CN214643711U - 机械臂的末端机构 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种机械臂的末端机构，其包括安装座和工具连接器，安装座包括安装座壳体和齿轮组，安装座壳体包括用于与机械臂连接的主体部和导向部，主体部具有收容腔，导向部设有与收容腔连通的导孔，齿轮组收容于收容腔中，齿轮组包括第一齿轮和与第一齿轮啮合的第二齿轮，第一齿轮设有沿轴向贯通、与导孔对应的螺纹孔，第二齿轮用于带动第一齿轮转动，工具连接器包括连接段和沿轴向位于连接段后方的导向段，连接段设有外螺纹，连接段螺纹连接于螺纹孔，导向段的外壁与导孔的内壁配合，以限制工具连接器向第一齿轮位移。第一齿轮与连接段螺纹连接以及导向段的外壁与导孔的内壁配合，实现了工具连接器安装过程的轴向拉紧及定位的作用。

Description

机械臂的末端机构

技术领域

本公开涉及医疗机械技术领域，尤其涉及一种机械臂的末端机构。

背景技术

同一机器人会应用于多种治疗场合，同种治疗场合下，需要根据患者不同体位、使手术工具从不同角度指向预定的手术部位。为了扩大机器人的可到达范围，需要在机器人的机械臂末端安装不同长度、不同倾角的工具连接器(工具连接器的末端连接手术工具)以将对应的手术工具安装到位。现有的工具连接器上设有销孔，与工具连接器连接的机械臂末端设有与销孔对应的定位孔，销孔需要与定位孔对准然后再拧紧螺钉，在安装过程中，销孔与定位孔不容易对准，增加了工具连接器的安装难度。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种机械臂的末端机构，其能够将工具连接器快速安装到位，降低工具连接器的安装难度，提高安装速度。

为了实现上述目的，本公开提供了一种机械臂的末端机构，其包括安装座和工具连接器，安装座包括安装座壳体和齿轮组，安装座壳体包括用于与机械臂连接的主体部和导向部，主体部具有收容腔，导向部设有与收容腔连通的导孔，齿轮组收容于收容腔中，齿轮组包括第一齿轮和与第一齿轮啮合的第二齿轮，第一齿轮设有沿轴向贯通、与导孔对应的螺纹孔，第二齿轮用于带动第一齿轮转动，工具连接器包括连接段和沿轴向位于连接段后方的导向段，连接段设有外螺纹，连接段螺纹连接于螺纹孔，导向段的外壁与导孔的内壁配合，以限制工具连接器向第一齿轮位移。

在一实施例中，导向段的外壁和导孔的内壁两者中，一者设有沿轴向延伸的导槽，另一者设有沿轴向延伸的突起，突起的至少部分插入导槽中。

在一实施例中，导向段包括邻近连接段的第一端和与第一端相背设置的第二端，导向段由第二端向第一端逐渐收缩；导孔由开口端向内逐渐收缩。

在一实施例中，导向段的外壁和导孔的内壁设置为彼此接触配合的圆锥面。

在一实施例中，导槽包括靠近第一端的入口和与入口连通的槽体，入口由第一端向槽体逐渐收窄，沿与轴向垂直的方向，槽体的宽度等于突起的宽度。

在一实施例中，突起设置为导向键，导孔内设有沿轴向延伸的键槽，导向键的至少部分固定于键槽中。

在一实施例中，导向键包括尾部、延伸部和位于延伸部前端的头部，尾部固定于导向部，延伸部和头部固定于键槽中，由突起插入导槽的方向，头部逐渐收窄。

在一实施例中，第二齿轮设有沿轴向贯通的固定孔，安装座还包括旋钮，旋钮包括手柄和连接于手柄的转轴，转轴穿过主体部固定于固定孔中。

在一实施例中，安装座还包括止挡盘，止挡盘设置于主体部的远离导向部的一侧，止挡盘包括止挡部，止挡部沿轴向将齿轮组固定在收容腔中，止挡盘还包括沿轴向向后凸出于止挡部的凸缘；主体部设有与凸缘对应的缺口。

在一实施例中，所述机械臂的末端机构还包括安装法兰、转接座、隔菌套压环，安装法兰用于套设在机械臂的末端，转接座连接于安装法兰，安装座连接于转接座，隔菌套压环夹设于转接座与安装座之间。

本公开的有益效果：在本公开的机械臂的末端机构中，第一齿轮与连接段螺纹连接以及导向段的外壁与导孔的内壁配合，实现了工具连接器安装过程的轴向拉紧及定位的作用，防止了工具连接器沿轴向连接不稳定的问题，同时避免了工具连接器沿轴向旋入螺纹孔过深或过浅导致安装不到位的问题，将工具连接器快速安装到位，降低了工具连接器的安装难度，提高了安装速度。

附图说明

图1是根据本公开的机械臂的末端机构的组装图。

图2是图1的分解图。

图3是图2的局部剖视图。

图4是图1的局部剖视图。

图5是图1中的部分组成构件的立体图。

图6是图4中的圆圈C的放大图。

图7是图2中的部分组成构件的分解图。

其中，附图标记说明如下：

1安装座 141止挡部

11安装座壳体 142凸缘

111主体部 2工具连接器

111A收容腔 21连接段

111B安装腔 211被识别部

112导向部 212固定槽

112A导孔 22导向段

112B键槽 221导槽

113突起 221A入口

113A尾部 221B槽体

113B延伸部 222第一端

113C头部 223第二端

114周壁 23工具安装段

115缺口 3安装法兰

12齿轮组 4转接座

121第一齿轮 41凸棱

121A螺纹孔 5隔菌套压环

122第二齿轮 51凹槽

122A固定孔 6识别器

13旋钮 7工具识别电路板

131手柄 8收发电路板

132转轴 9机械臂

14止挡盘

具体实施方式

附图示出本公开的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。

参照图1至图4，本公开的机械臂的末端机构包括安装座1、工具连接器2、转接座4和识别系统。转接座4用于连接机械臂9，安装座1连接于转接座4，工具连接器2固定于安装座1。

安装座1包括安装座壳体11和齿轮组12。

安装座壳体11包括导向部112和用于与机械臂9连接的主体部111，主体部111具有收容腔111A，收容腔111A设置成与齿轮组12外周轮廓大致相同的形状，收容腔111A沿与导向部112相反的一侧敞开。

在一实施例中，如图3所示，安装座1的主体部111还具有朝向转接座4突出的周壁114，周壁114围成朝向转接座4敞开的安装腔111B，收容腔111A由安装腔111B的底壁沿轴向凹入，转接座4的前端容置于安装腔111B中，且转接座4与安装座1经由螺钉固定连接。在一实施例中，周壁114设有与下文所述的止挡盘14的凸缘142对应的缺口115。

导向部112连接于主体部111并沿轴向突出。导向部112呈管状结构。导向部112设有与收容腔111A连通的导孔112A。在一实施例中，主体部111和导向部112为一体成型的部件。

齿轮组12收容于收容腔111A中，齿轮组12从收容腔111A敞开的一侧安装进收容腔111A中。如图3所示，齿轮组12包括第一齿轮121和与第一齿轮121啮合的第二齿轮122，第一齿轮121设有沿轴向贯通、与导孔112A对应的螺纹孔121A。第二齿轮122用于带动第一齿轮121转动。第二齿轮122设有沿轴向贯通的固定孔122A。

在一实施例中，如图1至图5所示，安装座1还包括旋钮13，旋钮13包括手柄131和连接于手柄131的转轴132。转轴132穿过主体部111固定于固定孔122A中。在一实施例中，转轴132经由固定键固定于固定孔122A中。手柄131用于供操作者手动旋转，以使转轴132与第二齿轮122同步转动，进而带动第一齿轮121转动。

安装座1还包括止挡盘14，止挡盘14安装于主体部111的远离导向部112的一侧，即，止挡盘14固定于收容腔111A的敞开的一侧。具体地，止挡盘14包括止挡部141，止挡部141嵌入收容腔111A的底壁中，以沿轴向将齿轮组12固定在收容腔111A中，止挡盘14还包括沿轴向向转接座4凸出于止挡部141的凸缘142，凸缘142嵌入缺口115中。在将止挡盘14安装到主体部111上时，凸缘142的设置便于止挡盘14的抓取，从而使止挡盘14容易装配到主体部111或从主体部111取下，提高了机械臂的末端机构的拆装效率。

工具连接器2包括连接段21、沿轴向位于连接段21后方(以工具连接器2插入安装座1的方向为向前，以插入方向的反方向为向后)的导向段22以及沿轴向与连接段21相背设置的工具安装段23。

连接段21设有与第一齿轮121的螺纹孔121A配合的外螺纹，连接段21螺纹连接于螺纹孔121A。连接段21的面向转接座4的端部设有与工具连接器2对应的被识别部211。当操作者转动上述的旋钮13时，第二齿轮122带动第一齿轮121转动，第一齿轮121通过螺纹副拉动连接段21向转接座4方向移动，从而实现工具连接器2与安装座1之间的固定连接。需要注意的是，第一齿轮121转动仅拉动连接段21沿轴向移动，不会驱动连接段21在周向旋转。

导向段22的外壁与导孔112A的内壁配合，以沿轴向限制工具连接器2向第一齿轮121位移。导向段22的外壁与导孔112A的内壁配合，实现了对工具连接器2轴向的定位，防止工具连接器2沿轴向安装进安装座1过深或过浅导致安装位置出现偏差的情况。

在本公开的机械臂的末端机构中，第一齿轮121通过螺纹副拉动工具连接器2的连接段21沿轴向移动，螺纹副的连接方式，使得工具连接器2在轴向被拉紧，在第一齿轮121不转动的情况下工具连接器2在轴向被固定，而当导向段22的外壁与导孔112A的内壁配合到位时，工具连接器2不能继续向前移动，从而工具连接器2安装到位。由此，第一齿轮121与连接段21螺纹连接以及导向段22的外壁与导孔112A的内壁配合，实现了工具连接器2安装过程的轴向拉紧及定位的作用，防止了工具连接器2沿轴向连接不稳定的问题，同时避免了工具连接器2沿轴向旋入螺纹孔121A过深或过浅导致安装不到位的问题，实现了将工具连接器2快速安装到位，降低了工具连接器2的安装难度，提高了安装速度。

在一实施例中，导向段22沿轴向与连接段21间隔开。导向段22包括邻近连接段21的第一端222和与第一端222相背设置的第二端223。在一实施例中，导向段22由第二端223向第一端222逐渐收缩；对应地，导孔112A由开口端向内逐渐收缩，导孔112A设置成与导向段22相配合的形状。在该实施例中，导向段22由第二端223向第一端222逐渐收缩的设计，使得导向段22的外壁与导孔112A的内壁接触配合时，导向段22无法继续向前移动，实现了对工具连接器2在安装过程中的轴向限位，防止了工具连接器2旋入螺纹孔121A过深或过浅导致轴向安装不到位的问题。

在一实施例中，导向段22的外壁和导孔112A的内壁设置为彼此接触配合的圆锥面，导向段22的圆锥面与导孔112A的圆锥面接触配合的连接方式，实现了导向段22与导孔112A之间的面接触，增大了导向段22与导孔112A的接触面积，保证了导向段22径向固定的稳定性，且面与面的接触方式不会由于长时间接触出现磨损而导致定位不准的问题，提高了对工具连接器2径向固定的稳定性；此外，圆锥面仅需简单的加工刀具进行加工便能够得到，降低了机械臂的末端结构的加工难度和工作量。此外，导向段22的外壁与导孔112A的内壁接触配合，使得导孔112A对导向段22在径向方向进行有效固定与对中，防止安装好的工具连接器2在使用过程中出现晃动的问题，提高了工具连接器2连接的稳定性。

在一实施例中，导向段22的外壁和导孔112A的内壁两者中，一者设有沿轴向延伸的导槽221，另一者设有沿轴向延伸的突起113，突起113的至少部分插入导槽221中。突起113和导槽221的设置，使得导向段22能够沿着突起113或导槽221的延伸方向插入导孔112A中，对导向段22沿周向方向进行了对位，防止连接段21沿轴向旋入螺纹孔121A过程中沿周向出现偏转导致工具连接器2的安装角度出现偏差的问题，保证了工具连接器2的周向位置的准确性。

具体地，在一实施例中，如图3所示，导向段22的外壁设有沿轴向延伸的导槽221，导向部112的导孔112A的内壁设有沿轴向延伸的突起113。在一实施例中，导槽221包括靠近第一端222的入口221A和与入口221A连通的槽体221B，入口221A由第一端222向槽体221B逐渐收窄，沿与轴向垂直的方向，槽体221B的宽度等于突起113的宽度。入口221A由第一端222向槽体221B逐渐收窄，使得导向段22在插入导孔112A过程中、突起113的前端更容易插入导槽221中，使得工具连接器2在安装过程中更容易对位，提高安装效率。在轴向方向上，突起113的前端与导槽221的底部间隔有预定距离，避免了突起113与导槽221出现干涉的问题。在一实施例中，突起113设置为导向键，对应地，导孔112A内设有沿轴向延伸的键槽112B，导向键的至少部分固定于键槽112B中且沿径向突出于键槽112B。在一实施例中，如图3至5所示，导向键包括尾部113A、延伸部113B和位于延伸部113B前端(朝向工具连接器2的方向为向前)的头部113C，尾部113A固定于导向部112，延伸部113B和头部113C固定于键槽112B中，由导向键插入导槽221的方向，头部113C逐渐收窄。头部113C逐渐收窄，使得导向键更容易插进导槽221中，从而工具连接器2在安装过程中更容易对位，提高了安装效率。突起113也可以设置为与导向部112一体成型的形式，具体的结构可根据需要进行设计，在此不再赘述。需要补充的是，工具连接器2与安装座1通过机械结构固定连接，能够避免高温高压消毒对各元件的影响，提高了工具连接器2连接的可靠性。

工具连接器2的工具安装段23用于连接手术工具，需要注意的是，手术工具不同，工具连接器2的规格不同，即，工具连接器2与手术工具相对应。

本公开的机械臂的末端机构还包括安装法兰3，安装法兰3固定于机械臂9的末端，转接座4连接于安装法兰3上，即，转接座4经由安装法兰3连接于机械臂9的末端。

机械臂的末端机构的识别系统包括主控计算机和识别器6。识别器6设置于转接座4的面向安装座1的一侧。识别器6通信连接于主控计算机，主控计算机预先设定有与工具连接器2的规格所对应的识别程序，主控计算机能够根据识别器6反馈的识别信号确定出所安装的工具连接器2的规格。上述的连接段21的被识别部211沿轴向与识别器6相对设置。

在本公开的机械臂的末端机构中，工具连接器2的工具安装段23用于连接对应的手术工具。设置在连接段21的被识别部211用于区别工具连接器2，即，被识别部211用来代表工具连接器2的规格，被识别部211不同，工具连接器2的规格不同，而识别器6能够识别出被识别部211，从而识别出所安装的工具连接器2的规格，由此，本公开的机械臂的末端机构能够通过识别系统自动识别出所安装的工具连接器2的规格，避免了人工确定工具连接器2的规格而导致工具连接器2规格确定错误的问题，降低了机械臂的末端机构的使用难度。

识别器6与被识别部211有多种设计形式，在一实施例中，如图7所示，识别系统还包括固定于转接座4轴向两侧的工具识别电路板7和收发电路板8，工具识别电路板7面向安装座1，识别器6设置为分布在工具识别电路板7不同位置的多个微动开关，各微动开关电连接于工具识别电路板7。被识别部211设置为沿轴向由连接段21的端部延伸的识别棒，识别棒设置为至少一个，各识别棒抵接于工具识别电路板7上的对应的一个微动开关，工具连接器2的规格可根据识别棒分布位置以及数量来区别设计，进而在连接不同规格的工具连接器2时、所导通的微动开关不同，由此，实现了识别系统自动识别工具连接器2规格的作用。转接座4与安装座1分开设置，便于识别系统的工具识别电路板7和收发电路板8安装在转接座4上，使得机械臂的末端机构安装方便，操作简单。收发电路板8通信连接于工具识别电路板7和主控计算机，收发电路板8用于将识别电路板7感应的信号传递给主控计算机，然后主控计算机根据反馈的信号确定出工具连接器2的规格。在该实施例中，上述的连接段21与螺纹孔121A螺纹配合连接，当连接段21连接到位时，连接段21的端部的识别棒抵接于对应的一个微动开关，微动开关受到挤压并向识别棒施加反方向的作用力，使得连接段21与螺纹孔121A之间沿轴向产生一定的预紧力，有效地防止了螺纹连接出现松动的问题，保证了连接段21与螺纹孔121A连接的可靠性。

在一实施例中，连接段21的面向转接座4的端部预设有多个沿轴向凹入的固定槽212，识别棒的部分插设于对应的固定槽212中。可根据工具连接器2的规格对应确定识别棒的数量以及识别棒插入固定槽212的位置，从而主控计算机可根据不同微动开关的导通信号来确定所安装的工具连接器2的规格。

在一实施例中，识别器6设置为RFID读取器，被识别部211设置为感应芯片。不同的感应芯片代表不同规格的工具连接器2，而RFID读取器根据识别出的感应芯片来确定所安装的工具连接器2的规格，实现了系统自动识别所安装的工具连接器2的规格的功能，保证了确认工具连接器2的规格的准确性，降低了机械臂的末端机构的使用难度。

在另一实施例中，识别器6设置为二维码读取器，被识别部211设置为二维码。同样地，不同的二维码代表不同规格的工具连接器2，而主控计算机根据二维码读取器所读取的二维码来确定所安装的工具连接器2的规格，实现了系统自动识别所安装的工具连接器2的规格的功能，保证了确认工具连接器2的规格的准确性，降低了机械臂的末端机构的使用难度。

根据本公开的机械臂的末端机构还包括隔菌套压环5，隔菌套压环5夹设于转接座4与安装座1之间，具体地，隔菌套压环5沿轴向的至少部分容置于安装座1的安装腔111B内且夹设在安装座1的周壁114与转接座4的外周之间，从而隔菌套压环5能够有效地防止外界的杂质、细菌进入到转接座4与安装座1连接的空间中，避免了外界杂质、细菌污染安装于转接座4上的电子器件而影响识别器6识别被识别部的精准性。

在一实施例中，如图6所示，转接座4外周设有凸棱41，隔菌套压环5的内表面设有与凸棱41配合的凹槽51，隔菌套压环5沿径向夹设在转接座4与安装座1之间，凸棱41嵌入凹槽51中。转接座4的凸棱41的设置能够防止机器人在工作过程中、隔菌套压环5连接不稳定而出现密封失效的问题，保证了转接座4与安装座1之间的密封。

Claims (10)

1.一种机械臂的末端机构，其特征在于，包括安装座(1)和工具连接器(2)，

安装座(1)包括安装座壳体(11)和齿轮组(12)，安装座壳体(11)包括用于与机械臂(9)连接的主体部(111)和导向部(112)，主体部(111)具有收容腔(111A)，导向部(112)设有与收容腔(111A)连通的导孔(112A)，

齿轮组(12)收容于收容腔(111A)中，齿轮组(12)包括第一齿轮(121)和与第一齿轮(121)啮合的第二齿轮(122)，第一齿轮(121)设有沿轴向贯通、与导孔(112A)对应的螺纹孔(121A)，第二齿轮(122)用于带动第一齿轮(121)转动，

工具连接器(2)包括连接段(21)和沿轴向位于连接段(21)后方的导向段(22)，连接段(21)设有外螺纹，连接段(21)螺纹连接于螺纹孔(121A)，导向段(22)的外壁与导孔(112A)的内壁配合，以限制工具连接器(2)向第一齿轮(121)位移。

2.根据权利要求1所述的机械臂的末端机构，其特征在于，导向段(22)的外壁和导孔(112A)的内壁两者中，一者设有沿轴向延伸的导槽(221)，另一者设有沿轴向延伸的突起(113)，突起(113)的至少部分插入导槽(221)中。

3.根据权利要求1所述的机械臂的末端机构，其特征在于，导向段(22)包括邻近连接段(21)的第一端(222)和与第一端(222)相背设置的第二端(223)，导向段(22)由第二端(223)向第一端(222)逐渐收缩；

导孔(112A)由开口端向内逐渐收缩。

4.根据权利要求3所述的机械臂的末端机构，其特征在于，导向段(22)的外壁和导孔(112A)的内壁设置为彼此接触配合的圆锥面。

5.根据权利要求2所述的机械臂的末端机构，其特征在于，导槽(221)包括靠近第一端(222)的入口(221A)和与入口(221A)连通的槽体(221B)，入口(221A)由第一端(222)向槽体(221B)逐渐收窄，沿与轴向垂直的方向，槽体(221B)的宽度等于突起(113)的宽度。

6.根据权利要求2所述的机械臂的末端机构，其特征在于，突起(113)设置为导向键，导孔(112A)内设有沿轴向延伸的键槽(112B)，导向键的至少部分固定于键槽(112B)中。

7.根据权利要求6所述的机械臂的末端机构，其特征在于，导向键包括尾部(113A)、延伸部(113B)和头部(113C)，尾部(113A)固定于导向部(112)，延伸部(113B)和头部(113C)固定于键槽(112B)中，由突起(113)插入导槽(221)的方向，头部(113C)逐渐收窄。

8.根据权利要求1所述的机械臂的末端机构，其特征在于，第二齿轮(122)设有沿轴向贯通的固定孔(122A)，

安装座(1)还包括旋钮(13)，旋钮(13)包括手柄(131)和连接于手柄(131)的转轴(132)，转轴(132)穿过主体部(111)固定于固定孔(122A)中。

9.根据权利要求1所述的机械臂的末端机构，其特征在于，

安装座(1)还包括止挡盘(14)，止挡盘(14)设置于主体部(111)的远离导向部(112)的一侧，止挡盘(14)包括止挡部(141)，止挡部(141)沿轴向将齿轮组(12)固定在收容腔(111A)中，止挡盘(14)还包括沿轴向向后凸出于止挡部(141)的凸缘(142)；

主体部(111)设有与凸缘(142)对应的缺口(115)。

10.根据权利要求1所述的机械臂的末端机构，其特征在于，

所述机械臂的末端机构还包括安装法兰(3)、转接座(4)、隔菌套压环(5)，安装法兰(3)用于套设在机械臂(9)的末端，转接座(4)连接于安装法兰(3)，安装座(1)连接于转接座(4)，隔菌套压环(5)夹设于转接座(4)与安装座(1)之间。

Images