CN202271382U - 2自由度机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种2自由度机械臂关节，包括传动机构和生力机构，传动机构包括顶杆、上关节传力滑块(3)和推杆(6)；生力机构包括上生力机构和下生力机构，上生力机构包括上关节外壳(1)、上关节T形轴(2)、关节台体(7)和1号环形摩擦垫(9)，下生力机构包括2号环形摩擦垫(18)、下关节封盖(14)，下关节T形轴(15)和关节支撑轴(16)。本实用新型在两个关节上不需要安装电机，并且结构简单、关节轻便、关节灵活性好、锁紧后关节刚性好、定位精度高、成本较低。可适用于载荷较轻的服务机器人，特别是医疗外科手术机器人的欠驱动机械臂关节锁紧机构和一体式2自由度关节。

Description

2自由度机械臂关节

技术领域

本实用新型涉及一种转动关节，特别是涉及一种2自由度机械臂关节。

背景技术

从上个世纪九十年代开始，随着智能机器人技术、计算机技术、医疗外科技术的迅速发展，服务机器人，如微创外科机器人技术已成为国内外学者和相关机构关注的国际前沿研究热点之一。这是一种新型的多学科交叉技术领域，其发展被认为是外科治疗手段的一种标志性的进步。

目前现有的中国专利CN200910233936.8涉及一种外科手术机械臂关节液压锁紧动力发生器，包括支撑机构、传动机构、推力机构和生力机构。它具有体积小、结构紧凑、重量轻、锁紧力矩大、操作和维护方便、使用寿命高等优点，但是关节锁紧机构在关节锁紧后，在关节之间都存在间隙，造成定位精度不高。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种锁紧后关节间隙小、定位精度高的2自由度机械臂关节。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的2自由度机械臂关节包括传动机构和生力机构，所述的传动机构包括顶杆、上关节传力滑块和推杆；所述的生力机构包括上生力机构和下生力机构，上生力机构包括上关节外壳、上关节T形轴、关节台体和1号环形摩擦垫。上关节T形轴的下平面的上侧外缘设有导角，形成楔形面，上关节T形轴的杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳为中空结构，在上关节T形轴的杆部上套装上关节传力滑块，上关节传力滑块中间的圆孔直径大于上关节T形轴杆部的直径，上关节T形轴的杆部通过轴承安装在上关节外壳中，杆部从上关节外壳伸出与关节台体的一端螺纹连接，推杆的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，安装在上关节外壳上，在推杆的端部设有楔形面，与上关节T形轴的楔形面相配合。1号环形摩擦垫设置在上关节外壳的右端面与关节台体接触面之间，并突出上关节外壳右端面一定距离。

下生力机构包括2号环形摩擦垫、下关节封盖，下关节T形轴和关节支撑轴。下关节T形轴为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体的另一端的下方，下关节T形轴的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，下关节T形轴的下端封装在下关节封盖中，下关节封盖与关节支承轴固联；下关节T形轴的空心的底部安装有密封螺栓。所述的密封螺栓与顶杆的下端留有一定的距离，密封螺栓和下关节T形轴之间设有2号O型密封圈。2号环形摩擦垫设置在下关节T形轴的下端与下关节封盖的接触面之间，并突出下关节T形轴下端面一定距离。

以上所述的顶杆包括1号顶杆、2号顶杆和连接螺套，所述的连接螺套为中空结构，两端设有内螺纹，1号顶杆和2号顶杆分别连接在连接螺套的两端，1号顶杆的上端与上关节传力滑块接触，2号顶杆的下端外周安装有1号O型密封圈，套装在下关节T形轴的空心中，下端与密封螺栓留有一定距离。

作为本实用新型的进一步改进，在所述的下关节T形轴上安装有排气螺钉，排气螺钉与下关节T形轴之间设有5号O型密封圈，螺纹孔与下关节T形轴的空心相通。

(三)有益效果

本实用新型的优点在于：本实用新型在两个关节上不需要安装电机(电机在第三个关节上)，通过第三关节上的电机推动内部的一个与机械臂的第3关节相连的推杆，可以同时锁紧这两个转动关节，实现这两个关节的无电机或无电磁制动器的锁紧，使机械臂成为一个欠驱动的机械臂。并且本实用新型结构简单、关节轻便、关节灵活性好、锁紧后关节刚性好、定位精度高(关节锁紧后达到0间隙)、成本较低。可适用于载荷较轻的服务机器人，特别是医疗外科手术机器人的欠驱动机械臂关节锁紧机构和一体式2自由度关节等。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为下关节组件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

由图1可知：本实用新型采用一种2自由度机械臂关节，包括传动机构和生力机构。

所述的传动机构包括顶杆、上关节传力滑块3和推杆6；顶杆包括1号顶杆4、2号顶杆17和连接螺套5，连接螺套5为中空结构，两端设有内螺纹，1号顶杆4和2号顶杆17分别连接在连接螺套5的两端，1号顶杆4的上端与上关节传力滑块3接触，2号顶杆17的下端外周安装有1号O型密封圈10，套装在下关节T形轴15的空心中，下端与密封螺栓19留有一定距离。

所述的生力机构包括上生力机构和下生力机构。上生力机构包括上关节外壳1、上关节T形轴2、关节台体7和1号环形摩擦垫9。关节台体7成“L”形。上关节T形轴2的下平面的上侧外缘设有导角，形成楔形面，其杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳1为中空结构，在上关节T形轴2的杆部上套装上关节传力滑块3，上关节传力滑块3中间的圆孔直径大于上关节T形轴2杆部的直径，上关节T形轴2的杆部通过轴承8安装在上关节外壳1中，杆部从上关节外壳伸出与关节台体7的一端螺纹连接，推杆6的轴线与上关节T形轴2的轴线垂直，安装在上关节外壳1上，在推杆6的端部设有楔形面，与上关节T形轴2的楔形面相配合。1号环形摩擦垫9设置在所述的上关节外壳1的右端面与关节台体7接触面之间，并突出上关节外壳1右端面一定距离，使上关节外壳1右端面与关节台体7的左端面不直接接触，但允许相对转动。

所述的下生力机构包括2号环形摩擦垫18、下关节封盖14，下关节T形轴15和关节支撑轴16。所述的下关节T形轴15为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体7的另一端的下方，其轴线与上关节T形轴2的轴线垂直，下关节T形轴15的下端封装在下关节封盖14中，下关节封盖14与关节支承轴固联；下关节T形轴15的空心的底部安装有密封螺栓19。密封螺栓19与顶杆的下端留有一定的距离，密封螺栓19和下关节T形轴15之间设有3号O型密封圈12。2号环形摩擦垫(18)设置在下关节T形轴(15)的下端与下关节封盖(14)的接触面之间，并突出下关节T形轴(15)下端面一定距离，使下关节封盖15下端面与下关节T形轴12的上端面不直接接触。

为了保证密封效果，在下关节T形轴15的侧壁与下关节封盖14的接触面之间安装有4号O形密封圈13和2号O型密封圈11。

此外，为了增加摩擦力和摩擦力矩，在关节台体7上靠近下关节封盖15的上端面的下端面，可以开有环形槽，用来配置环形摩擦垫，环形摩擦垫突出关节台体7下端面一定距离，使下关节封盖15上端面与关节台体7的上端面不直接接触。

并且，在下关节T形轴15上安装有排气螺钉21，排气螺钉21与下关节T形轴之间设有5号O形密封圈20，螺钉孔与下关节T形轴15的空心相通，便于排出腔体中的空气，保证压力传输的稳定性。

本实用新型的工作原理是：当外部作用力垂直向下作用在推杆6上时，靠楔形面结构，这个力产生一个水平分力，推动上关节T形轴2向左运动，由于上关节T形轴2与关节台体7固联，则关节台体7的左端面产生正压力，紧压1号环形摩擦垫9，1号环形摩擦垫9的端面上产生摩擦力，以及基于上关节T形轴2的轴线的摩擦力矩。从而使上关节T形轴2与关节台体7之间没有相对运动，上关节锁定。推杆6向下的推力作用在上关节传力滑块3上，使上关节传力滑块3产生向下的位移，垂直向下挤压1号顶杆4、2号顶杆17。在2号顶杆17下端面的腔体内加入液压油，液压油从密封螺栓19处加入。当2号顶杆17因推力作用向下运动时，使腔体压缩，内部压力增大。液压油的压力作用在下关节T形轴15的上端面和下关节封盖14的下端面上，且为铅垂方向的作用力，该作用力作用在2号环形摩擦垫18上，产生相对于下关节T形轴15轴线的摩擦力矩，从而使下关节牢牢锁紧。

本实用新型在两个关节上不需要安装电机(电机在第三个关节上)，通过第三关节上的电机推动内部的一个与机械臂的第3关节相连的推杆，可以同时锁紧这两个转动关节，实现这两个关节的无电机或无电磁制动器的锁紧，使机械臂成为一个欠驱动的机械臂。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种2自由度机械臂关节，包括传动机构和生力机构，其特征在于：所述的传动机构包括顶杆、上关节传力滑块(3)和推杆(6)；所述生力机构包括上生力机构，所述上生力机构包括上关节外壳(1)、上关节T形轴(2)、关节台体(7)和1号环形摩擦垫(9)；所述上关节T形轴(2)的下平面的上侧外缘设有导角，形成楔形面，所述上关节T形轴(2)的杆部末端设有外螺纹，所述上关节外壳(1)为中空结构，在所述上关节T形轴(2)的杆部上套装上关节传力滑块(3)，所述上关节传力滑块(3)中间的圆孔直径大于所述上关节T形轴(2)杆部的直径，所述上关节T形轴(2)的杆部通过轴承(8)安装在所述上关节外壳(1)中，杆部从所述上关节外壳(1)伸出与所述关节台体(7)的一端螺纹连接，所述推杆(6)的轴线与所述上关节T形轴(2)的轴线垂直，安装在所述上关节外壳(1)上，在所述推杆(6)的端部设有楔形面，与所述上关节T形轴(2)的楔形面相配合；所述1号环形摩擦垫(9)设置在所述上关节外壳(1)的右端面与所述关节台体(7)接触面之间，并突出上关节外壳(1)右端面一定距离。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于：所述顶杆包括1号顶杆(4)、2号顶杆(17)和连接螺套(5)，所述连接螺套(5)为中空结构，两端设有内螺纹，所述1号顶杆(4)和所述2号顶杆(17)分别连接在所述连接螺套(5)的两端，所述1号顶杆(4)的上端与所述上关节传力滑块(3)接触，所述2号顶杆(17)的下端外周安装有1号O型密封圈(10)，套装在所述下关节T形轴(15)的空心中，下端与所述密封螺栓(19)留有一定距离。

3.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于：所述生力机构还包括下生力机构，所述下生力机构包括2号环形摩擦垫(18)、下关节封盖(14)，下关节T形轴(15)和关节支撑轴(16)；所述下关节T形轴(15)为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体(7)的另一端的下方，下关节T形轴(15)的轴线与上关节T形轴(2)的轴线垂直，下关节T形轴(15)的下端封装在下关节封盖(14)中，下关节封盖(14)与关节支承轴固联；下关节T形轴(15)的空心的底部安装有密封螺栓(19)；所述2号环形摩擦垫(18)设置在所述下关节T形轴(15)的下端与所述下关节封盖(14)的接触面之间，并突出所述下关节T形轴(15)下端面一定距离。

4.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于：所述密封螺栓(19)与所述顶杆的下端留有一定的距离，所述密封螺栓(19)和所述下关节T形轴(15)之间设有2号O型密封圈(12)。

5.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于：在所述的下关节T形轴(15)上安装有排气螺钉(21)，排气螺钉(21)与下关节T形轴(15)之间设有5号O型密封圈(20)，螺纹孔与下关节T形轴(15)的空心相通。

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