CN219987632U - 一种多自由度自锁关节支臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多自由度自锁关节支臂，包括：基座、设置在基座上的基部俯仰关节、连接在基部俯仰关节末端的回转台、与回转台回转连接的第一回转臂、与第一回转臂回转连接的第二回转臂、与第二回转臂回转连接的末端支架以及俯仰连接在末端支架上的末端执行机构。本实用新型提供了一种多自由度自锁关节支臂，通过失电自锁制动器控制每个关节的锁紧和释放，能够利于通断电同时实现多个关节的控制，效率高，各个关节自锁力大，且不会像机械锁死方式那样，因为长时间的反复使用而使关节磨损松动无法锁死；且相对于工业机械臂关节而言，本实用新型成本更低；本实用新型中通过电动推杆实现俯仰调节，其推力大，便于实现后端机构高度的控制。

Description

一种多自由度自锁关节支臂

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，特别涉及一种多自由度自锁关节支臂。

背景技术

现有的理疗类医疗器械产品，如微波、磁疗、艾灸、熏蒸设备等，都需要通过关节支臂来固定支撑末端执行机构，并且通过调节关节支臂来调整末端机构的空间位置，在达到预定位置后将关节支臂的各个关节锁紧，使末端执行机构在给定位置对用户进行相应的理疗操作。

市面上现有的理疗类医疗器械设备上的关节支臂，多采用手动锁死的方式来固定关节支臂各个关节，使用时，先使关节支臂各关节保持活动状态，将末端执行机构拖动到给定位置，通过手动机械方式(一般为依靠摩擦力锁紧)依次锁紧各个关节，实现末端执行机构的位置固定。但是这种依靠机械摩擦力锁紧的多自由度关节支臂每个关节需要一个一个分别锁紧，效率低，定位不准确；同时在实际使用过程中，经过反复使用，随着使用次数增多，摩擦力会渐渐不足，依靠摩擦锁紧的方式来锁定关节容易出现松动，如果在使用过程中发生关节松动支臂掉落的情况，就容易烫伤或砸伤用户，造成安全隐患。

如果采用医用机器人中常使用的工业机械臂等在关节处安装驱动的方式，则会大大增加关节支臂的成本，不适用于这类理疗类医疗器械产品。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多自由度自锁关节支臂。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多自由度自锁关节支臂，包括：基座、设置在所述基座上的基部俯仰关节、连接在所述基部俯仰关节末端的回转台、与所述回转台回转连接的第一回转臂、与所述第一回转臂回转连接的第二回转臂、与所述第二回转臂回转连接的末端支架以及俯仰连接在所述末端支架上的末端执行机构；

所述第一回转臂与回转台之间、所述第二回转臂与第一回转臂之间、所述末端支架与所述第二回转臂之间、所述末端执行机构与所述末端支架之间的连接位置处均设置有用于实现自锁的失电自锁制动器。

优选的是，所述第一回转臂的基端与所述回转台回转连接，所述第二回转臂的基端与所述第一回转臂的末端回转连接，所述末端支架回转连接在所述第二回转臂的末端；

所述回转台、第一回转臂的末端、第二回转臂的末端以及末端支架上均开设用于安装所述失电自锁制动器的安装孔，所述第一回转臂的基端、第二回转臂的基端、末端支架以及末端执行机构上均固定连接有用于与失电自锁制动器配合连接的转轴。

优选的是，所述失电自锁制动器包括与安装孔的底部内壁固定连接的圆形底座、设置在所述圆形底座上的摩擦片、设置在所述摩擦片上的衔铁以及设置在所述衔铁上的电磁铁。

优选的是，所述电磁铁的中部开设有第一轴孔，所述摩擦片的中部固定设置有轴套，所述轴套中部的第二轴孔的内壁上沿轴向设置有轴孔切削平面，所述转轴的末端外壁上开设有与所述轴孔切削平面配合的轴切削平面；

所述转轴依次穿过所述第一轴孔和第二轴孔后，所述转轴末端的轴切削平面与第二轴孔的轴孔切削平面配合接触。

优选的是，所述电磁铁的靠近衔铁的一端开设有若干弹簧孔，所述弹簧孔内设置有压簧，所述压簧的外端与所述衔铁接触，所述衔铁可沿轴向在所述电磁铁和摩擦片之间活动。

优选的是，所述摩擦片的直径小于所述圆形底座的直径，所述圆形底座上处于所述摩擦片的外围固定连接有若干固定立柱，所述固定立柱的另一端与所述电磁铁固定连接；

在所述衔铁未顶压所述摩擦片时，所述摩擦片可在所述衔铁和圆形底座之间随转轴一起旋转；

所述衔铁上开设有供所述固定立柱配合穿过的限位导向槽。

优选的是，所述基部俯仰关节包括与所述基座可转动连接的平行连杆以及与所述基座可转动连接的电动推杆，所述电动推杆的输出杆与所述平行连杆可转动连接，所述回转台连接在所述平行连杆的末端。

优选的是，所述基部俯仰关节回转连接在所述基座上，且所述基部俯仰关节与基座的连接位置处也设置有失电自锁制动器，所述基座上也开设有用于安装所述失电自锁制动器的安装孔，所述基部俯仰关节的基端也固定连接有用于与所述失电自锁制动器配合连接的转轴；

同时省去所述第一回转臂和第一回转臂上的失电自锁制动器，所述第二回转臂直接与所述回转台连接。

优选的是，所述末端支架和末端执行机构之间还设置有末端滚动关节，所述末端执行机构通过所述末端滚动关节能够绕末端执行机构自身的轴线进行回转。

优选的是，省去所述第一回转臂和第一回转臂上的失电自锁制动器，所述第二回转臂直接与所述回转台连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种多自由度自锁关节支臂，通过失电自锁制动器控制每个关节的锁紧和释放，能够利于通断电同时实现多个关节的控制，效率高，各个关节自锁力大，且不会像机械锁死方式那样，因为长时间的反复使用而使关节磨损松动无法锁死；且相对于工业机械臂关节而言，本实用新型成本更低；

本实用新型中通过电动推杆实现俯仰调节，其推力大，便于实现后端机构高度的控制；

本实用新型的多自由度自锁关节支臂锁紧效率高，长时间使用稳定可靠，且成本低，能够应用于理疗类医疗器械领域，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1的多自由度自锁关节支臂的结构示意图；

图2为实施例1的多自由度自锁关节支臂中部分组件的分解图；

图3为实施例1的失电自锁制动器的结构示意图；

图4为实施例1的失电自锁制动器的爆炸图；

图5为实施例1的失电自锁制动器的仰视图图；

图6为实施例1的失电自锁制动器的A-A处的剖视图；

图7为实施例1的失电自锁制动器的B-B处的剖视图；

图8为实施例1的第一回转臂和第二回转臂连接处的剖视结构示意图；

图9为实施例2的多自由度自锁关节支臂的结构示意图；

图10为实施例3的多自由度自锁关节支臂的结构示意图；

图11为实施例4的多自由度自锁关节支臂的结构示意图。

附图标记说明：

1—基座；

2—基部俯仰关节；20—平行连杆；21—电动推杆；22—输出杆；

3—回转台；4—第一回转臂；5—第二回转臂；6—末端支架；7—执行机构；

8—失电自锁制动器；80—安装孔；81—转轴；82—圆形底座；83—摩擦片；84—衔铁；85—电磁铁；820—固定立柱；830—轴套；831—第二轴孔；832—轴孔切削平面；840—限位导向槽；850—第一轴孔；851—弹簧孔；852—压簧；

9—末端滚动关节。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

参照图1-8，本实施例提供一种多自由度自锁关节支臂，包括：基座1、设置在基座1上的基部俯仰关节2、连接在基部俯仰关节2末端的回转台3、与回转台3回转连接的第一回转臂4、与第一回转臂4回转连接的第二回转臂5、与第二回转臂5回转连接的末端支架6以及俯仰连接在末端支架6上的末端执行机构7；

第一回转臂4与回转台3之间、第二回转臂5与第一回转臂4之间、末端支架6与第二回转臂5之间、末端执行机构7与末端支架6之间的连接位置处均设置有用于实现自锁的失电自锁制动器8。

本实施例中，不考虑末端执行机构7绕自身轴线的回转，因此只需要五个自由度：基部俯仰+基部回转+中部回转+端部回转+端部俯仰，故共需五个关节。

第一回转臂4与回转台3之间形成基部回转关节，第二回转臂5与第一回转臂4之间形成中部回转关节，末端支架6与第二回转臂5之间形成端部回转关节，末端执行机构7和末端支架6之间形成端部俯仰关节，三个回转关节实现回转运动(即水平面内的转动)，两个俯仰关节实现俯仰运动(竖直平面内的转动)，从而能够实现末端执行机构7位置和姿态的调节，以满足其使用需求。

本实施例中基部俯仰关节2包括与基座1可转动连接的平行连杆20以及与基座1可转动连接的电动推杆21，电动推杆21的输出杆22与平行连杆20可转动连接，回转台3连接在平行连杆20的末端。通过电动推杆21控制平行连杆20的俯仰，能保证回转台3始终保持水平。

本实施例中，第一回转臂4的基端与回转台3回转连接，第二回转臂5的基端与第一回转臂4的末端回转连接，末端支架6回转连接在第二回转臂5的末端；其中，基端表示靠近基座1的一端，末端表示远离基座1的一端。

回转台3、第一回转臂4的末端、第二回转臂5的末端以及末端支架6上均开设用于安装失电自锁制动器的安装孔80，第一回转臂4的基端、第二回转臂5的基端、末端支架6以及末端执行机构7上均固定连接有用于与失电自锁制动器配合连接的转轴81。

参照图8，以第一回转臂4末端和第二回转臂5基端之间的连接为例，对失电自锁制动器8的结构进行示意与说明。

失电自锁制动器8包括与安装孔80的底部内壁固定连接的圆形底座82、设置在圆形底座82上的摩擦片83、设置在摩擦片83上的衔铁84以及设置在衔铁84上的电磁铁85。

其中，电磁铁85的中部开设有第一轴孔850，摩擦片83的中部固定设置有轴套830，轴套830中部的第二轴孔831的内壁上沿轴向设置有轴孔切削平面832，转轴81的末端外壁上开设有与轴孔切削平面832配合的轴切削平面(图中未示出)；转轴81依次穿过第一轴孔850和第二轴孔831后(摩擦片83上也开设有供转轴81穿过的通孔)，转轴81末端的轴切削平面与第二轴孔831的轴孔切削平面832配合接触。即转轴81能相对电磁铁85旋转，而摩擦片83会随转轴81一起旋转，摩擦片83与转轴81之间的位置保持固定。

其中，电磁铁85的靠近衔铁84的一端开设有若干弹簧孔851，弹簧孔851内设置有压簧852，压簧852的外端与衔铁84接触并保持固定连接，衔铁84可沿轴向在电磁铁85和摩擦片83之间活动。

其中，摩擦片83的直径小于圆形底座82的直径，圆形底座82上处于摩擦片83的外围固定连接有若干固定立柱820(本实施例中包括3根固定立柱820，且均匀间隔布置在摩擦片83的外围)，固定立柱820的另一端与电磁铁85固定连接；在衔铁84未顶压摩擦片83时，摩擦片83可在衔铁84和圆形底座82之间随转轴81一起旋转；

衔铁84上开设有供固定立柱820配合穿过的限位导向槽840，由于3根固定立柱820与限位导向槽840的配合，使得摩擦片83只能被限制在3根固定立柱820内侧，因为只能上下活动(即轴向移动)，而基本不会有径向的移动或轴向的转动。

圆形底座82固定连接在安装孔80内，电磁铁85通过固定立柱820与圆形底座82保持连接因而也保持固定，而其中的衔铁84可上下活动，摩擦片83则可随转轴81一起转动。

失电自锁制动器8的工作原理为：

断电时，电磁体没有磁场产生，对衔铁84没有作用力，衔铁84处于被弹簧弹开状态，压住摩擦片83使摩擦片83不能活动，从而固定轴套830，使转轴81不能转动，实现关节的自锁。当通电时，电磁体产生磁场，对衔铁84产生远离摩擦片83的吸力作用，克服弹簧的弹力将衔铁84吸回，摩擦片83处于活动状态，通过轴套830摩擦片83可以跟随转轴81一起转动，此时关节处于可活动状态，即解除锁紧的状态。

在本实施例中，在末端执行机构7上设置控制面板或控制按钮，用于控制所有失电自锁制动器8的供电，以及基部俯仰关节2中的电动推杆21的工作。

本实施例的多自由度自锁关节支臂使用时，先保持所有失电自锁制动器8处于通电状态，然后通过控制电动推杆21的输出杆22伸出的长度，调节末端执行机构7至适宜的高度，然后手动将末端执行机构7拖动到需要的位置，再断开所有失电自锁制动器8的供电，使所有关节实现自锁紧，从而能够保证使用过程中末端执行机构7位置保持固定。

实施例2

作为实施例1的一种可替换方案，本实施例中可将一个回转关节移动到基座1与基部俯仰关节2之间，参照图9，具体而言，本实施例中，基部俯仰关节2回转连接在基座1上，且基部俯仰关节2与基座1的连接位置处也设置有失电自锁制动器8，基座1上也开设有用于安装失电自锁制动器8的安装孔80，基部俯仰关节2的基端也固定连接有用于与失电自锁制动器8配合连接的转轴81；同时省去第一回转臂4和第一回转臂4上的失电自锁制动器8，第二回转臂5直接与回转台3连接。即基部俯仰关节2与述基座1之间也形成通过失电自锁制动器8控制自锁或解除锁紧的回转关节。

实施例3

作为实施例1的一种可替换方案，参照图10，本实施例中，在实施例2的基础上进行如下修改：

在末端支架6和末端执行机构7之间设置有末端滚动关节9(末端滚动关节9与末端支架6、末端执行机构7之间的连接位置处也设置如以上实施例相同的失电自锁制动器8)，末端执行机构7通过末端滚动关节9能够绕末端执行机构7自身的轴线进行回转，从而能够增加一个自由度，使末端执行机构7能够绕其自身轴线进行旋转。

实施例4

作为实施例1的一种可替换方案，参照图11，本实施例中，在实施例3的基础上进行如下修改：

省去第二回转臂5和第二回转臂5上的失电自锁制动器8，末端支架6直接与回转台3连接，即减少一个回转关节。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种多自由度自锁关节支臂，其特征在于，包括：基座、设置在所述基座上的基部俯仰关节、连接在所述基部俯仰关节末端的回转台、与所述回转台回转连接的第一回转臂、与所述第一回转臂回转连接的第二回转臂、与所述第二回转臂回转连接的末端支架以及俯仰连接在所述末端支架上的末端执行机构；

所述第一回转臂与回转台之间、所述第二回转臂与第一回转臂之间、所述末端支架与所述第二回转臂之间、所述末端执行机构与所述末端支架之间的连接位置处均设置有用于实现自锁的失电自锁制动器。

2.根据权利要求1所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述第一回转臂的基端与所述回转台回转连接，所述第二回转臂的基端与所述第一回转臂的末端回转连接，所述末端支架回转连接在所述第二回转臂的末端；

所述回转台、第一回转臂的末端、第二回转臂的末端以及末端支架上均开设用于安装所述失电自锁制动器的安装孔，所述第一回转臂的基端、第二回转臂的基端、末端支架以及末端执行机构上均固定连接有用于与失电自锁制动器配合连接的转轴。

3.根据权利要求2所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述失电自锁制动器包括与安装孔的底部内壁固定连接的圆形底座、设置在所述圆形底座上的摩擦片、设置在所述摩擦片上的衔铁以及设置在所述衔铁上的电磁铁。

4.根据权利要求3所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述电磁铁的中部开设有第一轴孔，所述摩擦片的中部固定设置有轴套，所述轴套中部的第二轴孔的内壁上沿轴向设置有轴孔切削平面，所述转轴的末端外壁上开设有与所述轴孔切削平面配合的轴切削平面；

所述转轴依次穿过所述第一轴孔和第二轴孔后，所述转轴末端的轴切削平面与第二轴孔的轴孔切削平面配合接触。

5.根据权利要求4所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述电磁铁的靠近衔铁的一端开设有若干弹簧孔，所述弹簧孔内设置有压簧，所述压簧的外端与所述衔铁接触，所述衔铁可沿轴向在所述电磁铁和摩擦片之间活动。

6.根据权利要求5所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述摩擦片的直径小于所述圆形底座的直径，所述圆形底座上处于所述摩擦片的外围固定连接有若干固定立柱，所述固定立柱的另一端与所述电磁铁固定连接；

在所述衔铁未顶压所述摩擦片时，所述摩擦片可在所述衔铁和圆形底座之间随转轴一起旋转；

所述衔铁上开设有供所述固定立柱配合穿过的限位导向槽。

7.根据权利要求6所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述基部俯仰关节包括与所述基座可转动连接的平行连杆以及与所述基座可转动连接的电动推杆，所述电动推杆的输出杆与所述平行连杆可转动连接，所述回转台连接在所述平行连杆的末端。

8.根据权利要求2-6中任意一项所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述基部俯仰关节回转连接在所述基座上，且所述基部俯仰关节与基座的连接位置处也设置有失电自锁制动器，所述基座上也开设有用于安装所述失电自锁制动器的安装孔，所述基部俯仰关节的基端也固定连接有用于与所述失电自锁制动器配合连接的转轴；

同时省去所述第一回转臂和第一回转臂上的失电自锁制动器，所述第二回转臂直接与所述回转台连接。

9.根据权利要求8所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，所述末端支架和末端执行机构之间还设置有末端滚动关节，所述末端执行机构通过所述末端滚动关节能够绕末端执行机构自身的轴线进行回转。

10.根据权利要求9所述的多自由度自锁关节支臂，其特征在于，省去所述第一回转臂和第一回转臂上的失电自锁制动器，所述第二回转臂直接与所述回转台连接。