CN220840192U - 一种机械臂运动定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂运动定位装置，包括关节件、第一转臂、锁定组件和锁定配合组件，第一转臂与关节件转动连接，锁定组件设于关节件上，锁定配合组件设于第一转臂上；锁定组件包括驱动部件和弹性锁定部件，驱动部件与弹性锁定部件驱动连接，弹性锁定部件被配置为在锁定构型和解锁构型之间变化；弹性锁定部件处于锁定构型时与锁定配合组件配合以使第一转臂相对关节件旋转锁定；弹性锁定部件处于解锁构型时具有朝向锁定构型变化的弹性力，驱动部件克服弹性力驱动弹性锁定部件由锁定构型变化为解锁构型；锁定配合组件固设于第一转臂的转动轴线处，第一转臂相对关节件转动时带动锁定配合组件同轴转动。

Description

一种机械臂运动定位装置

技术领域

本实用新型属于机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂运动定位装置。

背景技术

在医疗器械等行业中，机械臂的运用极其广泛，机械臂关节的自由转动及锁止、抗扭矩能力、稳定性等方面一直是产品性能的核心。在机械臂旋转到某一位置需要固定不动定位时，关节的自锁能力尤为重要。

然而现有技术中机械臂的自锁大多依靠机械臂驱动电机的自锁功能来实现，但是驱动电机的自锁能力较低、负载能力小且易失效。

申请号为202210729729.7的发明专利公开了一种机械臂的锁定机构，该机构设置在机械臂的第一活动关节侧部，第一活动关节的侧部设有传动槽，第一活动关节一端连接有第二活动关节，第二活动关节端部的内置电机的活动端延伸在传动槽内，且活动端设有第一齿轮，传动槽内设有转轴，转轴上设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合；所述的电机活动端上设有第一圆盘，转轴上设有第二圆盘第一圆盘与第二圆盘之间设有间隙。

现有技术中通过卡块两侧对称设有弧形部，两侧弧形部分别与第一圆盘和第二圆盘的圆周面相配合，通过卡块进入至间隙中，两个圆盘的转动空间减小，卡块对与齿轮同轴设置的圆盘转动行程阻碍，从而实现齿轮转动的锁定，使得机械臂的关节锁定，也就是说现有技术是通过摩擦力实现机械臂关节的锁定的。但是通过摩擦力锁定负载能力也不高，且长时间使用后极易导致磨损失效。

实用新型内容

针对背景技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种机械臂运动定位装置，包括关节件、第一转臂、锁定组件和锁定配合组件，所述第一转臂与所述关节件转动连接，所述锁定组件设于所述关节件上，所述锁定配合组件设于所述第一转臂上；

所述锁定组件包括驱动部件和弹性锁定部件，所述驱动部件与所述弹性锁定部件驱动连接，所述弹性锁定部件被配置为在锁定构型和解锁构型之间变化；

所述弹性锁定部件处于所述锁定构型时与所述锁定配合组件配合以使所述第一转臂相对所述关节件旋转锁定，且处于所述锁定构型时所述弹性锁定部件具有朝向所述锁定配合组件的弹性力以保持锁定配合；

所述弹性锁定部件处于所述解锁构型时具有朝向所述锁定构型变化的弹性力，所述驱动部件克服弹性力驱动所述弹性锁定部件由所述锁定构型变化为所述解锁构型；

所述锁定配合组件固设于所述第一转臂的转动轴线处，所述第一转臂相对所述关节件转动时带动所述锁定配合组件同轴转动。

较佳的，所述锁定配合组件为限位齿盘，所述限位齿盘朝向所述驱动部件的圆周外壁上设有若干限位齿，所述弹性锁定部件包括两个限位杆和弹性件；

两个所述限位杆间隔设置且朝向所述限位齿盘延伸设置，所述限位杆远离所述限位齿盘的一端为与所述关节件转动连接的转动端、靠近所述限位齿盘的一端为形状与所述限位齿的齿形相匹配的限位端，两个所述限位端分别位于所述限位齿盘的两侧，两个所述限位杆的所述限位端之间的间距大于所述转动端之间的间距，且所述限位杆的转动轴线与其所述限位端之间的距离大于所述限位杆的转动轴线与所述限位齿盘的最小距离；

所述弹性件设于两个所述限位杆之间且连接两个所述限位端，所述弹性件具有带动两个所述限位端相互靠近旋转的弹性力，通过所述弹性件带动两个所述限位端相互靠近旋转以使两个所述限位端靠近所述限位齿盘并与所述限位齿配合锁定所述限位齿盘，以使所述弹性锁定部件形成所述锁定构型，且两个所述限位端分别限制所述限位齿盘两个方向的旋转；

所述驱动部件的一端设于两个所述限位杆之间，用于驱动两个所述限位杆旋转使两个所述限位端相互远离，以使所述限位端离开所述限位齿盘，使得所述弹性锁定部件形成所述解锁构型。

较佳的，所述驱动部件包括直线驱动器和驱动块，所述直线驱动器驱动所述驱动块朝向或远离所述限位齿盘直线移动；

所述驱动块设于两个所述限位杆之间且位于所述转动端和所述限位端之间，所述驱动块的宽度大于两个所述转动端之间的间距，所述直线驱动器驱动所述驱动块远离所述限位齿盘移动，以使所述驱动块的两端分别接触带动两个所述限位杆旋转。

较佳的，所述关节件在所述直线驱动器和所述限位齿盘之间设有滑槽，所述驱动块滑动连接于所述滑槽内。

较佳的，包括安装座，固设于所述关节件上，所述安装座上设有两个转动柱，所述限位杆的所述转动端上设有转动孔，所述转动孔套设且转动连接于所述转动柱。

较佳的，所述限位齿为直角齿形，相邻所述限位齿之间的角度为90度，且所述限位端与所述限位齿配合时，所述限位端与所述限位齿之间具有防干涉间隙。

较佳的，所述限位齿盘上设有偏心的限位柱，所述第一转臂上设有限位孔，所述限位柱设于所述限位孔内。

较佳的，所述弹性件为拉簧，所述限位杆的所述限位端上设有固定柱，所述拉簧的两端分别固定在两个所述限位端的两个所述固定柱上。

较佳的，包括封盖，固设于所述关节件上，且盖设于所述限位杆、所述弹性件和所述驱动部件上，所述封盖对所述限位杆限位防止其离开所述关节件。

较佳的，包括第二转臂，转动连接于所述关节件。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本实用新型弹性锁定部件通过弹性力变化为锁定构型与锁定配合组件配合锁定第一转臂，且锁定时通过弹性锁定部件的弹性力保持锁定配合，解锁时驱动部件克服弹性力驱动弹性锁定部件由锁定构型变化为解锁构型。也就是说锁定第一转臂完全通过弹性锁定部件的弹性力来实现，锁定时驱动部件不受力，增强了锁定时的稳定性和抗负载能力。

2、本实用新型锁定配合组件为限位齿盘，弹性锁定部件包括两个限位杆和弹性件，通过限位杆与限位齿盘的刚性限位来达到锁紧的目的，有效的弥补了现有产品易失效、载荷小的缺陷，同时一定程度降低维护难度和使用成本。且通过限位杆与限位齿盘的刚性限位，使得负载力可沿限位杆全部传递给关节件，弹性件不受负载力，只起到辅助锁定的作用，防止因为震动等原因造成限位杆与限位齿盘刚性限位的松脱，也就是说抗负载能力不受弹性件弹力大小的影响，使得抗负载能力大大增强，且使得设计裕度大大提高。

3、本实用新型限位齿为直角齿形，相邻限位齿之间的角度为90度，限位杆的限位端角度与相邻限位齿之间的角度相同，通过直角结构使得限位杆和限位齿可以充分接触，锁定时可以更好的将负载力沿限位杆传递给关节件，增强了接触结构的受力稳定性和抗负载能力，防止锁定时的接触不稳定。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本实用新型整体示意图；

图2为本实用新型隐去示意图；

图3为本实用新型爆炸图；

图4为本实用新型限位齿盘示意图；

图5为本实用新型限位杆示意图；

图6为本实用新型限位齿盘安装示意图；

图7为本实用新型锁定状态示意图；

图8为本实用新型解锁状态示意图。

附图标记说明：

1、第二转臂；2、直线驱动器；3、封盖；4、驱动块；5、限位齿盘；6、安装座；7、限位杆；8、拉簧；9、关节件；10、第一转臂；11、滑槽；12、限位柱；13、限位孔；14、安装孔；15、固定柱；16、第一安装槽；17、第二安装槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

参看图1至8，本实用新型的核心是提供一种机械臂运动定位装置，包括关节件9、第一转臂10、第二转臂1、锁定组件和锁定配合组件，第一转臂10和第二转臂1分别转动连接于关节件9的两端，且本实施例中第一转臂10设有两个，两个第一转臂10分别与关节件9转动连接，锁定组件设于关节件9上，锁定配合组件设于第一转臂10上。

锁定组件包括驱动部件和弹性锁定部件，驱动部件与弹性锁定部件驱动连接，弹性锁定部件被配置为在锁定构型和解锁构型之间变化。弹性锁定部件处于锁定构型时与锁定配合组件配合以使第一转臂10相对关节件9旋转锁定，且处于锁定构型时弹性锁定部件具有朝向锁定配合组件的弹性力以保持锁定配合。弹性锁定部件处于解锁构型时具有朝向锁定构型变化的弹性力，驱动部件克服弹性力驱动弹性锁定部件由锁定构型变化为解锁构型。

锁定配合组件固设于第一转臂10的转动轴线处，第一转臂10相对关节件9转动时带动锁定配合组件同轴转动。

具体的，锁定配合组件为限位齿盘5，限位齿盘5上设有限位柱12和安装孔14，限位齿盘5通过螺栓穿设于安装孔14将其安装在第一转臂10的转轴处，第一转臂10上设有限位孔13，安装时限位柱12设于限位孔13内，通过限位柱12和限位孔13的配合防止限位齿盘5相对第一转臂10转动。当然也可采用其它方案防止限位齿盘5相对第一转臂10转动，例如增加销孔使用销钉定位，使用多个紧固件固定，或使用焊接等方式固定皆可，根据实际刚度需求选择适合的方案，此处不做限制。

限位齿盘5朝向驱动部件的圆周外壁上设有若干限位齿，限位齿盘5整体外形不做限制，可根据实际第一转臂10的转动角度所需确定限位齿的数量，并选择适合的外形结构，满足功能需求即可。

弹性锁定部件包括两个限位杆7和弹性件，两个限位杆7间隔设置且朝向限位齿盘5延伸设置，限位杆7远离限位齿盘5的一端为与关节件9转动连接的转动端、靠近限位齿盘5的一端为形状与限位齿的齿形相匹配的限位端。关节件9上设有第二安装槽17，第二安装槽17内设有安装座6，安装座6上设有两个转动柱，限位杆7的转动端上设有转动孔，两个限位杆7分别通过转动孔套设且转动连接于两个转动柱。

两个限位端分别位于限位齿盘5的两侧，两个限位杆7的限位端之间的间距大于转动端之间的间距，且限位杆7的转动轴线与其限位端之间的距离大于限位杆7的转动轴线与限位齿盘5的最小距离。弹性件设于两个限位杆7之间且连接两个限位端，弹性件具有带动两个限位端相互靠近旋转的弹性力，通过弹性件带动两个限位端相互靠近旋转以使两个限位端靠近限位齿盘5并与限位齿配合锁定限位齿盘5，以使弹性锁定部件形成锁定构型，且两个限位端分别限制限位齿盘5两个方向的旋转。

本实施例中，弹性件为拉簧8，限位杆7的限位端上设有固定柱15，拉簧8的两端分别固定在两个限位端的两个固定柱15上。

驱动部件的一端设于两个限位杆7之间，用于驱动两个限位杆7旋转使两个限位端相互远离，以使限位端离开限位齿盘5，使得弹性锁定部件形成解锁构型。

具体的，驱动部件包括直线驱动器2和驱动块4，关节件9上设有第一安装槽16和滑槽11，直线驱动器2设于安装槽内，滑槽11设于直线驱动器2和限位齿盘5之间且连通第一安装槽16，驱动块4滑动连接于滑槽11内且与直线驱动器2连接，直线驱动器2驱动驱动块4朝向或远离限位齿盘5直线移动。

驱动块4具体设于两个限位杆7之间且位于转动端和限位端之间，驱动块4的宽度大于两个转动端之间的间距，直线驱动器2驱动驱动块4远离限位齿盘5移动，以使驱动块4的两端分别接触带动两个限位杆7旋转，使得限位杆7的限位端远离限位齿盘5以解锁。

进一步的，限位齿为直角齿形，相邻限位齿之间的角度为90度，且限位端与限位齿配合时，限位端与限位齿之间具有防干涉间隙。通过直角结构使得限位杆7和限位齿可以充分接触，锁定时可以更好的将负载力沿限位杆7传递给关节件9，增强了接触结构的受力稳定性和抗负载能力，防止锁定时的接触不稳定。

进一步的，还包括封盖3，固设于关节件9上，且盖设于限位杆7、弹性件和驱动部件上，封盖3对限位杆7限位防止其离开关节件9，起到辅助固定元器件的功能，同时保护元器件的工作状态。

本实用新型弹性锁定部件通过弹性力变化为锁定构型与锁定配合组件配合锁定第一转臂10，且锁定时通过弹性锁定部件的弹性力保持锁定配合，解锁时驱动部件克服弹性力驱动弹性锁定部件由锁定构型变化为解锁构型。也就是说锁定第一转臂10完全通过弹性锁定部件的弹性力来实现，锁定时驱动部件不受力，增强了锁定时的稳定性和抗负载能力。

具体通过限位杆7与限位齿盘5的刚性限位来达到锁紧的目的，有效的弥补了现有产品易失效、载荷小的缺陷，同时一定程度降低维护难度和使用成本。且通过限位杆7与限位齿盘5的刚性限位，使得负载力可沿限位杆7全部传递给关节件9，拉簧8不受负载力，只起到辅助锁定的作用，防止因为震动等原因造成限位杆7与限位齿盘5刚性限位的松脱，也就是说抗负载能力不受拉簧8弹力大小的影响，使得抗负载能力大大增强，且使得设计裕度大大提高。

本实用新型锁定组件和锁定配合组件根据实际刚度、负载需求选择不同材质，包括但不限于不锈钢、碳钢、铸铁、合金、塑料等。直线驱动器2选择适用行程的驱动件，包括但不限于气缸、液压缸、电动缸、伺服电机、步进电机、丝杆电机、电磁推杆等，优先考虑自复位功能器件，即工作时，可带动机构解锁，停止工作即带动结构定位锁紧，亦满足工业设备不工作即锁定的理念。

下面对本实用新型工作过程作进一步说明：

参看图7，为解锁状态，此时直线驱动器2将驱动块4驱动至靠近限位杆7的限位端处，防止与限位杆7接触。两个限位杆7通过拉簧8的弹力与限位齿盘5锁定，第一转臂10的负载力通过限位齿盘5、限位杆7、安装座6传递给关节件9，且两个限位杆7分别限制限位齿盘5两个方向的旋转，以将第一转臂10锁定。

参看图8，解锁时，直线驱动器2驱动驱动块4朝向限位杆7的转动端移动，移动过程中驱动块4接触带动限位杆7旋转，使得限位杆7的限位端远离限位齿盘5，以实现解锁。

本实用新型旨在提升设备的稳定性、可靠性，在一定程度上降低设备的成本，简化设备的电气控制难度。本实用新型方案结构原理简单，占用空间少，有利于产品外观美化，不易失效，抗载荷能力强，应用前景广阔，装配简单且易维护，产品适应性较强，在面对诸多复杂电气化控制的同类产品，无疑降低了使用及维护成本，单一控制模块在产品的自动化程度上取得了较好的平衡，与同类产品相对各方面具有较大的优势，在医疗器械机械臂及自动化机器人等方向具有良好的应用前景。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种机械臂运动定位装置，其特征在于，包括关节件、第一转臂、锁定组件和锁定配合组件，所述第一转臂与所述关节件转动连接，所述锁定组件设于所述关节件上，所述锁定配合组件设于所述第一转臂上；

所述锁定组件包括驱动部件和弹性锁定部件，所述驱动部件与所述弹性锁定部件驱动连接，所述弹性锁定部件被配置为在锁定构型和解锁构型之间变化；

所述弹性锁定部件处于所述锁定构型时与所述锁定配合组件配合以使所述第一转臂相对所述关节件旋转锁定，且处于所述锁定构型时所述弹性锁定部件具有朝向所述锁定配合组件的弹性力以保持锁定配合；

所述弹性锁定部件处于所述解锁构型时具有朝向所述锁定构型变化的弹性力，所述驱动部件克服弹性力驱动所述弹性锁定部件由所述锁定构型变化为所述解锁构型；

所述锁定配合组件固设于所述第一转臂的转动轴线处，所述第一转臂相对所述关节件转动时带动所述锁定配合组件同轴转动。

2.根据权利要求1所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述锁定配合组件为限位齿盘，所述限位齿盘朝向所述驱动部件的圆周外壁上设有若干限位齿，所述弹性锁定部件包括两个限位杆和弹性件；

两个所述限位杆间隔设置且朝向所述限位齿盘延伸设置，所述限位杆远离所述限位齿盘的一端为与所述关节件转动连接的转动端、靠近所述限位齿盘的一端为形状与所述限位齿的齿形相匹配的限位端，两个所述限位端分别位于所述限位齿盘的两侧，两个所述限位杆的所述限位端之间的间距大于所述转动端之间的间距，且所述限位杆的转动轴线与其所述限位端之间的距离大于所述限位杆的转动轴线与所述限位齿盘的最小距离；

所述弹性件设于两个所述限位杆之间且连接两个所述限位端，所述弹性件具有带动两个所述限位端相互靠近旋转的弹性力，通过所述弹性件带动两个所述限位端相互靠近旋转以使两个所述限位端靠近所述限位齿盘并与所述限位齿配合锁定所述限位齿盘，以使所述弹性锁定部件形成所述锁定构型，且两个所述限位端分别限制所述限位齿盘两个方向的旋转；

所述驱动部件的一端设于两个所述限位杆之间，用于驱动两个所述限位杆旋转使两个所述限位端相互远离，以使所述限位端离开所述限位齿盘，使得所述弹性锁定部件形成所述解锁构型。

3.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述驱动部件包括直线驱动器和驱动块，所述直线驱动器驱动所述驱动块朝向或远离所述限位齿盘直线移动；

所述驱动块设于两个所述限位杆之间且位于所述转动端和所述限位端之间，所述驱动块的宽度大于两个所述转动端之间的间距，所述直线驱动器驱动所述驱动块远离所述限位齿盘移动，以使所述驱动块的两端分别接触带动两个所述限位杆旋转。

4.根据权利要求3所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述关节件在所述直线驱动器和所述限位齿盘之间设有滑槽，所述驱动块滑动连接于所述滑槽内。

5.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，包括安装座，固设于所述关节件上，所述安装座上设有两个转动柱，所述限位杆的所述转动端上设有转动孔，所述转动孔套设且转动连接于所述转动柱。

6.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述限位齿为直角齿形，相邻所述限位齿之间的角度为90度，且所述限位端与所述限位齿配合时，所述限位端与所述限位齿之间具有防干涉间隙。

7.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述限位齿盘上设有偏心的限位柱，所述第一转臂上设有限位孔，所述限位柱设于所述限位孔内。

8.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，所述弹性件为拉簧，所述限位杆的所述限位端上设有固定柱，所述拉簧的两端分别固定在两个所述限位端的两个所述固定柱上。

9.根据权利要求2所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，包括封盖，固设于所述关节件上，且盖设于所述限位杆、所述弹性件和所述驱动部件上，所述封盖对所述限位杆限位防止其离开所述关节件。

10.根据权利要求1所述的机械臂运动定位装置，其特征在于，包括第二转臂，转动连接于所述关节件。