CN217118587U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂，其中，包括基座、第一转动单元、第二转动单元、锁紧单元和球头单元，所述第一转动单元设于所述基座上，所述第一转动单元可在所述基座上转动；所述第二转动单元位于所述第一转动单元的一侧，且所述第二转动单元与所述第一转动单元背离所述基座的一端对接；所述锁紧单元固定在所述第一转动单元上，并且所述锁紧单元延伸至所述第二转动单元上，用于带动所述第二转动单元朝向或背离所述第一转动单元移动；所述球头单元设于所述第二转动单元上，所述球头单元与所述锁紧单元连接，所述锁紧单元还用于固定所述球头单元。本申请仅通过锁紧单元固定第一转动单元、第二转动单元和球头单元的位置，可以灵活地固定机械臂的位置。

Description

一种机械臂

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种机械臂。

背景技术

现代医学中，得益于机械的可控制性高、稳定性高等优点，在诊断和手术过程中，医疗器械的使用越来越广泛。因为医疗器械针对的是不同的个体，受到人体体型限制，需要灵活调节工作位置，常见的医疗器械上是通过将测试仪器或者手术工具安装在多级调节的机械臂上，通过机械臂的移动来调整位置。

但是，现有的机械臂的各级调节之间相互独立，每次调节只能控制一个关节的移动，所以调整到最终位置花费的时间较长，调节过程中操作比较复杂，不够灵活。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种机械臂，旨在解决机械臂在调节位置的过程中不够灵活的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种机械臂，其中，包括基座、第一转动单元、第二转动单元、锁紧单元和球头单元，所述第一转动单元设于所述基座上，所述第一转动单元可在所述基座上转动；所述第二转动单元位于所述第一转动单元的一侧，且所述第二转动单元与所述第一转动单元背离所述基座的一端对接；所述锁紧单元固定在所述第一转动单元上，并且所述锁紧单元延伸至所述第二转动单元上，用于带动所述第二转动单元朝向或背离所述第一转动单元移动；所述球头单元设于所述第二转动单元上，所述球头单元与所述锁紧单元连接，所述锁紧单元还用于固定所述球头单元。

所述的机械臂，其中，所述第二转动单元包括中空的臂套，所述臂套与所述第一转动单元对接；所述锁紧单元包括安装在所述第一转动单元上的轴杆和安装在所述臂套的内腔中的顶杆，所述轴杆延伸至所述臂套内，且所述轴杆背离所述第一转动单元的端部设有第一滑块，所述第一滑块朝向所述第一转动单元的一侧设有第一倒角，所述顶杆与所述第一倒角接触。

所述的机械臂，其中，所述第二转动单元还包括中空的球头座，所述球头座安装在所述臂套背离所述第一转动单元的一端，所述球头单元设于所述球头座的内腔中；所述顶杆可在所述臂套内滑动，且所述顶杆背离所述轴杆的一端延伸至所述球头座的内腔中，用于支撑所述球头单元。

所述的机械臂，其中，所述顶杆上设有凸块，所述凸块的直径与所述臂套的内腔的口径相等。

所述的机械臂，其中，所述锁紧单元还包括旋钮，所述轴杆背离所述臂套的一端伸出所述第一转动单元，用于安装所述旋钮。

所述的机械臂，其中，所述锁紧单元还包括保护套，所述保护套包裹在所述轴杆的外表面上；所述第一转动单元包括外壳，所述外壳一端与所述基座连接，另一端与所述臂套连接；所述外壳上设有安装孔，所述保护套固定在所述安装孔内。

所述的机械臂，其中，所述基座上设有球头部；所述外壳的内部中空，所述锁紧单元还包括安装在所述外壳的内腔中的连接杆，所述连接杆可在所述外壳的内腔中滑动，且所述连接杆一端与所述球头部连接，另一端与所述轴杆连接；所述轴杆上还设有第二滑块，所述第二滑块朝向所述第一滑块的一侧设有第二倒角，所述连接杆与所述第二倒角接触。

所述的机械臂，其中，所述锁紧单元还包括弹性件，所述弹性件设于所述轴杆上，所述弹性件一端与所述第一转动单元接触，另一端与所述第一滑块接触。

所述的机械臂，其中，所述第一倒角的倾斜角度为20°-25°。

所述的机械臂，其中，所述第一转动单元朝向所述第二转动单元的表面上设有第一齿痕，所述第二转动单元朝向所述第一转动单元的表面上设有第二齿痕，所述第一齿痕与所述第二齿痕适配。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下优点：

本申请的机械臂并排设置两个转动单元，通过锁紧单元连接第一转动单元和第二转动单元，同时锁紧单元又可以带动第二转动单元朝向第一转动单元移动，当第二转动单元与第一转动单元紧贴之后，两者之间的摩擦力就会增加，从而克服重力，使第一转动单元和第二转动单元治之间实现相对固定，同时锁紧单元还延伸到球头单元上，并在固定第一转动单元和第二转动单元的同时固定球头单元，即实现多个活动关节的同时固定，简化调节过程，同时节省调节时间，灵活调整和固定机械臂末端的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中机械臂的结构示意图；

图2为本实用新型中机械臂的结构爆炸图。

其中，10、基座；11、球头部；20、第一转动单元；21、外壳；211、安装孔；22、第一齿痕；30、第二转动单元；31、臂套；32、球头座；33、第二齿痕；40、锁紧单元；41、轴杆；411、第一滑块；4111、第一倒角；412、第二滑块；42、顶杆；421、凸块；43、旋钮；44、保护套；45、连接杆；46、弹性件；50、球头单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

目前，随着医疗行业的发展，机械制造技术的进步，现代医疗中对于医疗器械的使用率急速提高。医疗器械行业涉及到医药、机械、电子、塑料等多个行业，是一个多学科交叉、知识密集、资金密集的高技术产业。在实际操作中，医疗器械可以替代医生对人体进行样本检测、取样检查、指标监控、功能补偿等等诊疗工作，对医院的发展有重要的推动作用。在手术导航设备中，精准定位的手术导航技术包含了对手术过程进行可靠的准确定位、实时跟踪的功能；也就要求能在合适的位置，稳定地安放手术工具和跟踪器。

医疗器械在工作时，需要以合适的角度、合适的距离对准人体的病灶部位，然后快速固定，所以对其位置调节的灵活度有很高的要求，目前，行业中常采用多角度可调的机械臂来控制医疗工具的位置，一般采用阻尼臂的形式或利用相对运动的两部件之间插入直销的形式实现机械臂的定位和锁紧，当机械臂上有多个关节，需要进行多级联动调节时，需要进行多次调整，操作步骤多，浪费时间，而且调整位置不好预测，控制不够灵活。

参阅图1，本实用新型申请的一实施例中，公开了一种机械臂，其中，包括基座10、第一转动单元20、第二转动单元30、锁紧单元40和球头单元50，所述第一转动单元20设于所述基座10上，所述第一转动单元20可在所述基座10上转动；所述第二转动单元30位于所述第一转动单元20的一侧，且所述第二转动单元30与所述第一转动单元20背离所述基座10的一端对接；所述锁紧单元40固定在所述第一转动单元20上，并且所述锁紧单元40延伸至所述第二转动单元30上，用于带动所述第二转动单元30朝向或背离所述第一转动单元20移动；所述球头单元50设于所述第二转动单元30上，所述球头单元50与所述锁紧单元40连接，所述锁紧单元40还用于固定所述球头单元50。

本申请的机械臂并排设置两个转动单元，通过锁紧单元40连接第一转动单元20和第二转动单元30，同时锁紧单元40又可以带动第二转动单元30朝向第一转动单元20移动，当第二转动单元30与第一转动单元20紧贴之后，两者之间的摩擦力就会增加，从而克服重力，使第一转动单元20和第二转动单元30治之间实现相对固定，同时锁紧单元40还延伸到球头单元50上，并在固定第一转动单元20和第二转动单元30的同时固定球头单元50，即实现多个活动关节的同时固定，简化调节过程，同时节省调节时间，灵活调整和固定机械臂末端的位置。

参阅图2，作为本实施例的一种实现方式，公开了所述第一转动单元20朝向所述第二转动单元30的表面上设有第一齿痕22，所述第二转动单元30朝向所述第一转动单元20的表面上设有第二齿痕33，所述第一齿痕22与所述第二齿痕33适配。因为医疗器械为了足够的移动行程，往往第一转动单元20和第二转动单元30都是长条形的，而且体积较大，所以有一定的自重，在第一转动单元20和第二转动单元30接触贴合的时候，两者之间的摩擦力要克服第二转动单元30的自重才能稳定住第二转动单元30，所以设置第一齿痕22和第二齿痕33，增加第一转动单元20与第二转动单元30之间的接触面积，从而增加摩擦力，给第二转动单元30提供更稳定的支撑，增加机械臂整体的稳定性，便于精确调整和定位机械臂的位置。

如图2所示，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第二转动单元30包括中空的臂套31，所述臂套31与所述第一转动单元20对接；所述锁紧单元40包括安装在所述第一转动单元20上的轴杆41和安装在所述臂套31的内腔中的顶杆42，所述轴杆41延伸至所述臂套31内，且所述轴杆41背离所述第一转动单元20的端部设有第一滑块411，所述第一滑块411朝向所述第一转动单元20的一侧设有第一倒角4111，所述顶杆42与所述第一倒角4111接触。在调节过程中，臂套31内腔中的顶杆42被第一滑块411抵住，轴杆41转动的时候带动第一滑块411转动，因为第一倒角4111的存在，所以第一滑块411转动的时候与顶杆42的接触表面就会对顶杆42施加一个倾斜的推力，倾斜的推力就可以产生一个沿轴杆41的轴向方向的推力，也就是说第一滑块411会将顶杆42朝向第一转动单元20推动，又因为顶杆42是设置在臂套31的内腔中的，所以臂套31也会随着顶杆42一起被推向第一转动单元20，从而实现第一转动单元20与第二转动单元30的接触和挤压。具体的，本实施例中轴杆41沿第一转动单元20与第二转动单元30并列设置的方向延伸，与第一转动单元20和第二转动单元30的转动方向垂直，本申请的机械臂在操作过程中通过轴杆41上的第一滑块411将轴杆41的扭力转化为对第二转动单元30的推力，通过简单的结构改变了力的传导方向，实现了第一转动单元20和第二转动单元30之间的固定，同时简化了操作。

具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一倒角4111的倾斜角度为20°-25°。第一倒角4111的倾斜角度如果太大了，顶杆42上受到的支撑力不足，容易从第一滑块411上滑落，从而无法支撑球头单元50；第一倒角4111的角度如果小了，支撑力过大，而顶杆42上受到的朝向第一转动单元20的分力不足，会无法推动第二转动单元30朝向第一转动单元20移动，或者需要更大的扭力才能推动，给第一转动单元20与第二转动单元30的相对固定增加困难。

如图2所示，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第二转动单元30还包括中空的球头座32，所述球头座32安装在所述臂套31背离所述第一转动单元20的一端，所述球头单元50设于所述球头座32的内腔中；所述顶杆42可在所述臂套31内滑动，且所述顶杆42背离所述轴杆41的一端延伸至所述球头座32的内腔中，用于支撑所述球头单元50。在操作医疗工具的过程中，医疗工具通常固定在机械臂末端的球头结构上，本实施例中的球头结构可以是万向球头，通过将万向球头的球体安装在球头座32内，使伸出球头座32外的连接结构可以在大范围内转动，增加医疗工具使用时的灵活度；而需要固定医疗工具的位置时，轴杆41转动，顶杆42受到第一滑块411的倾斜接触面上传递的推力，可以产生一个分力将顶杆42上推，也就是将顶杆42朝向球头座32的内腔中推进，从而位于球头座32内的万向球头被挤压，球头座32背离轴杆41的一端的口径设置的比万向球头的直径小，这样万向球头在转动过程中就不会从球头座32内滑落，同时在被顶杆42挤压的时候万向球头就会抵紧球头座32，于是球头座32和顶杆42从上下两侧给予万向球头压力和摩擦力，使万向球头固定，不能继续转动，至此，通过轴杆41的转动同时完成了第一转动单元20与第二转动单元30的固定，以及第二转动单元30与球头结构的固定，实现一键锁紧多个机械臂的“关节”，节省了固定机械臂的操作步骤，节约时间。

具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述顶杆42朝向所述球头结构的一端设有压紧块。因为球头结构的球体表面是弧形的，所以设置压紧块，可以设置为与球体贴合的弧形板，或者向内凹陷的U型板，从而增加顶杆42与球头结构的接触面积，使顶杆42抵住球头结构的时候可以给予球头结构更加稳定的支撑力，同时增加摩擦力，使球头结构的稳定效果更好。

具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述顶杆42上设有凸块421，所述凸块421的直径与所述臂套31的内腔的口径相等。因为顶杆42需要反复在臂套31的内腔中滑动，所以实际会设计顶杆42的直径小于臂套31的内腔的口径，但是因为臂套31为长筒形，顶杆42为长条形，同时顶杆42上又受到压力，所以在使用过程中，为了避免顶杆42弯曲或者断裂，在顶杆42上设置凸块421可以增加顶杆42的承压能力，同时凸块421的直接与臂套31的内腔的口径相等，顶杆42在移动过程中，凸块421接触臂套31，臂套31可以给凸块421提供支撑力，使顶杆42更不容易弯曲，从而增加整个机械臂的结构稳定性和力学强度，延长机械臂的使用寿命。

如图2所示，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述锁紧单元40还包括旋钮43，所述轴杆41背离所述臂套31的一端伸出所述第一转动单元20，用于安装所述旋钮43。轴杆41与顶杆42抵接，要克服第二转动单元30的重力进行转动，需要比较大的扭力，所以在轴杆41上设置旋钮43，便于操作人员握持，进行转动。在旋钮43上可以设置中空的卡孔，将轴杆41插到卡孔中，在卡孔中用限位块限位轴杆41，防止轴杆41在卡孔中滑动，相对的，防止过度转动旋钮43而使旋钮43从轴杆41上滑落，使旋钮43与轴杆41保持稳定。

具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述锁紧单元40还包括保护套44，所述保护套44包裹在所述轴杆41的外表面上；所述第一转动单元20包括外壳21，所述外壳21一端与所述基座10连接，另一端与所述臂套31连接；所述外壳21上设有安装孔211，所述保护套44固定在所述安装孔211内。因为轴杆41在机械臂调整过程中是需要不断转动的，所以设置保护套44可以将轴杆41与外壳21分开，比如采用橡胶套、海绵套、塑料套等等类型具有自润滑作用的保护套44，防止轴杆41与外壳21的磨损，延长机械臂的正常使用寿命。

具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述基座10上设有球头部11；所述外壳21的内部中空，所述锁紧单元40还包括安装在所述外壳21的内腔中的连接杆45，所述连接杆45可在所述外壳21的内腔中滑动，且所述连接杆45一端与所述球头部11连接，另一端与所述轴杆41连接；所述轴杆41上还设有第二滑块412，所述第二滑块412朝向所述第一滑块411的一侧设有第二倒角(附图中未示出,参照第一倒角4111在第一滑块411上的位置设置)，所述连接杆45与所述第二倒角接触。在本申请中第一转动单元20可以在基座10上转动，增加整个机械臂的灵活度，使机械臂可覆盖的范围更大，设置第二滑块412和连接杆45使得轴杆41转动的时候也可以固定外壳21与基座10，通过设置第二倒角，第二倒角的角度大小在20°-25°范围内，第二倒角给予连接杆45倾斜的推力，使连接杆45滑动，促进外壳21与臂套31的接触，以及连接杆45与基座10上的球头部11的接触，从而实现对整个机械臂的固定，同时轴杆41上设置第二滑块412的位置可以设置螺纹副，使第二滑块412与轴杆41螺接，通过设置螺纹的方向，使轴杆41拉动第一滑块411朝向第二滑块412移动时，螺纹产生推动第二滑块412朝向第一滑块411移动的推力，从而实现第一转动单元20和第二转动单元30相互靠近；只通过一个锁紧单元40固定整个机械臂上三处“关节”，简化了结构，同时方便操作，使机械臂的调整更加灵活。具体的，本实施例中的连接杆45可设置为与上述轴杆41相同的结构，比如连接杆45上也可以设置凸起的凸块421以增加稳定性，连接杆45朝向基座10的一侧也可以设置球头座32，以增强连接杆45与基座10上的球头部11的连接，工作原理及效果与上述结构类似，不再赘述。

如图2所示，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述锁紧单元40还包括弹性件46，所述弹性件46设于所述轴杆41上，所述弹性件46一端与所述第一转动单元20接触，另一端与所述第一滑块411接触。在调整位置的过程中，在固定之前，机械臂先要保持灵活的转动能力，才能实现定位，所以锁紧单元40未旋紧之前，第一转动单元20与第二转动单元30之间是有微小的间隙的，这样才方便相对转动；设置弹性件46，比如弹簧、同性磁铁对、弹片、气泵等等，可以推开第一转动单元20和第二转动单元30内部的凸块421，相当于使第一转动单元20与第二转动单元30之间保持距离，避免转动的时候互相碰撞，防止造成破损；当轴杆41反转的时候也可以迅速推开第一转动单元20与第二转动单元30，实现分离。

综上所述，本实用新型公开了一种机械臂，其中，包括基座10、第一转动单元20、第二转动单元30、锁紧单元40和球头单元50，所述第一转动单元20设于所述基座10上，所述第一转动单元20可在所述基座10上转动；所述第二转动单元30位于所述第一转动单元20的一侧，且所述第二转动单元30与所述第一转动单元20背离所述基座10的一端对接；所述锁紧单元40固定在所述第一转动单元20上，并且所述锁紧单元40延伸至所述第二转动单元30上，用于带动所述第二转动单元30朝向或背离所述第一转动单元20移动；所述球头单元50设于所述第二转动单元30上，所述球头单元50与所述锁紧单元40连接，所述锁紧单元40还用于固定所述球头单元50。本申请的机械臂并排设置两个转动单元，通过锁紧单元40连接第一转动单元20和第二转动单元30，同时锁紧单元40又可以带动第二转动单元30朝向第一转动单元20移动，当第二转动单元30与第一转动单元20紧贴之后，两者之间的摩擦力就会增加，从而克服重力，使第一转动单元20和第二转动单元30治之间实现相对固定，同时锁紧单元40还延伸到球头单元50上，并在固定第一转动单元20和第二转动单元30的同时固定球头单元50，即实现多个活动关节的同时固定，使操作人员能方便的将仪器定位在病灶的位置，简化调节过程，同时节省调节时间，灵活调整和固定机械臂末端的位置。从临床反馈来看，具备操作方便，固定范围广，定位可靠等优点。

需要说明的是，本实用新型以外科手术中的机械臂为例对本实用新型的具体结构及工作原理进行介绍，但本实用新型的应用并不以医疗领域为限，也可以应用到其它类似工件的检测、生产、使用过程中。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于，包括：

基座；

第一转动单元，设于所述基座上，所述第一转动单元可在所述基座上转动；

第二转动单元，位于所述第一转动单元的一侧，且所述第二转动单元与所述第一转动单元背离所述基座的一端对接；

锁紧单元，固定在所述第一转动单元上，并且所述锁紧单元延伸至所述第二转动单元上，用于带动所述第二转动单元朝向或背离所述第一转动单元移动；以及

球头单元，设于所述第二转动单元上，所述球头单元与所述锁紧单元连接，所述锁紧单元还用于固定所述球头单元。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二转动单元包括中空的臂套，所述臂套与所述第一转动单元对接；

所述锁紧单元包括安装在所述第一转动单元上的轴杆和安装在所述臂套的内腔中的顶杆，所述轴杆延伸至所述臂套内，且所述轴杆背离所述第一转动单元的端部设有第一滑块，所述第一滑块朝向所述第一转动单元的一侧设有第一倒角，所述顶杆与所述第一倒角接触。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第二转动单元还包括中空的球头座，所述球头座安装在所述臂套背离所述第一转动单元的一端，所述球头单元设于所述球头座的内腔中；所述顶杆可在所述臂套内滑动，且所述顶杆背离所述轴杆的一端延伸至所述球头座的内腔中，用于支撑所述球头单元。

4.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述顶杆上设有凸块，所述凸块的直径与所述臂套的内腔的口径相等。

5.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述锁紧单元还包括旋钮，所述轴杆背离所述臂套的一端伸出所述第一转动单元，用于安装所述旋钮。

6.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述锁紧单元还包括保护套，所述保护套包裹在所述轴杆的外表面上；

所述第一转动单元包括外壳，所述外壳一端与所述基座连接，另一端与所述臂套连接；所述外壳上设有安装孔，所述保护套固定在所述安装孔内。

7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述基座上设有球头部；所述外壳的内部中空，所述锁紧单元还包括安装在所述外壳的内腔中的连接杆，所述连接杆可在所述外壳的内腔中滑动，且所述连接杆一端与所述球头部连接，另一端与所述轴杆连接；

所述轴杆上还设有第二滑块，所述第二滑块朝向所述第一滑块的一侧设有第二倒角，所述连接杆与所述第二倒角接触。

8.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述锁紧单元还包括弹性件，所述弹性件设于所述轴杆上，所述弹性件一端与所述第一转动单元接触，另一端与所述第一滑块接触。

9.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一倒角的倾斜角度为20°-25°。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的机械臂，其特征在于，所述第一转动单元朝向所述第二转动单元的表面上设有第一齿痕，所述第二转动单元朝向所述第一转动单元的表面上设有第二齿痕，所述第一齿痕与所述第二齿痕适配。

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