CN114603585B - 一种夹紧机构及辅助夹取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹紧机构及辅助夹取装置，属于辅助夹取工具领域。一种夹紧机构，包括基部；旋转部，其位于基部内部，可相对于基部转动，所述旋转部上设有若干组槽结构；驱动机构，与旋转部相连接，用于驱动旋转部转动；夹持部，其位于基部与旋转部之间，且铰接于基部上；弹性件，其抵压在夹持部一端，实现夹持部与不同组的槽结构分别配合，进而利用夹持端实现不同夹持状态。本发明还提供了一种由夹紧机构和挡座组成的辅助夹取装置，该装置整体结构简单且紧凑，不易与人体及衣物发生碰撞，不需要气动机构，噪音小，适用于医院环境，且超声探头的抓取及放下是在机械臂的一次下降和上升的过程中完成的，不需要额外的动作，工作效率高。

Description

一种夹紧机构及辅助夹取装置

技术领域

本发明属于辅助夹取工具领域，更具体地说，涉及一种夹紧机构及辅助夹取装置。

背景技术

超声探头在医疗领域有着广泛的应用。目前，超声探头都是由医生手握使用。在扫查部位发生变化时，医生需要更换探头，就必须自己起身去取。在一些特殊的情况下，医生无法到达现场，就无法开展扫查作业。随着机器人技术的发展，远程控制机械臂完成扫查作业成为可能。

已有的一些远程扫查设备中，通过安装在机械臂末端的气缸和夹爪来实现对超声探头的取放，由于采用了气动系统，需要配置足够压强的气源，且工作时气缸及系统中换向阀的噪音较大，不适用医院的环境，另外在扫查作业中，安装在机械臂末端的气缸和夹爪组成的夹紧机构因体积较大，容易与受检人的身体或衣物发生碰撞，存在安全隐患，因此亟待研究一种新的超声探头用的夹紧装置。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的夹紧机构噪音大，不适用医院的工作环境，且体积大，容易与受检人的身体或衣物发生碰撞的问题，本发明提供一种夹紧机构及辅助夹取装置。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种夹紧机构，其特征在于：包括基部、旋转部、驱动机构、夹持部和弹性件，其中旋转部位于基部内部，可相对于基部转动，所述旋转部上设有若干组槽结构，每组所述槽结构的深度不同；驱动机构与旋转部相连接，用于驱动旋转部转动；夹持部位于基部与旋转部之间，且铰接于基部上；弹性件抵压在夹持部一端，实现夹持部与不同组的槽结构分别配合，进而利用夹持端实现不同夹持状态。

进一步的，所述基部中空，且内部设有容纳槽；所述旋转部的上部设置有限位环，所述限位环可转动的设于容纳槽中。

进一步的，所述旋转部的下部伸出容纳槽，所述槽结构位于旋转部的下部外侧。

进一步的，所述弹性件为弹簧，所述基部周侧设置有弹簧孔，所述弹簧设置于弹簧孔中，弹簧一端伸出弹簧孔与夹持部相抵。

进一步的，所述基部包括下壳体和上壳体，所述下壳体为中空凸台，所述上壳体罩于下壳体上部，且与下壳体之间形成所述容纳槽；所述弹簧孔设于下壳体上。

进一步的，所述下壳体内侧设置有铰接座，所述夹持部包括多个夹爪，所述夹爪通过铰接座与基部铰接。

进一步的，所述夹爪的数量与每组槽结构的数量相同，所述夹爪同时配合同一深度的槽结构。

进一步的，所述夹爪的底部伸出基部，且形成弧形夹板。

进一步的，所述驱动机构驱动旋转部间歇转动。

进一步的，所述驱动机构包括驱动轴和旋转咬合的主动套筒和从动套筒，所述驱动轴的底端与旋转部卡接；所述从动套筒沿轴向滑动套于驱动轴上部，所述主动套筒可转动的套于驱动轴下部，所述主动套筒上开设有沿轴向设置的第一导向槽；还包括导向管、驱动杆和第一弹簧，所述导向管的内壁上设置有导向块，导向块与第一导向槽滑动连接，所述导向管通过第一导向槽和导向块的滑动连接对主动套筒的移动进行限位；驱动杆固定连接于主动套筒上，用于驱动主动套筒向上移动；第一弹簧设于导向管内，对从动套筒进行上限位。

进一步的，所述导向管的底部与基部相连接，所述导向管的顶部设置有连接板，所述第一弹簧位于连接板与从动套筒之间。

进一步的，所述导向管的侧部开设有第二导向槽，所述驱动杆的一端穿过第二导向槽向外延伸。

进一步的，所述导向管内设有避让部，所述避让部内设有抵压复位驱动杆的第二弹簧。

进一步的，所述主动套筒的顶端设置有主动齿，所述从动套筒的顶端设置有从动齿，所述主动齿和从动齿的齿形相配合，所述主动齿用于引导从动齿旋转下降；所述导向块间歇插合从动套筒，实现从动齿与主动齿的间歇相对旋转。

进一步的，所述导向块的顶面与从动齿的底面相匹配，用于引导从动套筒旋转下降。

本发明还提出一种辅助夹取装置，包括上述的任意一种夹紧机构，还包括挡座，所述挡座上设置有与驱动杆相对应的挡板。

进一步的，所述挡座上设置有探头放置位。

进一步的，所述探头放置位中放置有探头，所述探头外侧设置有保护套，所述保护套的外形与夹持部相对应。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过利用旋转部上不同深度的槽结构与夹爪之间的相互配合，来实现随着旋转部的转动，夹爪切换不同的夹持状态的功能，而旋转部的转动是通过驱动机构间歇式完成的，而驱动机构是由旋转咬合的主动套筒、从动套筒以及驱动轴、第一弹簧和导向块、驱动杆等结构组成，在机械臂携带夹紧机构下降的过程中，利用对驱动杆向下运动的阻碍，可以完成驱动机构实现对旋转部的驱动，可利用较少的动作，完成对超声探头的夹取或放下，工作效率高。同时整个夹紧机构基本全部安装在基部和导向管中，整体结构紧凑，体积小，避免探头在扫查过程中夹紧机构与人体或衣物发生碰撞，以免影响测量的准确度，也较少了安全隐患。此外，由于本发明中未使用气动机构，因此整体噪音小，适用于医院的工作环境。

(2)本发明通过设置带有挡板的挡座，在机械手带动基座移动至探头上方并下降时，可以利用挡板来阻挡驱动杆，进而实现对驱动机构的驱动；通过设置与夹持部相匹配的保护套，可以方便夹持部夹紧保护套，进而实现对探头的抓取。

附图说明

图1为本发明提出的一种夹紧机构的部分结构示意图；

图2为本发明提出的一种夹紧机构的基部与夹持部配合示意图；

图3为本发明提出的一种夹紧机构的旋转部与夹持部配合示意图；

图4为本发明提出的一种夹紧机构的旋转部结构示意图；

图5为本发明提出的一种夹紧机构的结构示意图；

图6为本发明提出的一种夹紧机构的内部结构示意图；

图7为本发明提出的一种夹紧机构的剖视图；

图8为图7的A部分结构放大图；

图9为本发明提出的一种夹紧机构中的驱动机构的结构示意图；

图10为本发明提出的一种夹紧机构的导向管结构示意图；

图11为本发明提出的一种辅助夹取装置结构示意图；

图12为驱动机构的初始工作状态示意图；

图13为驱动机构在从动套筒将要第一次旋转的工作状态示意图；

图14为驱动机构在从动套筒第一次旋转后的工作状态示意图；

图15为驱动机构在从动套筒将要第二次旋转时的工作状态示意图。

图中：1、基部；2、旋转部；3、弹性件；4、容纳槽；5、限位环；6、槽结构；7、弹簧孔；8、下壳体；9、上壳体；10、铰接座；11、夹爪；12、弧形夹板；13、驱动轴；14、主动套筒；15、从动套筒；16、导向管；17、第一导向槽；18、导向块；18a、导向块顶面；19、驱动杆；20、第一弹簧；21、连接板；22、第二导向槽；23、避让部；24、第二弹簧；25、主动齿；26、从动齿；26a、从动齿底面；27、挡座；28、挡板；29、探头放置位；30、探头；31、保护套。

具体实施方式

下面结合说明书附图1-11对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1-4所示，一种夹紧机构，包括基部1、旋转部2、驱动机构(图未示)、夹持部和弹性件3，其中，旋转部2位于基部1内部，可相对于基部1转动，旋转部2上设有若干组槽结构6，每组槽结构6又包括多个深度相同且均匀分布在旋转部2周侧的凹槽；驱动机构与旋转部2相连接，用于驱动旋转部2转动；夹持部位于基部1与旋转部2之间，且铰接于基部1上；弹性件3抵压在夹持部一端，实现夹持部与不同组的槽结构6分别配合，进而利用夹持端实现不同夹持状态，即：以夹持部和基部1的铰接处为支点，当夹持部的一端位于不同深度的槽结构6中时，夹持部的另一端张开或合拢不同的距离；进而，当夹持部随旋转部2的转动及弹性件3的抵压而位于不同组的槽结构6中时，夹持部的夹持状态会随之改变，本实施例中，槽结构6为两组深度不同，且间隔分布的凹槽，夹持部随旋转部2的转动依次实现张开和合拢状态，进而对物品进行放下和抓取的动作。参照图4，本实施例中的旋转部2采用棘轮，棘轮表面的槽结构6为一侧与棘轮齿面相接，另一侧为竖直挡壁的齿槽，这样便于夹爪移动至另一组槽结构6中，同时也能实现旋转部2的单向转动。

基部1中空，且内部设有容纳槽4；旋转部2的上部设置有限位环5，限位环5可转动的设于容纳槽4中，旋转部2的下部伸出容纳槽4，槽结构6位于旋转部2的下部外侧。

弹性件3为弹簧，基部1周侧设置有弹簧孔7，弹簧设置于弹簧孔7中，弹簧一端伸出弹簧孔7与夹持部相抵，当然弹性件3还可以为弹片或其他具备弹性功能的构件。

基部1包括下壳体8和上壳体9，下壳体8中部设有贯通的通孔，整体为中空的凸台，上壳体9罩于下壳体8上部，且与下壳体8之间形成容纳槽4；弹簧孔7设于下壳体8上，为方便弹性件3的组装，弹簧孔7可以为通孔，当上壳体9罩在下壳体8上时，弹簧孔9的外侧开口被封堵，弹性件3只能从朝向下壳体8内侧的开口伸出，进而抵在夹持部上。

下壳体8内侧设置有铰接座10，夹持部包括多个夹爪11，夹爪11的中上部通过铰接座10与基部1转动连接。本实施例中，多个夹爪11同时配合在同一深度的槽结构6中，可随旋转部2的转动，实现张开或合拢的功能，进而对物体进行抓放。

夹爪11的底部伸出基部1，且形成弧形夹板12，适用于对圆柱外形的物体进行抓放。

驱动机构间歇式驱动旋转部2转动，每次转动，夹持部上的夹爪11被抵入不同深度的槽结构6中，利用杠杆原理，夹爪11的底部向与夹爪11顶部不同的方向移动，进而实现不同的夹持状态。驱动机构可以为伺服电机或步进电机等电机，也可以为其他可实现间歇式转动的机构。

如图5-10所示，本实施例中，驱动机构包括驱动轴13、旋转咬合的主动套筒14和从动套筒15、导向管16、驱动杆19和第一弹簧20，其中驱动轴13的底端与旋转部2通过键槽和键的结构进行卡接。驱动轴13上设置有与从动套筒15相匹配的滑槽，从动套筒15上设置有滑块，从动套筒15通过滑块和滑槽沿轴向滑动套于驱动轴13上部。主动套筒14可转动的套于驱动轴13下部，主动套筒14可以相对于驱动轴13转动和上下滑动，主动套筒14上开设有沿轴向设置的与导向块18相配合的第一导向槽17；导向管16的内壁上设置有导向块18，导向管16通过第一导向槽17和导向块18的滑动连接对主动套筒14的移动进行限位；驱动杆19固定连接于主动套筒14上，用于从外部驱动主动套筒14上下移动；第一弹簧20设于导向管16内，对从动套筒15进行上限位，当从动套筒15上移时，第一弹簧20被压缩。

主动套筒14的顶端设置有主动齿25，从动套筒15的底端设置有从动齿26，主动齿25和从动齿26的齿形相配合，主动齿25用于引导从动齿26旋转下降；导向块18间歇插合从动套筒15，实现从动齿26与主动齿25的间歇相对旋转。该部分结构工作原理，可以参考1953年申请的US3205863A中的自动笔的工作原理。

结合图2、图3、图5、图7及图12-图15，本发明驱动机构的工作原理为：在夹持部张开或合拢的初始状态下，第一弹簧20也处在正常伸展状态，从动套筒15被推下，主动套筒14位于导向管16的底部，此时导向块18的顶部突出主动齿25及第一导向槽17，并插在从动套筒15中，且与从动齿26相抵；当需要改变夹持部的夹持状态时，利用驱动杆19推动主动套筒14上移，由主动齿25推动从动齿26，进而推动从动套筒15上移，第一弹簧20逐渐收缩，储存弹性势能；参照图14，当从动套筒15和从动齿26与导向块18脱离接触时，第一弹簧20的弹性势能释放，推动从动套筒15下降，由于主动齿25齿面的导向作用，从动齿26带动从动套筒15旋转下降，进而带动驱动轴13转动，从而驱动旋转部2发生第一次转动，旋转完成后从动齿26与主动齿25咬合；然后主动套筒14相对于导向块18向下移动，由于导向块18抵在从动齿26的下方，且主动齿25与从动齿26相抵，因此从动齿26不会下移也不会发生转动，参照图15，当主动齿25下移至从动齿26达到脱离的临界状态时，在第一弹簧20的作用下，从动齿26的从动齿底面26a沿导向块18的导向块顶面18a的导向继续旋转和向下移动，最终从动齿26的竖直侧壁与导向块18相抵，即导向块18重新插入从动套筒15中，第二次旋转完成，此时夹持部完成由一种深度的槽结构6向另一种深度的槽结构6的切换，夹持部的夹持状态也由此发生改变。

导向管16的底部与基部1相连接，导向管16的顶部设置有连接板21，第一弹簧20位于连接板21与从动套筒15间，进一步的可以在连接板21上设置于第一弹簧20相对应的环形槽用于容纳第一弹簧20，此时第一弹簧20套在驱动轴13的外侧。连接板21上可设置螺栓孔，用于将夹紧机构安装到机械臂的端部。

导向管16的侧部开设有第二导向槽22，驱动杆19的一端穿过第二导向槽22向外延伸。便于从外部控制驱动杆19的上升和下降。

具体到超声探头的取放工作中，本夹紧机构的工作过程是：假设夹紧机构工作的初始状态是夹爪11的上端位于旋转部2深度较深的槽结构6中，即夹持部呈张开状态，机械手携带夹紧机构运动至超声探头上方并向下移动抓取探头，下降过程中，驱动杆19被障碍物阻挡，带动主动套筒14向上移动，进而由从动套筒15、主动齿25、从动齿26、第一弹簧20、导向块18的配合，实现驱动轴13的转动，使得夹爪11的顶端被旋转部2带动张开，进而夹爪11的底端实现合拢，从而对探头进行抓取，然后，机械臂带动夹紧机构上升，主动套筒14继续下降，第一弹簧20推动从动套筒15沿导向块顶面18a旋转下移，旋转部2进一步旋转，夹爪11的顶端进入深度较浅的槽结构6中，夹爪11的底端进一步夹紧。探头扫查结束后，机械臂带动夹紧机构和探头重新移至初始位置，机械臂下降，驱动杆19再次被障碍物阻挡，驱动机构再次驱动旋转部2发生转动，夹爪11的下端呈张开状，将探头放下，进而机械臂抬起，夹爪11的上端移动至深度较深的槽结构中，夹爪11底端进一步张开。

以上机构的配合，并未使用气动机构，整体结构简单且紧凑，体积小于使用气缸等部件的夹紧机构，可避免探头扫查过程中夹紧机构与人体或衣物发生碰撞与刮蹭，减少安全隐患，噪音低，适用于医院环境，且超声探头的抓取及放下是在机械臂的一次下降和上升的短时间过程中完成的，不需要额外的动作，工作效率高。

实施例2

本实施例与实施例1的不同点在于，导向管16由两段不同内径的管体组成，且下管体内径较大，下管体与上管体的连接处构成台阶，下管体与主动套筒14间形成避让部23，避让部23内设有抵压复位驱动杆19的第二弹簧24。在机械臂带动夹紧机构上升时，驱动杆19受到的向上的力变小，第二弹簧24可以推动主动套筒14快速复位。参照图15，在从动套筒15旋转一次，从动齿26被主动齿25阻挡后，由于主动套筒14被第二弹簧24进一步推下，导向块18阻挡从动齿26的下降，当从动齿26与主动齿25会脱离接触，从动套筒15第二次发生转动，导向块18插入从动套筒15中，并阻挡从动齿26进一步转动，此时夹持部的上端才完成由一种深度的槽结构6至另一种深度槽结构6的转换，也完成了夹持状态的改变。在机械臂带动夹紧机构下降时，第二弹簧24的设置也可以减轻驱动杆19碰到障碍物时所受的冲击力。

参照图13，导向块18的顶面设为18a，从动齿26的底面设为26a，导向块顶面18a与从动齿底面26a相匹配，便于对从动套筒15的旋转下降进行导向。本实施例中，导向块顶面18a还可以为球面，只需确保第一次旋转动作发生前，主动套筒14将从动齿26顶出足够距离，使得从动齿26的齿尖可以越过导向块18a的顶面即可。

如图11所示，本发明还提供一种辅助夹取装置，包括实施例3中的夹紧机构，还包括挡座27，挡座27上设置有与驱动杆19相对应的挡板28，当机械手带动夹紧机构移动至挡板28上方并向下移动抓取或放下超声探头时，随着夹紧机构下移，驱动杆19逐渐与挡板28相接触，并逐渐带动主动套筒14向上移动，进而利用主动齿25和从动齿26推动从动套筒15向上移动，此时第一弹簧20逐渐收缩，在此过程中，从动齿26一直与导向块18相抵，当从动齿26上升到一定高度而与导向块18脱离接触时，在第一弹簧20存储的弹性势能的作用下，从动套筒15被推向下，从动齿26的底端沿主动齿25的齿面移动，即在主动齿25的导向作用下从动套筒15发生旋转，由于从动套筒15只能沿轴向在驱动轴13上滑动，而不能相对驱动轴13发生转动，因此，当从动套筒15转动时，驱动轴13也被带动转动，进而驱动旋转部2转动，使得夹爪11由一种深度的槽结构6向另一种深度的槽结构6中移动，进而实现对物体的初步夹紧或松开，在机械手带动夹紧机构上升时，在第二弹簧24的作用下主动套筒14下移，当主动齿25与从动齿26脱离接触时，从动套筒15进一步发生转动，进而带动旋转部2转动，完成夹持部夹持状态的改变。挡座27上设置有探头放置位29，探头放置位29中放置有探头30，探头30外侧设置有保护套31，保护套31的外形与夹持部相对应，本实施例中，保护套31的外形为圆柱形，方便夹爪11的夹取。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种夹紧机构，其特征在于：包括

基部(1)，所述基部(1)中空，且内部设有容纳槽(4)；

旋转部(2)，其位于基部(1)内部，可相对于基部(1)转动，所述旋转部(2)上设有若干组槽结构(6)，所述槽结构(6)为两组深度不同，且间隔分布的凹槽；所述旋转部(2)的下部伸出容纳槽(4)，所述槽结构(6)位于旋转部(2)的下部外侧；所述旋转部(2)采用棘轮，棘轮表面的槽结构(6)为一侧与棘轮齿面相接，另一侧为竖直挡壁的齿槽；

驱动机构，与旋转部(2)相连接，用于驱动旋转部(2)转动；

夹持部，其位于基部(1)与旋转部(2)之间，且铰接于基部(1)上；所述夹持部包括多个夹爪(11)，所述夹爪(11)的数量与每组槽结构(6)的数量相同，所述夹爪(11)同时配合同一深度的槽结构(6)；

弹性件(3)，其抵压在夹持部一端，实现夹持部与不同组的槽结构(6)分别配合，进而利用夹持端实现不同夹持状态。

2.根据权利要求1所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述旋转部(2)的上部设置有限位环(5)，所述限位环(5)可转动的设于容纳槽(4)中。

3.根据权利要求2所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述弹性件(3)为弹簧，所述基部(1)周侧设置有弹簧孔(7)，所述弹簧设置于弹簧孔(7)中，弹簧一端伸出弹簧孔(7)与夹持部相抵；所述基部(1)包括下壳体(8)和上壳体(9)，所述下壳体(8)为中空凸台，所述上壳体(9)罩于下壳体(8)上部，且与下壳体(8)之间形成所述容纳槽(4)；所述弹簧孔(7)设于下壳体(8)上。

4.根据权利要求3所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述下壳体(8)内侧设置有铰接座(10)，所述夹爪(11)通过铰接座(10)与基部(1)铰接；所述夹爪(11)的底部伸出基部(1)，且形成弧形夹板(12)。

5.根据权利要求1所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述驱动机构驱动旋转部(2)间歇转动。

6.根据权利要求1-5任意一种所述的夹紧机构，其特征在于：所述驱动机构包括

驱动轴(13)，所述驱动轴(13)的底端与旋转部(2)卡接；

旋转咬合的主动套筒(14)和从动套筒(15)，所述从动套筒(15)沿轴向滑动套于驱动轴(13)上部，所述主动套筒(14)可转动的套于驱动轴(13)下部，所述主动套筒(14)上开设有沿轴向设置的第一导向槽(17)；

导向管(16)，所述导向管(16)的内壁上设置有导向块(18)，所述导向管(16)通过第一导向槽(17)和导向块(18)的滑动连接对主动套筒(14)的移动限位；

驱动杆(19)，固定连接于主动套筒(14)上，用于驱动主动套筒(14)向上移动；

第一弹簧(20)，设于导向管(16)内，对从动套筒(15)进行上限位。

7.根据权利要求6所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述导向管(16)的底部与基部(1)相连接，所述导向管(16)的顶部设置有连接板(21)，所述第一弹簧(20)位于连接板(21)与从动套筒(15)间；所述导向管(16)的侧部开设有第二导向槽(22)，所述驱动杆(19)的一端穿过第二导向槽(22)向外延伸；所述导向管(16)内设有避让部(23)，所述避让部(23)内设有抵压复位驱动杆(19)的第二弹簧(24)。

8.根据权利要求7所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述主动套筒(14)的顶端设置有主动齿(25)，所述从动套筒(15)的顶端设置有从动齿(26)，所述主动齿(25)和从动齿(26)的齿形相配合，用于引导从动齿(26)旋转下降；所述导向块(18)间歇插合从动套筒(15)，实现从动齿(26)与主动齿(25)的间歇相对旋转。

9.根据权利要求8所述的一种夹紧机构，其特征在于：所述导向块(18)的顶面与从动齿(26)的底面相匹配，用于引导从动套筒(15)旋转下降。

10.一种辅助夹取装置，包括权利要求1-9中任意一种所述的夹紧机构，其特征在于：还包括挡座(27)，所述挡座(27)上设置有与驱动杆(19)相对应的挡板(28)，所述挡座(27)上设置有探头放置位(29)，所述探头放置位(29)中放置有探头(30)，所述探头(30)外侧设置有保护套(31)，所述保护套(31)的外形与夹持部相对应。