CN210931808U - 一种用于关节的安全装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于关节的安全装置及机器人，包括制动片，所述制动片适于与电机转轴连接；施力杆，所述施力杆在第一位置对所述制动片限位，所述施力杆在第二位置对所述制动片释放；动力装置，所述动力装置在所述电机未通电时驱动所述施力杆运动到所述第一位置，所述动力装置在所述电机通电时驱动所述施力杆运动到所述第二位置，本实用新型所述的用于关节的安全装置，对偏载机械臂非工作状态下，和工作中意外断电情况时能提供可靠的位置稳定性，避免非预期的设备运动情况发生，动力需要小，使用零件少，轻便而可靠，便于安装和调整。

Description

一种用于关节的安全装置及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种用于关节的安全装置及机器人。

背景技术

随着传统腹腔镜技术的广泛应用，机器人在人们生产生活中的应用越来越广泛。作为用于医疗手术的腹腔镜手术机器人，安全问题显得至关重要，作为载荷偏心的机械臂，如何能让其关节在脱离控制的情况下不因重力作用运动，保持位置稳定，是一个重要的研究课题。本实用新型的目的在于解决以上问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于关节的安全装置，以期至少在一定程度上解决上述问题中的至少一个方面。

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于关节的安全装置，包括制动片，所述制动片适于与电机转轴连接；施力杆，所述施力杆在第一位置对所述制动片限位，所述施力杆在第二位置对所述制动片释放；动力装置，所述动力装置在所述电机未通电时驱动所述施力杆运动到所述第一位置，所述动力装置在所述电机通电时驱动所述施力杆运动到所述第二位置。

可选地，还包括制动座，所述制动座上设有导向杆，所述导向杆在所述施力杆运动时进行导向。

可选地，所述制动片具有凸爪，所述凸爪的数量为多个。

可选地，所述凸爪的数量为3个。

可选地，所述动力装置包括电磁元件和弹性元件，所述电磁元件和所述弹性元件分别设置在所述施力杆两侧，在所述电机未通电时所述弹性元件驱动所述施力杆运动到所述第一位置，在所述电机通电时所述电磁元件驱动所述施力杆运动到所述第二位置。

可选地，所述电磁元件适于与所述电机转轴平行设置。

可选地，所述电磁元件包括电磁铁，所述电磁铁内设置有伸缩杆。

可选地，所述弹性元件为复位弹簧。

可选地，所述施力杆具有导向孔，所述导向孔内设置有导向套。

相对于现有技术，本实用新型所述的用于关节的安全装置具有以下优势：

本实用新型所述的用于关节的安全装置，对偏载机械臂非工作状态下，和工作中意外断电情况时能提供可靠的位置稳定性，避免非预期的设备运动情况发生，保证设备使用安全，位置布置灵活，可以根据设备空间需要调整结构尺寸，动力需要小，使用零件少，轻便而可靠，便于安装和调整。

本实用新型还提供了一种机器人，所述机器人具有上述所述的用于关节的安全装置。

所述机器人与所述用于关节的安全装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述用于关节的安全装置的分解示意图；

图2为本实用新型实施例所述用于关节的安全装置的剖视图；

图3为实用新型实施例所述用于关节的安全装置的结构示意图；

图4为实用新型实施例所述用于关节的安全装置在通电状态下的结构示意图；

图5为实用新型实施例所述用于关节的安全装置在断电状态下的结构示意图。

附图标记说明：

1、制动片，2、施力杆，3、动力装置，31、电磁元件，32、弹性元件，311、电磁铁，312、伸缩杆，32、弹性元件，4、制动座，5、导向杆，6、基座，7、旋转座。

具体实施方式

随着传统腹腔镜技术的广泛应用，机器人在人们生产生活中的应用越来越广泛。作为用于医疗手术的腹腔镜手术机器人，安全问题显得至关重要，作为载荷偏心的机械臂，如何能让其关节在脱离控制的情况下不因重力作用运动，保持位置稳定，是一个重要的研究课题。本实用新型的目的在于解决以上问题。

目前，制动的方式主要是由失电制动器来完成，或者在结构设计中采用重力平衡装置，前者由于利用摩擦原理，技术参数难以保证稳定，如果不采用制动措施，关节的摩擦阻力和减速机的减速效应，不足使得偏载的机械臂稳定在任意位置，在重力矩较大的情况下，关节会在重力矩的作用下产生旋转运动，直至达到总力矩平衡状态为止。

而且如果带有减速的机构，电机并不是都可以安装制动器，如果在减速机输出端制动，会需要比较大的制动力，后者会导致结构的设计复杂化。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，一种用于关节的安全装置，包括制动片1，制动片1为圆形片状结构，便于在转动过程中与施力杆2配合对电机转轴进行限位。所述制动片1适于与电机转轴连接；制动片1和电机转轴同轴连接，从而在施力杆2对制动片1进行限位时可以直接作用到电机转轴上，可以用很小的制动力，产生稳定的制动效果。所述施力杆2在第一位置对所述制动片1限位，所述施力杆2在第二位置对所述制动片1释放；施力杆2在第一位置时和制动片1卡接，对制动片1进行限位，进一步限制电机转轴转动，从而在电机失电时，保持电机转轴的位置稳定，不会因为机械臂的偏心载荷转动，避免医疗事故。施力杆2在第二位置时和制动片1不进行接触，制动片1可以自由转动，在本实施例中，第一位置的设置位置相对与第二位置的设置位置更加靠近基座6。动力装置3，所述动力装置3在所述电机未通电时驱动所述施力杆2运动到所述第一位置，所述动力装置3在所述电机通电时驱动所述施力杆2运动到所述第二位置，可以理解的，为了更好的对电机失电状态的进行保护，动力装置3和电机进行电性连接，进而可以在电机失电的瞬间做出反应动作，保持位置稳定。

还包括制动座4，制动座4为框架结构，施力杆2设置框架内，且制动座4和基座6固定连接，所述制动座4上设有导向杆5，导向杆5穿设过施力杆2，所述导向杆5在所述施力杆2运动时进行导向，施力杆2沿着导向杆5进行直线运动，保证了施力杆2运动方向的稳定性，从而便于对制动片1进行限位。

所述制动片1具有凸爪，所述凸爪的数量为多个，凸爪的设置便于和施力杆2进行配合限位，设置多个凸爪可以在不同的角度位置对制动片1进行限位，从而保持电机转轴位置稳定。凸爪的实际数目、形状及分布位置可以根据制动片形状构造以及尺寸大小灵活选择，考虑到操作过程中对电机转轴位置稳定性的要求，优选的，本实施例中凸爪的数量设置为3个以与施力杆2配合。

在一个实施例中，所述凸爪的数量为3个。例如，3个凸爪在制动片1周向上按照间隔120°的位置进行设置。在一般的应用场景中，300～500倍减速比的条件下，可以达到电机转轴的稳定角度为0.24°～0.4°，具有较高的位置稳定性，同时便于施力杆2和制动片1配合限位。

如果需要更高的稳定性，可以增加凸爪的数量或者提高减速比。

如图1和图3所示，所述动力装置3包括电磁元件31和弹性元件32，电磁元件31和弹性元件32分别设置在所述施力杆2两侧，弹性元件32利用其机械性能对施力杆2进行驱动，电磁元件31利用其物理特性对施力杆2进行驱动，且弹性元件32和电磁元件31对施力杆2的驱动方向相反。弹性元件32设置在制动座4和施力杆2之间，具有向外伸展的弹力。在所述电机未通电时所述弹性元件32驱动所述施力杆2运动到所述第一位置，电机未通电时，电磁元件31不进行工作，弹性元件32由于其本身的具有的弹力对施力杆2进行挤压，直至施力杆2运动到第一位置，此处第一位置可以由电磁元件31对施力杆2的限位位置进行设定，电磁元件31对施力杆2抵接限位时，施力杆2停止运动，此时施力杆2的端部正好与制动片1卡接，对制动片1进行限位。在所述电机通电时所述电磁元件31驱动所述施力杆2运动到所述第二位置，此处第二位置的设置具有一定任意性，只要施力杆2在第二位置时不和制动片1接触即可，在电机通电状态时，电磁元件31进行工作，在电磁作用下，电磁元件31的伸缩杆312伸出，将施力杆2向远离基座6的方向顶出，并进一步挤压弹性元件32，直至和弹性元件32的弹力达到平衡，则施力杆2位于第二位置。

所述电磁元件31适于与所述电机转轴平行设置，便于驱动施力杆2对电机转轴直接进行制动，可以用很小的制动力，产生稳定的制动效果。

所述电磁元件31包括电磁铁311，所述电磁铁311内设置有伸缩杆312，电磁铁311为圆柱结构，伸缩杆312可以在电磁铁311内在轴向方向运动，在电机失电时，弹性元件32挤压施力杆2进而挤压伸缩杆312，此时伸缩杆312回缩在电磁铁311内，在电机通电时，电磁铁311对伸缩杆312进行同性排斥，此时伸缩杆312伸出电磁铁311，伸缩杆312进一步挤压施力杆2向远离基座6的方向上运动，直至和弹性元件32的弹力平衡。

本实施例中，伸缩杆312上的周壁上设置有环形凸起，伸缩杆312的部分伸入施力杆2内，环形凸起紧贴在施力杆2上对施力杆2进行限位，避免施力杆2和伸缩杆312相对滑动，伸缩杆312驱动施力杆2进行运动时具有较高的稳定性。电磁铁311通过环形凸起对伸缩杆312进行限位，当伸缩杆312的环形凸起和电磁铁311抵接时，即施力杆2位于第一位置。

所述弹性元件32为复位弹簧，弹性元件32具有较好机械性能，工作性能稳定可靠，在电机失电时，由于自身的弹力即可立即挤压施力杆2向基座6运动，进而和制动片1进行卡接，对制动片1进行限位，从而保证电机转轴的位置稳定。

所述施力杆2具有导向孔，导向孔和导向杆5配合工作，所述导向孔内设置有导向套，从而施力杆2在导向杆5上滑动时减小摩擦力，便于在电机失电时快速反应。

如图2所示，在本实施例中，该安全装置整体安装在基座6内，基座6与旋转座7之间相对转动，安全装置的制动原理由可控制的电磁元件31驱动施力杆2通过阻挡制动片1上的凸爪来完成。结构特点为制动片1与主动带轮同轴安装在电机上，通过锁紧螺母使制动片1、主动带轮和电机转轴固定连接。通过固定螺母将电磁元件31固定在旋转座7上，电磁元件31的伸缩杆312作用在施力杆2上，施力杆2由安装在制动座4上的两个导向杆5导向，完成直线移动，施力杆2的导向孔中装有导向套，以减小摩擦阻力。电机产生的动力通过同步带将动力传动至减速机，使得旋转座7可以与基座6产生转动。

如图4和图5所示，当电机处于未通电或意外断电时，电磁元件31不得电，此时，在复位弹簧的作用下，电磁铁311内的伸缩杆312被压回，施力杆2与制动片1上的凸爪接触，阻挡电机转轴运动，对运动输出端阻挡作用力矩与电机减速比成正比，当工作中需要电机旋转时，电磁元件31得电，伸缩杆312伸出，复位弹簧被压缩，施力杆2与制动片1之间脱离接触，不对电机转轴的运动产生阻碍。

本文所述电磁元件31与电机转轴轴线平行布置，制动片1与电机同轴安装，制动片1上设置多个凸爪结构；制动片1与施力杆2接触时为斜面接触，复位弹簧直接作用于施力杆2上。

在其他实施例中，电磁元件31可以用液压件，气动件，电致伸缩器件等其他动力源进行替换；制动片1的凸爪数量可以根据制动位置精度要求改变，传动方式包括但不仅限于皮带转动，齿轮传动，丝杠传动等。

一种机器人，包括如上述的用于关节的安全装置。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于关节的安全装置，其特征在于，

包括制动片(1)，所述制动片(1)适于与电机转轴连接；

施力杆(2)，所述施力杆(2)在第一位置对所述制动片(1)限位，所述施力杆(2)在第二位置对所述制动片(1)释放；

动力装置(3)，所述动力装置(3)在所述电机未通电时驱动所述施力杆(2)运动到所述第一位置，所述动力装置(3)在所述电机通电时驱动所述施力杆(2)运动到所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的用于关节的安全装置，其特征在于，还包括制动座(4)，所述制动座(4)上设有导向杆(5)，所述导向杆(5)在所述施力杆(2)运动时进行导向。

3.根据权利要求1所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述制动片(1)具有多个凸爪。

4.根据权利要求3所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述凸爪的数量为3个。

5.根据权利要求1所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述动力装置(3)包括电磁元件(31)和弹性元件(32)，所述电磁元件(31)和所述弹性元件(32)分别设置在所述施力杆(2)的两侧，在所述电机未通电时所述弹性元件(32)驱动所述施力杆(2)运动到所述第一位置，在所述电机通电时所述电磁元件(31)驱动所述施力杆(2)运动到所述第二位置。

6.根据权利要求5所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述电磁元件(31)适于与所述电机转轴平行设置。

7.根据权利要求5所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述电磁元件(31)包括电磁铁(311)，所述电磁铁(311)内设置有伸缩杆(312)。

8.根据权利要求5所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述弹性元件(32)为复位弹簧。

9.根据权利要求1所述的用于关节的安全装置，其特征在于，所述施力杆(2)具有导向孔，所述导向孔内设置有导向套。

10.一种机器人，其特征在于，包括如上述权利要求1-9中任一项所述的用于关节的安全装置。

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