CN216940762U - 一种关节臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种关节臂，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部和驱动板，其中第一驱动部为中空结构，其内部设置第一电机，第一电机的转子可绕第一轴线转动，回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，并可随第一法兰绕第一轴线转动，第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部的输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并可驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。本发明公开的关节臂，采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转半径，同时取消了电滑环装置，因此外观简洁，体积及回转半径小，可靠性高。

Description

一种关节臂

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种关节臂。

背景技术

目前，使用胶囊式内窥镜对人体消化道进行检查，正逐渐成为一种新的趋势，相较于传统的插管式电子内镜，胶囊式内窥镜更加便捷、舒适，受检者仅需吞服胶囊药丸大小的电子摄像装置，即可对整个消化道进行全方位检查，不会对受检者造成身体上的不适，同时减小交叉感染的风险。

使用磁控胶囊式胃镜系统对人体胃部进行检查时，在吞服胶囊内窥镜后，需在人体外配合使用磁控设备，利用外部磁场对胶囊内窥镜内部的小磁体的作用力，对胶囊内窥镜的姿态和位置进行操控，以便对整个胃腔内壁进行全方位检查。

外部磁控设备中的磁控装置需满足可操控大磁铁沿两互相垂直的旋转轴任意转动的要求，同时，受检者躺在病床上进行胃镜检查时，所述磁控装置将在人体上方来回移动、运转，若磁控装置外形体积较大，将对受检者的视觉和心理上产生压迫感和不适感。

中国专利公开号CN111643039A和CN111657826A公开的磁控装置，采用的均为传统设计思路，即两个电机分别安装于固定位置和回转部，分别控制磁体绕两个互相垂直的旋转轴转动，当回转部旋转时，其中一个电机同回转部一起转动，因此回转半径较大；同时，为防止旋转时电机线缆和回零用光电传感器线缆缠绕拉断，需设有电滑环用于旋转导电及传输信号，该电滑环结构复杂、成本高、工艺要求高、寿命短，在传输敏感信号时易受干扰，导致磁控装置可靠性较差。

有鉴于现有技术的上述缺陷，有必要开发一种操作简便、外观简洁、体积较小且可靠性高的关节臂。

实用新型内容

本发明提供一种关节臂，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部及驱动板，所述第一驱动部是中空结构，第一驱动部内部设置第一电机，所述第一电机进一步包括定子和转子，第一电机的转子可绕第一轴线转动，回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，并可随第一法兰绕第一轴线转动，第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部的输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并可驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。

进一步的，所述关节臂的驱动板固定设置于第二驱动部上方，用于驱动第一驱动部的第一电机和第二驱动部中的第二电机。

进一步的，所述第一电机定子固定设置于第一电机座和第一套筒之间，第一电机转子固定于第一转轴外侧。

进一步的，所述第一驱动部进一步包括第一转轴、第一电机座及第一轴承，所述第一转轴通过第一轴承转动连接于第一电机座内侧。

进一步的，所述第一轴承的外圈固定连接于第一盖板和第一电机座之间，第一轴承的内圈固定连接于第一转轴和第一法兰之间。

进一步的，所述第一驱动部进一步包括第一辅助轴，所述第一辅助轴固定连接于第一转轴的上端面，第一电机的转子带动第一辅助轴、第一转轴和第一法兰绕所述第一轴线转动。

进一步的，所述第二驱动部还包括谐波减速机，所述谐波减速机进一步包括谐波减速机固定端、谐波减速机输入端及谐波减速机输出端，所述谐波减速机固定端固定连接于第二法兰和第二电机座之间，第二法兰固定连接于第一驱动部的第一套筒上方，所述谐波减速机输入端固定连接于第二转轴和紧固螺母之间，所述谐波减速机输出端固定连接于输出轴，所述谐波减速机输入端及谐波减速机输出端可绕所述第一轴线转动。

进一步的，所述第二电机包括定子和转子，所述第二电机定子固定设置于第二电机座和第二套筒之间，第二电机转子固定于第二转轴外侧。

进一步的，所述第二驱动部进一步包括第二轴承，所述第二转轴通过第二轴承转动连接于第二电机座内侧。

进一步的，所述第二轴承的外圈固定连接于第二电机座和第二盖板之间，第二轴承的内圈固定连接于第二转轴和内圈压板之间。

进一步的，所述回转部还包括上支架、固定设置于上支架两侧的左支架和右支架、永磁体组件，所述永磁体组件转动连接于左支架和右支架之间，并可绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动。

进一步的，所述回转部还包括输出轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、换向轴、第一同步轮、同步带、张紧轮及第二同步轮，所述输出轴通过第一锥齿轮和第二锥齿轮组成的齿轮副带动换向轴旋转,换向轴进一步通过由第一同步轮、同步带、张紧轮和第二同步轮组成的同步带传动机构，带动永磁体组件绕所述第二轴线转动。

进一步的，所述同步带传动机构设置于左支架外侧，所述第一同步轮连接于换向轴并随之转动，第二同步轮连接于永磁体组件与左支架连接的转轴末端，并带动永磁体组件转动。

进一步的，所述换向轴两端分别转动连接于左支架和右支架，所述同步带传动机构设置于右支架内侧，第二同步轮与永磁体组件外壳连接并带动永磁体组件绕所述第二轴线转动。

本发明公开的关节臂，不同于传统磁控装置中将电机直接安装于回转部的方案，而是采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转部的回转半径，同时，由于采用绝对式编码器的定位方案，取消了传统方案中的光电回零机构，避免了回转部线缆缠绕问题，进而取消了昂贵的电滑环装置。因此，本发明公开的关节臂相较于传统方案外观简洁，体积及回转半径更小，可靠性高。

附图说明

图1：本发明第一实施例中关节臂的整体结构示意图。

图2：图1所示关节臂的分解结构示意图。

图3：图1所示关节臂中的第一驱动部的局部剖视结构示意图。

图4：图3所示第一驱动部的局部分解结构示意图。

图5：图1所示关节臂中的第二驱动部的局部剖视结构示意图。

图6：图5所示第二驱动部的局部分解结构示意图。

图7：图1所示关节臂中回转部的结构示意图。

图8：本发明第二实施例中回转部的结构示意图。

各序号及对应的名称分别为：第一驱动部10，第二驱动部20，回转部30，驱动板40，第一轴线1，第一编码器101，第一辅助轴102，第一套筒103，第一电机104，第一转轴105，第一电机座106，第一轴承107，第一法兰108，第一盖板109，第二编码器201，第二套筒202，第二辅助轴203，第二电机204，第二盖板205，第二转轴206，第二轴承207，第二电机座208，内圈压板209，谐波减速机210，紧固螺母211，第二法兰212，输出轴213，第二轴线2，上支架301，左支架302，右支架303，第一锥齿轮304，第二锥齿轮305，换向轴 306，第一同步轮307，同步带308，张紧轮309，第二同步轮310，永磁体组件 311。

具体实施方式

请参见图1本发明第一实施例中关节臂的整体结构示意图及图2关节臂的分解结构示意图，本发明提供一种关节臂，所述关节臂包括第一驱动部10、第二驱动部20、回转部30及驱动板40，其中第一驱动部10为中空结构，且内部设置第一电机104，第一电机104的转子可绕第一轴线1转动，回转部30固定连接于第一驱动部10的第一法兰108端面，并可随第一法兰108绕第一轴线1 转动，第二驱动部20设置于第一驱动部10上方，第二驱动部20的输出轴213 穿过第一驱动部10的中空结构连接回转部30中的第一锥齿轮304，并可驱动回转部30中的永磁体组件311绕垂直于第一轴线1的第二轴线2转动。

进一步地，所述关节臂的驱动板40固定设置于第二驱动部20上方，用于驱动第一驱动部10和第二驱动部20中的第一电机104和第二电机204。

参考图3是图1所示关节臂中的第一驱动部的局部剖视结构示意图，图4 是图3所示第一驱动部的局部分解结构示意图，第一驱动部10包括第一电机 104，第一电机104进一步包括定子和转子(图中未示出)，第一电机104的定子固定设置于第一电机座106和第一套筒103之间，第一电机104的转子固定于第一转轴105外侧，同时第一转轴105通过第一轴承107转动连接于第一电机座106内侧。

优选的，第一轴承107的外圈固定连接于第一盖板109和第一电机座106 之间，第一轴承107的内圈固定连接于第一转轴105和第一法兰108之间。

优选的，第一辅助轴102固定连接于第一转轴105的上端面，第一电机104 的转子带动第一辅助轴102、第一转轴105和第一法兰108绕所述第一轴线1转动；

优选的，第一编码器101进一步包括传感器板和码盘，第一编码器101的传感器板固定连接于第一套筒103上端，第一编码器101的码盘固定连接于第一辅助轴102上端，并随第一辅助轴102绕所述第一轴线1转动。

图5是图1所示关节臂中的第二驱动部的局部剖视结构示意图，图6是图5 所示第二驱动部的局部分解结构示意图，所述第二驱动部20包括谐波减速机 210，谐波减速机210进一步包括谐波减速机固定端、谐波减速机输入端及谐波减速机输出端(图中未示出)，所述谐波减速机固定端固定连接于第二法兰212 和第二电机座208之间，第二法兰212固定连接于第一驱动部10的第一套筒103 上方，所述谐波减速机输入端固定连接于第二转轴206和紧固螺母211之间，所述谐波减速机输出端固定连接于输出轴213，所述谐波减速机输入端及谐波减速机输出端可绕所述第一轴线1转动。

优选的，第二驱动部20还包括第二电机204，所述第二电机204包括定子和转子(图中未示出)，所述第二电机204的定子固定设置于第二电机座208和第二套筒202之间，第二电机204的转子固定于第二转轴206外侧，同时第二转轴206通过第二轴承207转动连接于第二电机座208内侧。

优选的，第二轴承207的外圈固定连接于第二电机座208和第二盖板205 之间，第二轴承207的内圈固定连接于第二转轴206和内圈压板209之间。

优选的，第二辅助轴203固定连接于第二转轴206上方，第二电机204的转子驱动第二辅助轴203、第二转轴206及谐波减速机210的输入端绕所述第一旋转轴转动，经减速后由谐波减速机210的输出端带动输出轴213绕所述第一轴线1转动。

优选的，第二编码器201包括传感器板和码盘(图中未示出)，第二编码器 201的传感器板固定连接于第二套筒202上端，第二编码器201的码盘固定连接于第二辅助轴203上端，并随第二辅助轴203绕所述第一轴线1转动。

图7是图1所示关节臂中回转部的结构示意图，所述回转部30包括上支架 301以及固定设置于上支架301两侧的左支架302和右支架303，永磁体组件311 转动连接于左支架302和右支架303之间，并可绕与所述第一轴线1垂直的第二轴线2转动，输出轴213通过第一锥齿轮304和第二锥齿轮305组成的齿轮副带动换向轴306旋转,换向轴306进一步通过由第一同步轮307、同步带308、张紧轮309和第二同步轮310组成的同步带传动机构，带动永磁体组件311绕所述第二轴线2转动。

优选的，所述同步带传动机构设置于左支架302外侧，其中，第一同步轮 307连接于换向轴306并随之转动，第二同步轮310连接于永磁体组件311与左支架302连接的转轴末端，并带动永磁体组件311转动。

参考图8本发明第二实施例中回转部的结构示意图，在第二实施例中，换向轴306两端分别转动连接于左支架302和右支架303，所述同步带传动机构设置于右支架303内侧，第二同步轮310与永磁体组件311外壳连接并带动永磁体组件311绕所述第二轴线2转动。

本发明还提供一种所述关节臂的控制方法：由于所述关节臂传动机构的特殊性，在第一电机104转动且第二电机204静止时，回转部30会随第一电机104 的转子同步转动，同时第二锥齿轮305在绕第一锥齿轮304公转时同步发生自转运动，进而带动永磁体组件311绕所述第二轴线2转动，因此第一电机104 和第二电机204并非分别独立控制所述第一轴线1和第二轴线2的转动。

在需要永磁体组件311绕所述第二轴线2独立转动时，控制第二电机204 转动，第一电机104保持停止即可；在需要永磁体组件311绕所述第一轴线1 独立转动时，则在控制第二电机204转动时，必须同时控制第一电机104转动，并使第二锥齿轮305在绕第一锥齿轮304公转时，第一锥齿轮304和第二锥齿轮305保持相对静止而不发生啮合传动，即第二锥齿轮305不发生自转。

进一步的，所述回转部30绕所述第一轴线1和第二轴线2的转动速度与电机转速关系如下：

设第一电机104转速为n₁，第二电机204转速为n₂，谐波减速机210减速比为i，所述同步带传动机构传动比为j，第一锥齿轮304和第二锥齿轮305的传动比为k，则回转部30绕所述第一轴线1的转速m₁为：

m₁＝n₁

回转部30绕所述第二轴线2的转速m₂为：

尽管已经以最佳实施例对本发明的精神和实质进行了说明，但是本领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和实质范围内对本发明进行改进，这些改进仍然属于本发明的保护范围。

本发明公开的关节臂，采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转半径，同时取消了电滑环装置，因此外观简洁，体积及回转半径小，可靠性高。

Claims (14)

1.一种关节臂，其特征在于，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部及驱动板，所述第一驱动部是中空结构，第一驱动部内部设置第一电机，所述第一电机进一步包括定子和转子，第一电机的转子可绕第一轴线转动，回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，并可随第一法兰绕第一轴线转动，第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部的输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并可驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。

2.如权利要求1所述的关节臂，其特征在于，所述关节臂的驱动板固定设置于第二驱动部上方，用于驱动第一驱动部的第一电机和第二驱动部中的第二电机。

3.如权利要求1所述的关节臂，其特征在于，所述第一电机定子固定设置于第一电机座和第一套筒之间，第一电机转子固定于第一转轴外侧。

4.如权利要求1所述的关节臂，其特征在于，所述第一驱动部进一步包括第一转轴、第一电机座及第一轴承，所述第一转轴通过第一轴承转动连接于第一电机座内侧。

5.如权利要求4所述的关节臂，其特征在于，所述第一轴承的外圈固定连接于第一盖板和第一电机座之间，第一轴承的内圈固定连接于第一转轴和第一法兰之间。

6.如权利要求4所述的关节臂，其特征在于，所述第一驱动部进一步包括第一辅助轴，所述第一辅助轴固定连接于第一转轴的上端面，第一电机的转子带动第一辅助轴、第一转轴和第一法兰绕所述第一轴线转动。

7.如权利要求2所述的关节臂，其特征在于，所述第二驱动部还包括谐波减速机，所述谐波减速机进一步包括谐波减速机固定端、谐波减速机输入端及谐波减速机输出端，所述谐波减速机固定端固定连接于第二法兰和第二电机座之间，第二法兰固定连接于第一驱动部的第一套筒上方，所述谐波减速机输入端固定连接于第二转轴和紧固螺母之间，所述谐波减速机输出端固定连接于输出轴，所述谐波减速机输入端及谐波减速机输出端可绕所述第一轴线转动。

8.如权利要求7所述的关节臂，其特征在于，所述第二电机包括定子和转子，所述第二电机定子固定设置于第二电机座和第二套筒之间，第二电机转子固定于第二转轴外侧。

9.如权利要求8所述的关节臂，其特征在于，所述第二驱动部进一步包括第二轴承，所述第二转轴通过第二轴承转动连接于第二电机座内侧。

10.如权利要求9所述的关节臂，其特征在于，所述第二轴承的外圈固定连接于第二电机座和第二盖板之间，第二轴承的内圈固定连接于第二转轴和内圈压板之间。

11.如权利要求1所述的关节臂，其特征在于，所述回转部还包括上支架、固定设置于上支架两侧的左支架和右支架、永磁体组件，所述永磁体组件转动连接于左支架和右支架之间，并可绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动。

12.如权利要求11所述的关节臂，其特征在于，所述回转部还包括输出轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、换向轴、第一同步轮、同步带、张紧轮及第二同步轮，所述输出轴通过第一锥齿轮和第二锥齿轮组成的齿轮副带动换向轴旋转, 换向轴进一步通过由第一同步轮、同步带、张紧轮和第二同步轮组成的同步带传动机构，带动永磁体组件绕所述第二轴线转动。

13.如权利要求12所述的关节臂，其特征在于，所述同步带传动机构设置于左支架外侧，所述第一同步轮连接于换向轴并随之转动，第二同步轮连接于永磁体组件与左支架连接的转轴末端，并带动永磁体组件转动。

14.如权利要求12所述的关节臂，其特征在于，所述换向轴两端分别转动连接于左支架和右支架，所述同步带传动机构设置于右支架内侧，第二同步轮与永磁体组件外壳连接并带动永磁体组件绕所述第二轴线转动。

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