽中部的调整槽内对称滑动的滑块，摩擦制动环7的调整开口两端分别与相应滑块固定连接；在容纳槽内位于调整槽的两侧分别设有螺纹方向相反的内螺纹，第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的结构相同，均由外至内依次为离合齿轮公圈、止位环及配合螺纹段，第一把手旋转轴8和第二把手旋转轴9的配合螺纹段分别与容纳槽两侧的内螺纹对应配合；且制动把手1与第一把手旋转轴8或第二把手旋转轴9配合连接时，制动把手1的内端面与把手支撑座3的侧端面有一定距离，该距离为摩擦制动环7滑块的调整距离。
本发明的工作原理如下：
在需要制动时，通过转动制动把手1，此时制动把手1带动把手旋转轴转动，从而通过螺纹配合带动摩擦制动环7的两个耳部相对运动，从而实现抱紧接触面703的变形缩小，此时抱紧接触面703与旋转轴2通过摩擦力实现抱紧，使得旋转轴2处于制动的状态下，旋转轴2无法转动。而通过反向转动制动把手1解除制动状态即可。
而无需制动或者需要调整制动把手1到人手操作的舒适的位置时，通过沿把手旋转轴轴线方向向外施加侧向力，使制动把手1向外运动，压缩回复弹簧12，使得把手旋转轴外端的离合齿轮公圈与离合齿轮母圈13分离，此时制动把手1将可以随意旋转而不会带动把手旋转轴旋转，因此不改变摆转制动模块的锁定或放松状态，以达到调节制动把手1到人手操作的舒适的位置。撤掉把手旋转轴轴线方向的侧向力，此时在回复弹簧12回复力的作用下，使得制动把手1向内运动，离合齿轮公圈与离合齿轮母圈13又将处于啮合的状态。
另外，本发明在摩擦制动环7出现磨损之后可以通过旋转制动把手1带动把手旋转轴转动，进而调整摩擦制动环7的变形量，使其重新起到阻尼的作用，并在调整完成后，通过制动把手上的离合调整制动把手至操作舒适的位置。
本发明还提供了一种摆转机构，如图9所示，本发明的摆转机构固定在升降立柱C上，包括前述运动关节制动器A，运动关节制动器A的旋转轴2通过电机驱动转动或手动控制旋转，其上承载横移制动模块B，横移制动模块B可以围绕旋转轴2的轴线摆动，如图9所示，制动把手1处于相对地面水平位置，此时，摆转机构处于制动的状态下，横移制动模块B不能围绕旋转轴2的轴线实现摆转功能。
如图10所示，制动把手1位置处于与地面垂直位置，此时横移制动模块B处于放松状态，可以围绕旋转轴2摆动，图示位置横移模块顺时针摆动10°的位置。
图11为横移制动模块摆动10°后制动把手旋转到与地面水平的位置，此时横移制动模块B又处于制动状态，不能围绕旋转轴2摆动。
如图12与图13所示，在以把手旋转轴轴线方向施加侧向力，制动把手1的离合齿轮公圈与离合齿轮母圈13将分离，此时制动把手1将可以随意旋转而不会带动把手旋转轴旋转，因此不改变摆转制动模块的锁定或放松状态，以达到调节制动把手到人手操作的舒适的位置。撤掉轴线方向的侧向力，此时在回复弹簧回复力的作用下，离合齿轮公圈与离合齿轮母圈13又将处于啮合的状态。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种运动关节制动器，其特征在于：包括：
转轴；
支撑部，在其内设有套设于所述转轴上的制动环；
在所述支撑部上设有制动件和制动把手，所述制动把手与所述制动件之间通过离合结构配合连接，所述制动件与所述制动环配合实现所述制动环变形或放松，进而使得所述制动环与所述转轴抱紧或松开，以实现制动或解除制动。
2.根据权利要求1所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动环包括与所述转轴接触配合的抱紧接触面及其与所述制动件对应侧开设的开口；所述制动件与所述制动环的开口配合，调整所述开口大小，进而实现所述制动环变形或放松。
3.根据权利要求2所述的运动关节制动器，其特征在于：在所述制动环的开口两端分别向外延伸形成有耳部，所述制动件分别与两个所述耳部配合实现二者的相对运动，进而调整所述开口大小。
4.根据权利要求3所述的运动关节制动器，其特征在于：在所述支撑部上在所述耳部的运动方向上设置有相应的运动槽，所述制动件配合安装在所述运动槽内，通过其与所述耳部配合实现两个所述耳部的相对运动。
5.根据权利要求4所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动件为两个，其分别与所述运动槽采用螺纹配合，每一所述制动件的末端抵在其中一所述耳部上。
6.根据权利要求4所述的运动关节制动器，其特征在于：在所述制动环的两个耳部上均开设有平行于所述制动环开口处切线的螺孔，且两个耳部上螺孔的螺纹方向相反；所述制动件通过螺纹分别与所述制动环的两个耳部配合安装，通过转动所述制动件，带动所述制动环的两个耳部的相对运动。
7.根据权利要求6所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动件中部与两个所述耳部对应位置处设置有相应的螺纹段，所述制动件通过所述螺纹段分别与所述制动环的两个耳部配合安装。
8.根据权利要求7所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动环的两个耳部为螺母，其配合安装在所述制动件上后与所述制动环的开口两端固定连接。
9.根据权利要求6所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动件为两个旋转轴，其分别配合安装在所述支撑部上的运动槽内，并分别与所述制动环的两个耳部配合安装；
所述制动件由外之内依次设有与所述运动槽配合的光轴、与所述耳部的螺孔配合的螺纹段以及连接段，两个所述制动件通过其连接段配合固连。
10.根据权利要求9所述的运动关节制动器，其特征在于：其中一所述制动件的连接段开设有凹孔，且在其连接段上开设有销孔；在另一所述制动件的连接段设置有与凹孔相对应配合的凸轴，且在所述凸轴上开设有与所述销孔相对应的销孔；两所述制动件通过凹孔和凸轴的配合，并通过限位销钉穿过销孔进行限位固定，实现二者的同步旋转。
11.根据权利要求9所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动件的螺纹段直径小于其光轴直径，所述光轴与所述螺纹段之间形成止位面，并与所述耳部的外端面配合。
12.根据权利要求1所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动把手与所述制动件的配合端为中空结构，在其中空结构内固定安装有离合齿轮母圈，在所述制动件的外端面上设置有与所述离合齿轮母圈对应配合的离合齿轮公圈；
所述制动把手套设在所述制动件上，通过调整其与所述制动件的相对位置，实现所述离合齿轮母圈与离合齿轮公圈的啮合与分离。
13.根据权利要求12所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动件上套设有回复弹簧，在所述制动把手面向所述制动件的端面上设置有挡圈，所述挡圈与所述制动件的离合齿轮公圈配合压缩所述回复弹簧。
14.根据权利要求13所述的运动关节制动器，其特征在于：在所述制动件上位于所述离合齿轮公圈内侧设置有直径大于回复弹簧直径的止位环，其与所述挡圈配合压缩所述回复弹簧。
15.根据权利要求12所述的运动关节制动器，其特征在于：所述离合齿轮母圈外侧与制动把手内壁均设置有螺纹，用于将所述离合齿轮母圈相对于所述制动把手轴向固定。
16.根据权利要求12所述的运动关节制动器，其特征在于：所述制动把手内部沿垂直于旋转轴的方向设置有固定键，所述离合齿轮母圈外侧设置有与所述键槽配合的键槽，通过二者配合实现所述离合齿轮母圈相对于所述制动把手周向限位。
17.根据权利要求1所述的运动关节制动器，其特征在于：还包括支撑座，所述转轴通过轴承安装在所述支撑座内，所述支撑部固定安装在所述支撑座上。
18.根据权利要求17所述的运动关节制动器，其特征在于：在所述转轴伸出所述支撑座的末端设有螺纹，其上配合设置有锁紧螺母。
19.一种摆转机构，其特征在于：包括横移制动模块及如权利要求1～18任一所述的运动关节制动器，所述横移制动模块固定安装在所述运动关节制动器的转轴上。
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