WO2021136003A1 - 扭矩平衡装置、自平衡关节以及手术机器人 - Google Patents

扭矩平衡装置、自平衡关节以及手术机器人 Download PDF

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Abstract

一种扭矩平衡装置(100)、自平衡关节(10)以及手术机器人(1),其中扭矩平衡装置(100)包括第一主体部(110)、第二主体部(111)、弹性部(120)和传动部(130),第一主体部(110)包括第一连接端和与第一连接端相对的第一相对端,第二主体部(111)包括第二连接端和与第二连接端相对的第二相对端,第二主体部(111)的第二连接端与第一主体部(110)的第一连接端转动连接,弹性部(120)设置在第一主体部(110)内,传动部(130)与第二主体部(111)和弹性部(120)相连接。

Description

扭矩平衡装置、自平衡关节以及手术机器人 技术领域
本公开涉及医疗器械领域,尤其涉及扭矩平衡装置、自平衡关节以及手术机器人。
背景技术
众所周知,运动关节是机械设备尤其是运动机构中最常用的机械部分。由于应用场合的不同,对运动关节性能的要求也不尽相同。目前市场上有很多种类的运动关节,但大都用在要求不高的场合,如对精度要求不高,而且助力方向大都是单向的,负载只能朝一个方向运动。
然而在一些对精度要求较高,同时要求双向助力的一些重要场合,就需要提供一种结构更为巧妙,同时原理简单可靠的机械式运动关节。
此外,在很多场合,人们希望一些运动关节可以随动随停,称为随停关节。这样的随停运动关节需要具备两方面的性能要求:一是当松开运动关节时,运动关节立刻停止运动,随放随停;二是当使得运动关节运动时不应用过大的力,具备助力功能。
发明内容
在一些实施例中,本公开提供一种示例性的扭矩平衡装置,包括:第一主体部,包括第一连接端和与第一连接端相对的第一相对端;第二主体部,包括第二连接端和与第二连接端相对的第二相对端,第二主体部的第二连接端与第一主体部的第一连接端转动连接;弹性部,弹性部设置在所述第一主体部内; 传动部,传动部与第二主体部和弹性部相连接,传动部用于由第二主体部相对于第一主体部的转动来驱动以压缩所述弹性部,所述弹性部用于产生扭矩平衡。
在一些实施例中,本公开还提供一种自平衡关节,包括阻尼调节机构和如上所述的扭矩平衡装置。
在一些实施例中,本公开还提供一种手术机器人,该手术机器人包括至少一个运动关节,运动关节包括如上所述的扭矩平衡装置;或运动关节包括如上所述的自平衡关节。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案,下面将对本公开实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,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,还可以根据本公开实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本公开一些实施例的包含扭矩平衡装置的关节的结构示意图;
图2示出根据本公开一些实施例的包含扭矩平衡装置的关节的去除第一主体部后的结构示意图;
图3(a)示出根据本公开一些实施例的第二主体部处于中间位置时的状态示意图;
图3(b)示出根据本公开一些实施例的第二主体部处于中间位置时扭簧的状态示意图;
图4示出根据本公开一些实施例的第一主体部的结构示意图;
图5示出根据本公开一些实施例的限位挡板的结构示意图;
图6(a)示出根据本公开一些实施例的第二主体部顺时针转动时的状态示意图;
图6(b)示出根据本公开一些实施例的第二主体部顺时针转动时扭簧的状态示意图;
图6(c)示出根据本公开一些实施例的第二主体部处于左极限位置时扭簧的状态示意图;
图7(a)示出根据本公开一些实施例的第二主体部逆时针转动时的状态示意图;
图7(b)示出根据本公开一些实施例的第二主体部逆时针转动时扭簧的状态示意图;
图7(c)示出根据本公开一些实施例的第二主体部处于右极限位置时扭簧的状态示意图;
图8示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的阻尼调节机构的结构示意图;
图9示出根据本公开一些实施例的阻尼增加机构的剖视图;
图10示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的结构示意图;
图11示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的内部结构示意图;
图12示出根据本公开一些实施例的传动部和弹性部相互配合的示意图;
图13示出根据本公开一些实施例第二主体部逆时针转动时的状态示意图;
图14示出根据本公开一些实施例第二主体部顺时针转动时的状态示意图;
图15示出根据本公开一些实施例的安装座的结构示意图;
图16示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的背面结构示意图;
图17示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的局部结构示意图;
图18示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的另一局部结构示意图;
图19示出根据本公开一些实施例的阻尼调节机构的结构示意图;
图20示出根据本公开一些实施例的阻尼调节机构的爆炸图;
图21示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的剖视图;
图22示出根据本公开一些实施例的第一主体部和第二摩擦部配合的结构示意图;
图23示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的结构示意图;
图24示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的局部结构示意图;
图25示出根据本公开一些实施例的从动齿轮的结构示意图;
图26示出根据本公开一些实施例的第二主体部逆时针转动时的状态示意图;
图27示出根据本公开一些实施例的第二主体部顺时针转动时的状态示意图;
图28示出根据本公开一些实施例的自平衡关节的剖视图;
图29(a)示出根据本公开一些实施例的第一主体部的正面视图;
图29(b)示出根据本公开一些实施例的第一主体部的背面视图;
图30示出根据本公开一些实施例的端面齿啮合锁紧机构的结构示意图;
图31示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的结构示意图;
图32示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置的结构示意图;
图33示出根据本公开一些实施例的周面齿啮合锁紧机构的结构示意图;
图34示出根据本公开一些实施例的周面齿平移块的结构示意图;
图35示出根据本公开一些实施例的多片层电磁铁抱闸装置的结构示意图;
图36示出根据本公开一些实施例的多片层的结构示意图;
图37示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构与抱闸装置的连接示意图;
图38示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构与抱闸装置的安装剖面图;
图39示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构的结构示意图;
图40示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构单侧锁紧的示意图;
图41(a)示出根据本公开一些实施例的电磁铁未作用时抱闸装置各部件的位置示意图;
图41(b)为电磁铁作用时抱闸装置各部件的位置示意图;
图41(c)为电磁铁与抱闸锁紧机构均作用时抱闸装置各部件的位置示意图;
图42示出根据本公开一些实施例的启动旋钮的结构剖面图;
图43示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置并联锁紧的示意图;
图44示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置串联锁紧的示意图;
图45示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置混联锁紧的示意图;
图46示出根据本公开一些实施例的手术机器人的结构示意图;
图47示出根据本公开一些实施例的运动关节的一角度的结构示意图;
图48示出根据本公开一些实施例的运动关节的另一角度的结构示意图;
图49示出根据本公开一些实施例的手术机器人的部分结构的主视图;
图50示出根据本公开一些实施例的手术机器人的部分结构的后视图;
图51示出根据本公开一些实施例的运动关节的端面结构示意图。
具体实施方式
为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚, 下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
在本公开的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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公开和简化描述,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公开的限制。此外,术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本公开的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中,定义靠近操作者的一端为近端、近部或后端、后部,靠近手术患者的一端为远端、远部或前端、前部。
在本公开中,自平衡可以定义为提供相反的作用力。
图1和图2分别示出根据本公开一些实施例的包含扭矩平衡装置100的关节的整体构示意图和去除第一主体部110后的结构示意图。如图1和图2所示,本实施例提供的扭矩平衡装置100,可以包括弹性部120、传动部130、以及彼此转动连接的第一主体部110和第二主体部111。第一主体部110可以包括第一连接端和与第一连接端相对的第一相对端,第二主体部111可以包括第二连接 端和与第二连接端相对的第二相对端,第二主体部111的第二连接端与第一主体部110的第一连接端转动连接,第二主体部111的第二相对端可以设有负载G(图1、2中仅示出示例性的示意)。第一主体部110的第一连接端可以固定连接于某可动或不动的载体上,或者也可以活动连接于某可动或不动的载体上,可动的载体可以为运动关节,不动的载体可以为机器人的基座。弹性部120设置在第一主体部110内,弹性部120可以为具有弹性回复功能的弹簧或其他的弹性件。传动部130的一端与第二主体部111连接,传动部130的另一端与弹性部120连接,在外力(或负载G)驱动第二主体部111相对于第一主体部110转动时,带动传动部130运动以压缩弹性部120,弹性部120由此产生与外力相当的反作用力,从而可以实现扭矩平衡。
第一主体部110和第二主体部111可以为连杆结构。在一些实施例中,第一主体部110和第二主体部111可以为筒状、立体状或扁平状等。在一些实施例中,第二主体部111的旋转轴线X可以垂直于第一主体部110和第二主体部111的长度方向。在一些实施例中,如图1所示,第二主体部111的旋转轴线X可以平行于第一主体部110的长度方向且垂直于第二主体部111的长度方向。在一些实施例中,第二主体部111的旋转轴线X可以垂直于第一主体部110的长度方向且平行于第二主体部111的长度方向。
在一些实施例中,如图2所示,传动部130可以包括轴承131和旋转轴132,轴承131包括彼此可相对转动的内圈和外圈。至少一个轴承131安装于第一主体部110内(轴承131可以为一对,分别设置在第一主体部110的第一连接端和第一相对端,如图2所示),且轴承131的外圈与第一主体部110固定连接。旋转轴132的一端可以与轴承131的内圈固定连接,旋转轴132的另一端可以与第二主体部111的第二连接端固定连接。如图1所示,旋转轴132的 旋转轴线X平行于第一主体部110的长度方向且垂直于第二主体部111的长度方向。由此,第二主体部111可相对于第一主体部110转动。
图3(a)和图3(b)分别示出根据本公开一些实施例的第二主体部111处于中间位置时的状态示意图和第二主体部111处于中间位置时扭簧121的状态示意图。如图3(b)所示,在一些实施例中,弹性部120可以包括扭簧121,扭簧121的两端可以分别包括外伸腿1211a-b。
图4和图5分别示出根据本公开一些实施例的第一主体部110和限位挡板141b的结构示意图。如图5所示,在一些实施例中,扭矩平衡装置100还可以包括限位部140。如图4所示,限位部140可以包括设置在第一主体部110内的第一限位挡板141a和第二限位挡板141b。第一和第二限位挡板141a-b上分别形成有限制扭簧121在给定的角度范围内转动的限位槽1411a-b。在一些实施例中,如图5所示,第一和第二限位挡板141a-b可以为环形板,第一和第二限位挡板141a-b上的限位槽1411a-b可以为弧形槽,其弧度与旋转轴132的外部轮廓相配合,限位槽1411a-b的两端部分别形成有用于限制扭簧121的外伸腿1211a-b移动的止挡端A1-A2和B1-B2(可参考图4)。第一和第二限位挡板141a-b可以设置在第一主体部110内,且分别有间隙的套设在旋转轴132的两端。第一和第二限位挡板141a-b与第一主体部110可以一体成形或者与第一主体部110固定连接。
在一些实施例中,扭矩平衡装置100还可以包括阻挡部150。阻挡部150可以包括至少一个挡钉。如图2所示,阻挡部150可以包括一对挡钉151a-b,一对挡钉151a-b可以分别固定或一体成型地设置在旋转轴132的两端。一对挡钉151a-b分别沿旋转轴132的径向延伸。
如图3(a)所示,在第二主体部111处于中间状态时,此时负载G对旋转 轴132的扭矩为0,扭簧121不需要提供平衡力,此时扭簧121的状态如图3(b)所示,扭簧121的外伸腿1211a可以与挡钉151a和限位槽1411a的止挡端A1相接触(可参考图4),扭簧121的外伸腿1211b可以与挡钉151b和限位槽1411b的止挡端B2相接触,此时扭簧121除了少许预紧力之外,基本处于松弛状态。
图6(a)、图6(b)和图6(c)分别示出根据本公开一些实施例的第二主体部111顺时针转动时的状态示意图、第二主体部111顺时针转动时扭簧121的状态示意图和第二主体部111处于顺时针极限位置时扭簧121的状态示意图。如图6(a)所示,在第二主体部111向右侧转动时(这里的“右”指的是从垂直于图6(a)的纸面方向观察的顺时针方向),此时旋转轴132沿顺时针方向(这里“顺时针”指的是从垂直于图5、图3(a)、图6(a)的纸面方向观察的顺时针)旋转。如图6(b)所示,带动与旋转轴132固连的挡钉151a-b转动,挡钉151a将压着扭簧121的外伸腿1211a沿限位槽1411a的止挡端A1向A2的方向运动使得扭簧121压缩,此时扭簧121另一侧的外伸腿1211b被相对的限位槽1411b的止挡端B2限制而不动,由此扭簧121可以同样产生平衡力来平衡负载G的引起的力矩,达到力平衡的目的,减少人为作用力,此时扭簧121的状态如图6(b)所示。当继续顺时针转动第二主体部111时,挡钉151a将继续使扭簧121压缩,直至扭簧121的外伸腿1211a达到限位槽1411a的止挡端A2,此时因机械限位第二主体部111达到右极限状态,对应的扭簧121的状态如图6(c)所示。
图7(a)、图7(b)和图7(c)分别示出根据本公开一些实施例的第二主体部111逆时针转动时的状态示意图、第二主体部111逆时针转动时扭簧121的状态示意图和第二主体部111处于逆时针极限位置时扭簧121的状态示意图。如图7(a)所示,在第二主体部111向左侧转动时(这里的“左”指的是 从垂直于图7(a)的纸面方向观察的逆时针方向),此时旋转轴132沿逆时针方向旋转(这里“逆时针”指的是从垂直于图5、图3(a)、图6(a)和图7(a)的纸面方向观察的逆时针),带动与旋转轴132固连的挡钉151b转动,挡钉151b将压着扭簧121一侧的外伸腿1211b沿限位槽1411b的止挡端B2向B1的方向运动使得扭簧121旋转压缩,此时扭簧121另一侧的外伸腿1211a被限位槽1411a的止挡端A1限制而不动,由此扭簧121可以产生平衡力来平衡负载G的引起的力矩,此时扭簧121的状态如图7(b)所示。当继续逆时针转动第二主体部111时,挡钉151b将继续使扭簧121压缩,直至扭簧121的外伸腿1211b达到限位槽1411b的止挡端B1,此时因机械限位第二主体部111达到左极限位置,对应的扭簧121的状态如图7(c)所示。
在一些实施例中,扭簧121的一端可以包括外伸腿1211。限位部140可以包括固定设置在第一主体部110内的一个限位挡板141,限位挡板141有间隙的套设在旋转轴132的外部。阻挡部150包括一个挡钉151。此时,扭簧121套设在旋转轴132的外部,扭簧121一端的外伸腿1211与挡钉151抵接,外伸腿1211的末端可以移动地限制在限位挡板141的限位槽1411内。扭簧121的另一端可以固定设置在第一主体部110上,由此可以形成单向扭矩平衡,从而可以实现单向助力。扭矩平衡装置既可以具有单向的平衡效果,也可以具有双向的平衡效果,且结构紧凑,原理简单,易于实现,从而具有很高的实用性和可靠性。
如图1和图2所示,本公开提供的自平衡关节10可以包括扭矩平衡装置100,以在受到外力或者负载G时实现扭矩平衡。扭矩平衡装置主要采用机械结构,从而保证了包含该扭矩平衡装置的运动关节和随停运动关节具有非常高 的稳定性与可靠性。
在一些实施例中,自平衡关节10还可以包括阻尼调节机构101。图8和图9分别示出根据本公开一些实施例的自平衡关节10的阻尼调节机构101的结构示意图和阻尼调节机构101的剖视图。通过将运动轴系、弹簧助力机构和阻尼调节机构的结构封装在一起,既可以实现向一个方向运动的随停运动关节,也可以实现向两个方向运动的随停运动关节,还可以实现在较小体积空间内平衡较大的负载。
如图8和图9所示,阻尼调节机构101可以包括导向件102、摩擦件103和第二弹性件104。导向件102设置在第一主体部110上且可沿第一主体部110的径向移动。应当理解,导向件102可沿第一主体部110的径向滑动或者螺纹旋转移动。摩擦件103径向可移动、周向不可转动地设置在第一主体部110上,摩擦件103端部位于旋转轴132的外部,且与旋转轴132之间存在摩擦界面,摩擦件103与导向件102之间留有活动间隙。第二弹性件104的一端抵顶在导向件102上,第二弹性件104的另一端抵顶在摩擦件103上。导向件102沿第一主体部110的径向并向靠近摩擦件103的方向移动时,压缩第二弹性件104以对摩擦件103施加作用力,从而增加摩擦件103与旋转轴132之间的摩擦力,从而控制旋转轴132在转动时受到的摩擦阻尼的大小。阻尼调节机构可以调节阻尼大小,从而可以增加运动精度以及有效的保证使用性能。
如图9所示,在一些实施例中,导向件102可以为导向螺钉1021。在一些实施例中,导向螺钉1021包括导向杆1023和一体形成于导向杆1023一端的螺头1022,第一主体部110上可以开设有用于安装导向螺钉1021的安装孔1101(可参考图8),安装孔1101远离摩擦件103的一部分形成螺纹孔,导向杆1023的外周具有与螺纹孔相配合的外螺纹,导向杆1023螺纹配合设置在螺纹孔内。 螺头1022可以用于与第一主体部110抵持即为能够旋进的极限位置。在一些实施例中,如图9所示,导向螺钉1021可以为多个,且多个导向螺钉1021可以沿周向均匀设置在第一主体部110上。
如图9所示,摩擦件103可以包括导向柱1031和一体形成于导向柱1031一端的摩擦片1032,摩擦片1032上形成与旋转轴132接触的摩擦面,且摩擦面可以为与旋转轴132的外部轮廓相配合的弧面。在一些实施例中,摩擦件103上可以开设有沿旋转轴132的径向设置的阶梯孔,阶梯孔的粗段形成弹簧定位孔,阶梯孔的细段形成螺钉导向孔。
在一些实施例中,安装孔1101靠近摩擦件103的另一部分形成导向孔,摩擦件103的导向柱1031滑动配合在导向孔内,以限制摩擦件103的周向运动但不限制摩擦件103沿旋转轴132的径向移动。
在一些实施例中,第二弹性件104可以为弹簧,第二弹性件104套设在导向螺钉1021的导向杆1023上,且第二弹性件104的一端与螺头1022抵持,另一端与阶梯孔的弹簧定位孔端部抵持。
当沿第一主体部110的径向并向靠近或远离摩擦件103的方向旋进或旋出导向螺钉1021的导向杆1023时,导向杆1023通过安装孔1101伸入导向柱1031的螺钉导向孔中,导向杆1023沿螺钉导向孔往复运动,改变导向杆1023与摩擦件103之间的距离,从而改变第二弹性件104的压缩量以改变摩擦件103对旋转轴132的压力,从而可以增加或减小摩擦件103对旋转轴132的阻尼大小。
图10和图11分别示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置200的结构示意图和内部结构示意图,图12示出根据本公开一些实施例的传动部230和弹性部220相互配合的示意图。
在一些实施例中,如图11所示,弹性部220可以包括安装座222、滑动压块223和压缩弹簧221。安装座222可以安装在第一主体部210上,安装座222内部具有容纳腔。在一些实施例中,安装座222可以直接为第一主体部210的一部分。如图12所示,在一些实施例中,安装座222呈槽型,安装座222包括腹板2221和位于腹板2221两侧的第一翼板2222a和第二翼板2222b,安装座222的第一和第二翼板2222a-b之间设置有至少一个导向柱224。滑动压块223位于安装座222的容纳槽内,并可以滑动设置在导向柱224上。滑动压块223可以呈片状或者板状等。压缩弹簧221设置在安装座222和滑动压块223之间。在一些实施例中,第一和第二翼板2222a-b的截面可以分别为L型。
如图11和图12所示,滑动压块223通过传动部230与第二主体部211连接,在第二主体部211相对于第一主体部210转动时,第二主体部211通过传动部230驱动滑动压块223压缩压缩弹簧221,压缩弹簧221由此产生反作用力。
图13和图14分别示出根据本公开一些实施例第二主体部211逆时针转动时和顺时针转动时的状态示意图。如图13和图14所示,在一些实施例中,如图所示,压缩弹簧221可以包括第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212。弹性部还可以包括一对滑动压板225a-b。一对滑动压板225a-b分别滑动设置在位于滑动压块223两侧的导向柱224上,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212可以分别套设在位于滑动压板225a-b和安装座222的翼板2222a-b之间的导向柱上,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212的一端分别抵顶在安装座222的第一和第二翼板2222a-b上,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212的另一端分别抵顶在一对滑动压板225a-b上。
在一些实施例中,在位于两滑动压板225a-b之间的安装座222的腹板2221 上设置有至少一个限位块2223,以对滑动压板225a-b的位移进行限制。在一些实施例中,导向柱224的数量可以为多个,分别间隔设置在安装座222的第一和第二翼板2222a-b之间,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212的数量可以根据需要进行调节,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212可以分别套设在相对应的导向柱224上,由此可以平衡不同重量的负载G,形成双向助力的扭矩平衡装置。
在一些实施例中,传动部230可以包括滑轮传动机构。如图11和图12所示,滑轮传动机构可以包括:转接块231、第一滑轮组、第二滑轮组、第一牵引绳234和第二牵引绳235。
转接块231固定设置在第二主体部211的第二连接端,第二主体部211可以通过转接块231相对于第一主体部210旋转。应当理解,转接块231可以为旋转轴、环状旋转件或者轴承等,转接块231的周面上设有间隔设置的线槽。
如11和图12所示,第一滑轮组可以包括第一定滑轮组2321和第一动滑轮组2322,第一定滑轮组2321转动设置在安装座222的第一翼板2222a上,第一动滑轮组2322转动设置在滑动压块223上。第二滑轮组包括第二定滑轮组2331和第二动滑轮组2332,第二定滑轮组2331转动设置在安装座222的第二翼板2222b上,第二动滑轮组2332转动设置在滑动压块223上。
在一些实施例中,第一牵引绳234和第二牵引绳235可以为钢丝绳或者其他具有高强度的绳或带等。第一牵引绳234和第二牵引绳235分别位于转接块231的两侧,第一牵引绳234和第二牵引绳235的一端固定连接在转接块231上,并沿转接块231的线槽缠绕,第一牵引绳234的另一端经过第一定滑轮组2321和第一动滑轮组2322后固定连接在安装座222的第一翼板2222a上,第二牵引绳235的另一端经过第二定滑轮组2331和第二动滑轮组2332后固定连接 在安装座222的第二翼板2222b上。
如12和图13所示,在一些实施例中,第一定滑轮组2321可以包括通过一对定滑轮销轴240a-b分别转动连接在安装座222的第一翼板2222a上的一对第一定滑轮2321a和2321b,第二定滑轮组2331可以包括通过一对定滑轮销轴240c-d分别转动连接在安装座222的第二翼板2222b上的一对第二定滑轮2331a和2331b。
如图13所示,在一些实施例中,第一动滑轮组2322可以包括通过一对动滑轮销轴241a-b分别转动连接在滑动压块223上的一对第一动滑轮2322a和2322b,第二动滑轮组2332可以包括通过动滑轮销轴241a-b分别转动连接在滑动压块223上的第二动滑轮2332a和2332b。
第一牵引绳234的另一端依次经过第一定滑轮2321a、第一动滑轮2322a、第一定滑轮2321b和第一动滑轮2331b后与安装座222的第一翼板2222a连接,第二牵引绳235的另一端依次经过第二定滑轮2331a、第二动滑轮2332a、第二定滑轮2331b和第二动滑轮2332b后与安装座222的第二翼板2222b连接。
在初始状态下(如图11所示),负载G的重心处于转接块231的旋转轴线X的正上方,此时负载G(例如重力)对转接块231不产生扭矩。而此时滑动压块223处于中间状态,左侧滑动压板225a在第一组压缩弹簧2211的作用下向右抵接安装座222上的限位块2223,右侧滑动压板225b在第二组压缩弹簧2212的作用下向左抵接安装座222上的限位块2223,此时第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212除了少量的预紧力外基本处于原长状态,第一组压缩弹簧2211和第二组压缩弹簧2212对转接块231或第二主体部211均没有作用力,此时整个装置处于平衡状态。
在第二主体部211向左侧转动时(如图13所示)(这里的“左”指的是从 垂直于图13的纸面方向观察的逆时针),此时转接块231沿逆时针方向旋转(这里“逆时针”指的是从垂直于图11和图13的纸面方向观察的逆时针),负载G对转接块231产生逆时针方向的扭矩,此时第二牵引绳235在转接块231的带动下向上移动,第二牵引绳235缠绕在转接块231上的长度增加,进而通过第二动滑轮2332a和2332b带动滑动压块223向右侧移动,滑动压块223通过右侧滑动压板225b使得右侧第二组压缩弹簧2212处于压缩状态,从而产生平衡力来平衡负载G对转接块231的扭矩。与此同时,左侧第一组压缩弹簧2211在左侧滑动压板225a(被限位块2223限制而不能向右移动)的限制下处于原来状态不变,但由于滑动压块223带动第一动滑轮2322a和第一动滑轮2322b向右侧移动,使得第一牵引绳234缠绕在转接块231上的长度减小,且这部分长度与允许第一动滑轮2322a和2322b向右移动所需的长度正好相同,因此第一牵引绳234在第一动滑轮2322a和2322b的牵拉下始终维持绷紧状态。如此,当负载G向左侧运动时,在平衡力的作用下,不会出现突然加速的情况,并且扭矩平衡装置200恢复至原来状态时需要的外在作用力也大幅缩小,可以实现良好的助力功能。
在第二主体部211向右侧转动时(如图14所示)(这里的“右”指的是从垂直于图14的纸面方向观察的顺时针),此时转接块231沿顺时针方向旋转(这里“顺时针”指的是从垂直于图11和图14的纸面方向观察的顺时针)。负载G对转接块231产生顺时针方向的扭矩,此时第一牵引绳234在转接块231的带动下向上移动,第一牵引绳234缠绕在转接块231的长度增加,进而通过第一动滑轮2322a和2322b带动滑动压块223向左侧移动,滑动压块223通过左侧滑动压板225a使得左侧第一组压缩弹簧2211处于压缩状态,从而产生平衡力来平衡负载G对旋转轴的扭矩。与此同时,右侧第二组压缩弹簧2212在右侧滑动 压板225b(被限位块2223限制住不能向左移动)的限制下处于原来状态不变,但由于滑动压块223带动第二动滑轮2332a和2332b向右侧移动,使得第二牵引绳235缠绕在转接块231上的长度减小,且这部分长度与允许第二动滑轮2332a和2332b向右移动所需的长度正好相同,因此第二牵引绳235在第二动滑轮2332a和2332b的牵拉下始终维持绷紧状态。
在一些实施例中,弹性部220可以包括第一组压缩弹簧2211和滑动压块223。第一组压缩弹簧2211套设在位于安装座222一侧的第一翼板2222a和滑动压块223之间的导向柱224上,且第一组压缩弹簧2211的一端抵顶在安装座222的第一翼板2222a上,另一端抵顶在滑动压块223上。在一些实施例中,滑轮传动机构包括:转接块231、第一滑轮组和第一牵引绳234。第一牵引绳234位于转接块231的一侧,第一牵引绳234的一端固定连接在转接块231上,并沿转接块231的线槽缠绕,第一牵引绳234的另一端经过第一定滑轮组2321和第一动滑轮组2322后固定连接在安装座222的第一翼板2222a上。由此可以形成可单向助力的扭矩平衡装置200。
图15示出根据本公开一些实施例的安装座222的结构示意图。如图11和图15所示,在一些实施例中,该扭矩平衡装置200还可以包括第一和第二牵引绳调整部250a-b,第一牵引绳调整部250a可以包括螺柱251a和调节块252a,第二牵引绳调整部250b包括螺柱251b和调节块252b,螺柱251a和251b分别设置在安装座222的第一和第二翼板2222a-b上,螺柱251a和251b上均形成有外螺纹。调节块252a和252b呈中空的筒形,且调节块252a和252b的内部分别形成有与螺柱251a和251b的外螺纹相配合的内螺纹,调节块252a和252b分别螺纹连接在螺柱251a和251b上,第一牵引绳234和第二牵引绳235分别固定连接在调节块252a和252b上。由此,通过旋转调节块252a和252b可实现其沿 着螺柱251a和251b移动,进而可以调整第一牵引绳234和第二牵引绳235的位置,使得在平衡时滑动压块223处于导向柱224的中间位置,且第一牵引绳234和第二牵引绳235均处于绷紧状态。应当理解,在使用过程中调节块252a和252b的位置可以不变。
在一些实施例中,如图15所示,调节块252a和252b均可以沿轴向形成有一豁口,第一牵引绳234和第二牵引绳235的另一端形成突出的抵持部,抵持部可以呈块状或者柱状或者其他形状,可以用于防止第一牵引绳234和第二牵引绳235从豁口处滑脱。第一牵引绳234和第二牵引绳235经豁口分别穿设在调节块252a和252b内,以使第一牵引绳234和第二牵引绳235的抵持部被分别限制在调节块252a和252b内。
图16、图17和图18分别示出根据本公开一些实施例的自平衡关节20的背面结构示意图、局部结构示意图和另一局部结构示意图。在一些实施例中,如图16、图17和图18所示,本公开提供的自平衡关节20可以包括扭矩平衡装置200,以在受到外力或者负载G时实现扭矩平衡。
在一些实施例中,自平衡关节20还可以包括阻尼调节机构201。图19和图20分别示出根据本公开一些实施例的阻尼调节机构201的结构示意图和阻尼调节机构201的爆炸图,图21示出根据本公开一些实施例的自平衡关节20的剖视图。
如图19、图20和图21所示,阻尼调节机构201可以包括:转动部202、第一摩擦部203、第二摩擦部204和调节部205。转动部202包括可相对转动的内圈2021和外圈2022,转动部202的外圈2022与第一主体部210固定连接。第一摩擦部203与转动部202的内圈2021和第二主体部211固定连接。第二摩 擦部204轴向可移动、周向不可转动地设置在第一主体部210上,且第二摩擦部204与第一摩擦部203之间形成摩擦界面。调节部205与第二摩擦部204连接,用于驱动第二摩擦部204沿阻尼调节机构201的轴向靠近或远离第一摩擦部203,以使第二摩擦部204与第一摩擦部203之间摩擦界面的摩擦阻尼增加或减小,从而可以控制转动部202在转动时受到的摩擦阻尼的大小。
如图19所示,在一些实施例中,转动部202可以为交叉滚子轴承,其外圈2022可以通过螺栓206和螺母207与第一主体部210固定连接。交叉滚子轴承的内圈2021通过螺栓208和螺母209与第一摩擦部203和第二主体部211固定连接,且第一摩擦部203位于交叉滚子轴承靠近第一主体部210的一侧,第二主体部211位于交叉滚子轴承远离第一主体部210的另一侧。在一些实施例中,第一摩擦部203可以为内圈摩擦环,第二摩擦部204可以为外圈摩擦环。在一些实施例中,第一摩擦部203和第二摩擦部204也可以是摩擦块或摩擦片。
在一些实施例中,调节部205可以包括:保持架2051、导向件2052和第一弹性件2053。保持架2051可以通过螺栓206和螺母207与第一主体部210和交叉滚子轴承的外圈2022固连。导向件2052设置在保持架2051上且可沿保持架2051的轴向移动。应当理解,导向件2052可沿第一主体部210的轴向滑动或者螺纹旋转移动。第一弹性件2053可以套设在导向件2052上,且第一弹性件2053的一端抵顶在导向件2052上,第一弹性件2053的另一端抵顶在第二摩擦部204上。在一些实施例中,第一弹性件2053可以为弹簧。
在一些实施例中,如图20所示,导向件2052可以为导向螺钉,导向螺钉可以包括导向杆和一体形成于导向杆一端的螺头,且螺头的外周具有外螺纹,保持架2051的内圈具有与螺头的外螺纹相配合的内螺纹,螺头螺纹连接在保持 架2051内。导向杆与螺头之间形成有弹簧定位套,第一弹性件2053的一端位于弹簧定位套内,第一弹性件2053的另一端抵顶在第二摩擦部204上。
由此,当旋转导向件2052使其沿阻尼调节机构201的轴向旋进移动时,压缩第一弹性件2053以对第二摩擦部204施加作用力,从而使第二摩擦部204与第一摩擦部203之间产生更大的摩擦阻尼,以限制转动部202的内圈2021、外圈2022之间的相对转动,进而限制分别与转动部202的内圈2021、外圈2022相连的第二主体部211和第一主体部210的相对转动。反之,当旋转导向件2052使其沿阻尼调节机构201的轴向旋出移动时,将使得第一弹性件2053的压缩量减少,从而使第二摩擦部204与第一摩擦部203之间的摩擦阻尼减小,以便于转动部202的内圈2021、外圈2022之间的相对转动,进而便于分别与转动部202的内圈2021、外圈2022相连的第二主体部211和第一主体部210的相对转动。
在一些实施例中,如图17和图18所示,在第一主体部210的第一连接端两侧分别形成有凹槽2101a和2101b。转动部202位于凹槽2101a内,保持架2051、第一弹性件2053和导向件2052位于凹槽2101b内。凹槽2101a和凹槽2101b之间的第一主体部210上形成有导向通道,第一摩擦部203和第二摩擦部204位于该导向通道内。
图22示出根据本公开一些实施例的第一主体部210和第二摩擦部204配合的结构示意图。如图22所示,在一些实施例中,第二摩擦部204的外周形成有多个凸齿,第一主体部210的导向通道内形成有与第二摩擦部204的外部轮廓相配合的导向槽,第二摩擦部204配合在导向槽内,以使导向槽可限制第二摩擦部204的周向运动但不限制第二摩擦部204沿阻尼调节机构201轴向的移动。
图23和图24分别示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置300的结构示意图和局部结构示意图。
在一些实施例中,如图23所示,弹性部320可以包括安装座322、第一滑动压块323a、第二滑动压块323b和压缩弹簧321。如图24所示,压缩弹簧321可以包括第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212。第一和第二滑动压块323a-b分别滑动设置在导向柱324上,第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212可以分别套设在位于第一和第二滑动压块323a-b和安装座322的翼板3222a-b之间的导向柱324上,第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212的一端分别抵顶在安装座322的第一和第二翼板3222a-b上,第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212的另一端分别抵顶在第一和第二滑动压块323a-b上。在一些实施例中,在位于第一和第二滑动压块323a-b之间的安装座322的腹板3221上设置有至少一个限位块3223,以对第一和第二滑动压块323a-b的位移进行限制。
在一些实施例中,传动部330可以包括为齿轮传动机构331,齿轮传动机构331可以包括主动齿轮332和从动齿轮333。图25示出根据本公开一些实施例的从动齿轮333的结构示意图,图26示出根据本公开一些实施例的第二主体部311逆时针转动时的状态示意图。如图25和图26所示,主动齿轮332固定设置在第二主体部311的第二连接端,第二主体部311的第二连接端可以通过旋转轴(图中未示)或者轴承与第一主体部310转动连接,从而带动主动齿轮332随第二主体部311相对于第一主体部310转动。从动齿轮333可以通过齿轮连接销轴340转动连接在第一主体部310上且与主动齿轮332相互啮合。应当理解,齿轮连接销轴340也可以形成限位块3223,以对第一和第二滑动压块323a-b的位移进行限制。在一些实施例中,从动齿轮333可以为优弧扇形。应 当理解,从动齿轮333还可以为半圆形或者扇形等。从动齿轮333上与齿面相对的一侧形成有拨块3331,拨块3331位于第一和第二滑动压块323a-b分别与第一压缩弹簧3211和第二压缩弹簧3212接触的相对的另一侧,且拨块3331伸入第一和第二滑动压块323a-b之间的间隙,拨块3331用于在从动齿轮333转动时推动第一滑动压块323a或第二滑动压块323b向远离从动齿轮333转动轴线的方向移动,而从动齿轮333除了拨块3331外的其它部分则不与第一和第二滑动压块323a-b接触。
在初始状态下(如图23所示),负载G的重心处于旋转轴的旋转轴线X的正上方,此时负载G的重力对旋转轴不产生扭矩。而此时左侧第一滑动压块323a在第一组压缩弹簧3211的作用下向右侧抵接安装座322上的限位块3223,右侧第二滑动压块323b在第二组压缩弹簧3212的作用下向左抵接安装座322上的限位块3223,此时第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212除了少量的预紧力外基本处于松弛状态,第一组压缩弹簧3211和第二组压缩弹簧3212对旋转轴或第二主体部311均没有作用力,此时整个装置处于平衡状态。
如图26所示,在第二主体部311向左侧转动时(这里的“左”指的是从垂直于图26的纸面方向观察的逆时针),此时旋转轴沿逆时针方向旋转(这里“逆时针”指的是从垂直于图23和图26的纸面方向观察的逆时针),负载G对旋转轴产生逆时针方向的扭矩,此时从动齿轮333在主动齿轮332的作用下顺时针转动,从而带动从动齿轮333的拨块3331向左侧运动,拨块3331推动左侧第一滑动压块323a压紧左侧第一组压缩弹簧3211,左侧第一组压缩弹3211则产生回弹力来限制左侧第一滑动压块323a向左侧运动,从而达到平衡负载G引起的逆时针方向扭矩的效果。与此同时,右侧第二组压缩弹簧3212在右侧第二滑动压块323b(被限位块3223限制而不能向左移动)的限制下处于原来状态不 变。
图27示出根据本公开一些实施例的第二主体部331顺时针转动时的状态示意图。如图27所示,在第二主体部311向右侧转动,(这里的“右”指的是从垂直于图27的纸面方向观察的顺时针),此时旋转轴沿顺时针方向旋转(这里“顺时针”指的是从垂直于图23和图27的纸面方向观察的顺时针)。负载G对旋转轴产生顺时针方向的扭矩,此时从动齿轮333在主动齿轮332的作用下逆时针转动,从而带动从动齿轮333的拨块3331向右侧运动,拨块3331推动右侧第二滑动压块323b压紧右侧第二组压缩弹簧3212,右侧第二组压缩弹簧3212则产生回弹力来限制第二滑动压块323b向右侧运动,从而达到平衡负载G引起的逆时针方向扭矩的效果。与此同时,第一组压缩弹簧3211在左侧第一滑动压块323a(被限位块3223限制而不能向右移动)的限制下处于原来状态不变。
在一些实施例中,弹性部320可以包括第一组压缩弹簧3211和第一滑动压块323a。第一组压缩弹簧3211套设在位于安装座322一侧的第一翼板3222a和第一滑动压块323a之间的导向柱324上,且第一组压缩弹簧3211的一端抵顶在安装座322的第一翼板3222a上,另一端抵顶在第一滑动压块323a上。在一些实施例中,齿轮传动机构331包括:主动齿轮332和从动齿轮333。从动齿轮333上的拨块3331位于第一滑动压块323a与第一组压缩弹簧3211接触的相对的另一侧。由此可以形成可单向助力的扭矩平衡装置300。
图28示出根据本公开一些实施例的自平衡关节30的剖视图。在一些实施例中,如图28所示,本公开提供的自平衡关节30可以包括扭矩平衡装置300,以在受到外力或者负载G时实现扭矩平衡。
在一些实施例中,自平衡关节30还可以包括阻尼调节机构201。
如图28、图19和图20所示,可调阻尼机构201的保持架2051可以通过螺栓206和螺母207与转动部202的外圈2022和第一主体部310固定连接。第一摩擦部203与转动部202的内圈2021和第二主体部311通过螺栓208和螺母209固定连接。第二摩擦部204轴向可移动、周向不可转动地设置在第一主体部310上,且第二摩擦部204与第一摩擦部203之间形成接触界面。
当旋转导向件2052使其沿阻尼调节机构201的轴向旋进或旋出移动时,压缩或释放第一弹性件2053,从而增加或减小第二摩擦部204与第一摩擦部203之间的摩擦阻尼,以限制转动部202的内圈2021、外圈2022之间的相对转动,进而限制分别与转动部202的内圈2021、外圈2022相连的第二主体部311和第一主体部310的相对转动。
图29(a)和图29(b)分别示出根据本公开一些实施例的第一主体部310的正面视图和背面视图。如图28、图29(a)和图29(b)所示,在一些实施例中,在第一主体部310的第一连接端两侧分别形成有凹槽3101a和3101b。转动部202位于凹槽3101a内,保持架3051、第一弹性件2053和导向件2052位于凹槽3101b内。凹槽3101a和凹槽3101b之间的第一主体部310上形成有导向通道,第一摩擦部203和第二摩擦部204位于该导向通道内。
在一些实施例中,第二摩擦部204的外周形成有多个凸齿,第一主体部310的导向通道内形成有与第二摩擦部204的外部轮廓相配合的导向槽(可参考图29(b)),第二摩擦部204配合在导向槽内,以使导向槽可限制第二摩擦部204的周向运动但不限制第二摩擦部204沿阻尼调节机构201轴向的移动。
本公开的一些实施例还提供齿轮锁紧机构。扭矩平衡装置100还可以包括本公开的一些实施例中的齿轮锁紧机构。在一些实施例中,扭矩平衡装置100 的齿轮锁紧机构为端面齿啮合锁紧机构160。
图30和图31分别示出根据本公开一些实施例的端面齿啮合锁紧机构160和扭矩平衡装置100的结构示意图。应该理解,端面齿啮合锁紧机构160还可以应用于其他关节。如图30和图31所示,端面齿啮合锁紧机构160可以包括端面齿形盘161和端面齿平移块162。在一些实施例中,扭矩平衡装置100的旋转轴线X平行于第一主体部110的长度方向且垂直于第二主体部111的长度方向。端面齿形盘161可以固定在第二主体部111上,在一些实施例中,端面齿形盘161的中心线与旋转轴线X同轴设置。应当理解,端面齿形盘161可以为一侧端面沿周向设置啮合齿的齿形盘,啮合齿沿端面齿形盘161的轴向延伸,如图30所示。
端面齿平移块162可移动地设置在第一主体部110上。在一些实施例中,如图30和图31所示,端面齿平移块162可以通过滑块164和导轨165可滑动地设置在第一主体部110上,且端面齿平移块162靠近端面齿形盘161的一侧具有与端面齿形盘161相配合的啮合齿,端面齿平移块162可沿着第一主体部110的长度方向移动,从而与端面齿形盘161啮合或脱离啮合。
在一些实施例中,在远离端面齿形盘161的端面齿平移块162另一侧,第一主体部110上固定设置有保持板166。如图30所示,保持板166上可以沿第一主体部110的长度方向设置有两根导向螺钉167a和167b,且两根导向螺钉167a和167b分别与端面齿平移块162滑动连接,并且和保持板166固定连接,例如通过螺纹连接。在两根导向螺钉167a和167b上可以分别套设有弹簧168a和168b,弹簧168a和168b的一端抵顶在端面齿平移块162上,弹簧168a和168b的另一端抵顶在保持板166上。在一些实施例中,保持板166上可以仅设置一个导向螺钉167,或者三个以上导向螺钉167,弹簧168套设在导向螺钉 167上。
如图30所示,端面齿啮合锁紧机构160可以包括解锁控制线163,解锁控制线163的一端与端面齿平移块162远离端面齿形盘161的一侧连接,解锁控制线163的另一端穿过位于两根导向螺钉167a和167b之间的保持板166,用于在牵拉作用下以带动端面齿平移块162沿第一主体部110的长度方向移动。
由此,在自然状态下,弹簧168a和168b可以推动端面齿平移块162与端面齿形盘161啮合,此时第一主体部110和第二主体部111之间的运动副处于锁紧状态,第一主体部110和第二主体部111不可自由转动。当用足够的力拉动解锁控制线163时,端面齿平移块162通过滑块164沿导轨165向远离端面齿形盘161的方向滑动,端面齿平移块162克服摩擦力及弹簧168的弹力而与端面齿形盘161脱离啮合,此时第一主体部110和第二主体部111之间的运动副将处于解锁状态,第一主体部110和第二主体部111可自由转动。
在一些实施例中,如图31所示,解锁控制线163可以包括外层套管1631和内圈钢丝绳1632,外层套管1631的一端连接到保持板166上,内圈钢丝绳1632的一端穿过外层套管1631后与端面齿平移块162固定连接,内圈钢丝绳1632的另一端可以与解锁把手(图中未表示)连接,以实现手动解锁。在一些实施例中,内圈钢丝绳1632的另一端可以与运动单元(例如驱动单元或者传动单元)连接,以实现自动解锁。
本公开提供的扭矩平衡装置200(或扭矩平衡装置300)还可以包括齿轮锁紧机构。在一些实施例中,扭矩平衡装置200(或扭矩平衡装置300)的齿轮锁紧机构为周面齿啮合锁紧机构260。
图32示出根据本公开一些实施例的扭矩平衡装置200(或300)的结构示 意图,图33示出根据本公开一些实施例的周面齿啮合锁紧机构260的结构示意图。如图32和图33所示,周面齿啮合锁紧机构260可以包括周面齿形盘261和周面齿平移块262。在一些实施例中,扭矩平衡装置200的旋转轴线X垂直于第一主体部210和第二主体部211的长度方向。周面齿形盘261可以固定在第一主体部210上,在一些实施例中,周面齿形盘261的中心线与旋转轴线X同轴设置。应当理解,周面齿形盘261可以为沿周向设置啮合齿的齿形盘,啮合齿沿周面齿形盘261的径向延伸,如图33所示。周面齿平移块262可移动地设置在第二主体部211上,且周面齿平移块262靠近周面齿形盘261的一侧具有与周面齿形盘261相配合的啮合齿。
在一些实施例中,如图33所示,第二主体部211上固定设置有保持板266,保持板266上沿第二主体部211的长度方向设置有两根导向螺钉267a和267b,且两根导向螺钉267a和267b分别与周面齿平移块262和保持板266螺纹连接。在两根导向螺钉267a和267b上可以分别套设有弹簧268a和268b,弹簧268a和268b的一端抵顶在端面齿平移块262上,弹簧268a和268b的另一端抵顶在保持板266上。在一些实施例中,保持板266上可以仅设置一个导向螺钉267,或者三个以上导向螺钉267。
周面齿啮合锁紧机构260的解锁控制线263的一端与周面齿平移块262的一侧连接,解锁控制线263的另一端可以穿过保持板266,用于在牵拉作用下以带动周面齿平移块262沿第二主体部211的长度方向移动。
由此,在自然状态下,弹簧268a和268b可以推动周面齿平移块262与周面齿形盘261啮合,此时第一主体部210和第二主体部211之间的运动副处于锁紧状态,两者不可自由转动。当用足够的力拉动解锁控制线263时,周面齿平移块262通过滑块264沿导轨265向远离周面齿形盘261的方向滑动,周面 齿平移块262克服摩擦力及弹簧268的弹力而与周面齿形盘261脱离啮合,此时第一主体部210和第二主体部211之间的运动副将处于解锁状态,第一主体部210和第二主体部211可自由转动。
本公开的一些实施例还提供抱闸装置。本公开提供的扭矩平衡装置200(或扭矩平衡装置300/自平衡关节20/自平衡关节30)还可以包括抱闸装置270。
在一些实施例中,抱闸装置270可以为多片层电磁铁抱闸装置。图35示出根据本公开一些实施例的多片层电磁铁抱闸装置的结构示意图,如图35所示,抱闸装置270可以包括多片层271、电磁铁272、顶杆273、保持架274、对吸块275。在一些实施例中,多片层电磁铁抱闸装置可以包括对称设置在保持架274上的一对电磁铁272和一对顶杆273,一对电磁铁272和一对顶杆273可以分布成矩形或者平行四边形。在一些实施例中,多片层电磁铁抱闸装置可以包括一个电磁铁272和一对顶杆273,电磁铁272和和一对顶杆273可以分布呈三角形或者直线。应当理解,电磁铁272和顶杆273的数量和分布可以包括但不限于上述实施例的情况。
图36示出根据本公开一些实施例的多片层271的结构示意图。如图36所示,在一些实施例中,多片层271的内圈2711和外圈2712可以分别与自平衡关节20(或者自平衡关节30)的转动部202(例如交叉滚子轴承)的内圈2021和外圈2022接触,多片层271的内圈2711和外圈2712的部分位置重叠但存在较小间隙。在通电状态下电磁铁272具有磁性作用,对吸块275被电磁铁272吸合,从而可以带动顶杆273压紧多片层271的内圈2711和外圈2712的重叠区域,使得转动部202的内圈2021和外圈2022的相对转动被锁止,从而维持抱闸装置270的锁止状态。在断电状态下电磁铁272的磁性消失,顶杆273被 弹出,多片层271的内圈2711和外圈2712脱离贴合状态,转动部202的内圈2021和外圈2022可以相对转动,从而解锁抱闸装置270的锁止状态。
在一些实施例中,扭矩平衡装置200(或扭矩平衡装置300)的第一主体部210和第二主体部211可以通过交叉滚子轴承转动连接,抱闸装置270也可以实现扭矩平衡装置200(或扭矩平衡装置300)的锁紧或解锁。
在一些实施例中,抱闸装置270可以包括第一抱闸装置270a。第一抱闸装置270a还可以包括抱闸锁紧机构280。
图37和图38分别示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构280与抱闸装置270的连接示意图和安装剖面图,图39示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构280的结构示意图。如图37-39所示,在一些实施例中,抱闸锁紧机构280可以包括第一附加顶杆281a、第一锁紧压梁282a、第一恢复弹簧283a和启动组件。
在一些实施例中,如图37-39所示,一对第一附加顶杆281a分别套设在第一抱闸装置270a的一对顶杆273a外部且与之间隙配合,第一附加顶杆281a的第一端穿过第一抱闸装置270a的保持架274,可以用于压紧或释放第一抱闸装置270a的多片层271a。第一附加顶杆281a的第二端与第一锁紧压梁282a固定连接,第一锁紧压梁282a的两端分别可移动地套设在一对顶杆273a外部。在一些实施例中,启动组件可以为启动旋钮284。启动旋钮284可带动第一锁紧压梁282a沿启动旋钮284的轴线Z移动(可参考图38)。在一些实施例中,如图40所示,可以在启动旋钮284上设置挡块288,以限制启动旋钮284轴向移动的范围。一对第一恢复弹簧283a分别套设在第一附加顶杆281a上,第一恢复弹簧283a的两端分别抵顶在第一锁紧压梁282a和第一抱闸装置270a的保持架274上。
图40示出根据本公开一些实施例的抱闸锁紧机构280单侧锁紧的示意图。如图40所示,在一些实施例中,抱闸锁紧机构280可以仅包括一个第一附加顶杆281a,第一附加顶杆281a与第一锁紧压梁282a固定连接,第一锁紧压梁282a一端可移动地套设在顶杆273a外部。
通过启动旋钮284可以带动第一锁紧压梁282a沿第一附加顶杆281a的轴线Z移动,从而可以驱动第一附加顶杆281a压紧或松开多片层271a,第一恢复弹簧283a由第一锁紧压梁282a的移动被压缩或释放,从而产生回弹力便于第一锁紧压梁282a恢复到原来的位置,从而实现对第一抱闸装置270a的锁紧或解锁。第一附加顶杆281a和第一抱闸装置270a的顶杆273a可以分别执行压紧第一抱闸装置270a的多片层271a的功能而互不影响,抱闸锁紧机构280可以避免第一抱闸装置270a的电磁铁272锁紧功能失效带来的整体结构失效的风险。
在一些实施例中,如图37所示,抱闸装置270还可以包括第二抱闸装置270b。抱闸锁紧机构280还可以包括移动滑块285、传递绳286、第二附加顶杆281b和第二锁紧压梁282b。
如图38和图39所示,移动滑块285安装在第一锁紧压梁282a上,移动滑块285可以穿过第一锁紧压梁282a与启动旋钮284通过螺纹相连接,移动滑块285与第一锁紧压梁282a之间没有相对转动,有沿启动旋钮284轴向的相对直线运动。如图39所示,一对第二附加顶杆281b分别套设在第二抱闸装置270b的一对顶杆273b外部且与之间隙配合,第二附加顶杆281b的第一端贯穿第二抱闸装置270b的保持架274可以用于压紧或释放第二抱闸装置270b的多片层271b。第二锁紧压梁282b的至少一端可移动地套设在第二抱闸装置270b的顶杆273b外部且与第二附加顶杆281b的第二端相连接。一对第二恢复弹簧283b分别套设在一对第二附加顶杆281b上,第二恢复弹簧283b的两端分别抵顶在 第二锁压梁25和第二抱闸装置270b的保持架274上。传递绳286的第一端与移动滑块285相连接,传递绳286的第二端通过安装在第一抱闸装置270a的保持架274上的变向滑轮287转向后与第二锁紧压梁282b相连。
由此,可以通过启动旋钮284来改变移动滑块285和第一锁紧压梁282a之间的相对位置,并通过传递绳286来改变第一锁紧压梁282a和第二锁紧压梁282b之间的距离。当第一锁紧压梁282a和第二锁紧压梁282b之间的距离缩短,则第一锁紧压梁282a和第二锁紧压梁282b分别带动第一附加顶杆281a和第二附加顶杆281b分别压紧第一抱闸装置270a和第二抱闸装置270b的多片层271a-b。当第一锁紧压梁282a和第二锁紧压梁282b之间的距离增加,则第一锁紧压梁282a和第二锁紧压梁282b在第一恢复弹簧283a和第二恢复弹簧283b的作用下分别带动第一附加顶杆281a和第二附加顶杆281b远离第一抱闸装置270a和第二抱闸装置270b的多片层271a-b。
图41(a)和图41(b)分别示出根据本公开一些实施例的电磁铁272未作用时抱闸装置270各部件的位置示意图和电磁铁272作用时抱闸装置270各部件的位置示意图,图41(c)为电磁铁272与抱闸锁紧机构280均作用时抱闸装置270各部件的位置示意图。抱闸锁紧机构280与抱闸装置270配合时,其工作过程如下:在初始状态下电磁铁272断电(如图41(a)所示),第一抱闸装置270a未起作用,顶杆273a未压紧多片层271a。之后电磁铁272通电(如图41(b)所示),第一抱闸装置270a起锁紧作用,顶杆273a压紧多片层271a,但此时第一附加顶杆281a未压紧第一抱闸装置270a的多片层271a,抱闸锁紧机构280未起作用。最后,旋转启动旋钮284使得第一锁紧压梁282a与第二锁紧压梁282b分别朝压紧第一抱闸装置270a和第二抱闸装置270b的多片层271a-b的方向运动,最终使得第一附加顶杆281a与第二附加顶杆281b分别压 紧第一抱闸装置270a和第二抱闸装置270b的多片层271a-b(如图41(c)所示)。由于第一锁紧压梁282a与第二锁紧压梁282b由传递绳286连接,因此可以实现第一附加顶杆281a和第二附加顶杆281b压紧第一抱闸装置270a和第二抱闸装置270b的多片层271a-b的距离大致相等,从而实现大致相同压紧程度。
图42示出根据本公开一些实施例的启动旋钮284的结构示意图。如图42所示,在一些实施例中,启动旋钮284上具有旋向相反的螺纹2841a和螺纹2841b,螺纹2841a和螺纹2841b分别与第一锁紧压梁282a和移动滑块285螺纹连接,且第一锁紧压梁282a和移动滑块285上的螺纹旋向分别与启动旋钮284上的螺纹2841a和2841b的旋向相对应。旋转启动旋钮284可以实现第一锁紧压梁282a和移动滑块285分别沿着启动旋钮284的轴线Z相反的移动。由此,启动旋钮284有两处连接,可以在运动过程中更加稳固。且启动旋钮284每旋转一周可以使第一锁紧压梁282a和移动滑块285之间进行两倍的距离变化,进而可以使总启动旋钮284的旋转圈数更少,可以通过较小的行程实现第一、第二抱闸装置270a和270b的附加锁紧功能。
图43示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置并联锁紧的示意图。如图43所示,在一些实施例中,抱闸装置270还可以包括第三抱闸装置270c。在一些实施例中,如图43所示,第一抱闸装置270a可通过在移动滑块285下端引出两根传递绳286a和286b(仅以此为例,并不限于此,也可以是三根以上)来分别拉伸第二抱闸装置270b的第二锁紧压梁282b和第三抱闸装置270c的第三锁紧压梁282c,来实现三个抱闸装置的同步锁紧,此种方式称之为并联锁紧。
图44示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置串联锁紧的示意图。在一些实施例中,如图44所示,可通过在第二抱闸装置270b的第二锁紧压梁282b上再外伸出一根传递绳286b来与第三抱闸装置270c的第三锁紧压梁282c连 接,依次类推,从而实现更多抱闸装置的同步锁紧,此种方式称之为串联锁紧。
图45示出根据本公开一些实施例的多个抱闸装置混联锁紧的示意图。在一些实施例中,如图45所示,第一抱闸装置270a的第一锁紧压梁282a上延伸出两根传递绳286a和286b,第一抱闸装置270a通过传递绳286a和286b可以分别与第二抱闸装置270b和第四抱闸装置270d连接,第二抱闸装置270b上再外伸出一根传递绳286c与第三抱闸装置270c连接。由此,可以实现第一、第二和第三抱闸装置270a-c的串联锁紧,且与第四抱闸装置270d并联锁紧,通过采用以上并联锁紧和串联锁紧两种连接方式,此种方式称之为混联锁紧。
图46示出根据本公开一些实施例的手术机器人1的结构示意图。如图46所示,手术机器人1可以包括至少一个运动关节4。在一些实施例中,至少一个运动关节4可以包括扭矩平衡装置100-300中的至少一个。在一些实施例中,至少一个运动关节4可以包括自平衡关节10-30中的至少一个。
图47和图48分别示出根据本公开一些实施例的运动关节4的一个角度的结构示意图和另一角度的结构示意图。在一些实施例中,运动关节4包括至少一个扭矩平衡装置100和至少一个扭矩平衡装置200(或300)。此时,如图47和图48所示,扭矩平衡装置100和扭矩平衡装置200共用第一主体部110(或210),扭矩平衡装置100的第一主体部110的第一连接端与第二主体部111的第二连接端连接,形成第一旋转运动关节,第一主体部110的第一相对端形成扭矩平衡装置200的第一主体部210的第一连接端,用于与第二主体部211的第二连接端连接,形成第二旋转运动关节。由此,形成两个连续的旋转运动关节4。
在一些实施例中,如图47所示,端面齿啮合锁紧机构160设置在扭矩平衡 装置100的第一主体部110的第一连接端与第二主体部111的第二连接端之间,可以用于实现第一旋转运动关节的锁紧或解锁。如图48所示,周面齿啮合锁紧机构260设置在扭矩平衡装置200的第一主体部210(图示中的110)的第一连接端与第二主体部211的第二连接端之间,可以用于实现第二旋转运动关节的锁紧或解锁。
在一些实施例中,端面齿啮合锁紧机构160的解锁控制线163和周面齿啮合锁紧机构260的解锁控制线263可以由同一解锁控制线控制,亦可分别由单独的解锁控制线控制,从而实现至少第一和第二旋转运动关节的单动或联动。
在一些实施例中,扭矩平衡装置100的第一主体部110的第一连接端与第二主体部111的第二连接端之间、以及扭矩平衡装置200的第一主体部210的第一连接端与第二主体部211的第二连接端之间还可以分别设置抱闸装置,例如第一和第二抱闸装置270a和270b,第一和第二抱闸装置270a和270b可以用于分别控制第一和第二旋转运动关节的锁紧或解锁。应当理解,抱闸装置还可以包括其他任何形式可以实现锁紧或解锁的抱闸止动结构。
在一些实施例中,还可以在第一旋转运动关节处设置端面齿啮合锁紧机构160,在第二旋转运动关节处设置抱闸装置270,或者在第一旋转运动关节处设置抱闸装置270,在第二旋转运动关节处设置周面齿啮合锁紧机构260,由此,也可实现第一旋转关节或者第二旋转关节的锁紧或解锁。
图49和图50分别示出根据本公开一些实施例的手术机器人的部分结构的主视图和后视图。如图所示,在一些实施例中,手术机器人1可以包括:双平行四边形杆系2和手术器械3。
如图49所示,运动关节4可以与双平行四边形杆系2的输入端连接,双平 行四边形杆系2绕运动关节4的旋转轴线Ⅰ转动。双平行四边形杆系2的输出端可以与手术器械3连接,双平行四边形杆系2具有绕其铰接轴线II的转动自由度,无论绕旋转轴线Ⅰ和/或铰接轴线II旋转任意角度,双平行四边形杆系2均可以保证手术器械3的移动轴线始终通过空间的某一固定点P,此固定点P即为双平行四边形杆系2的远心运动中心点,(RCM点,RCM:Remote Center of Motion)。
在一些实施例中,如图49所示,双平行四边形杆系2可以包括:第一连杆2-1、第二连杆2-2、第三连杆2-3、第四连杆2-4、第五连杆2-5和第六连杆2-6。
在一些实施例中,第一连杆2-1的一端与运动关节4的旋转轴固定连接(也可以与旋转轴一体成形),且第一连杆2-1的长度方向平行于运动关节4的旋转轴线Ⅰ。第二连杆2-2和第三连杆2-3平行间隔设置,且第二连杆2-2和第三连杆2-3与第一连杆2-1的连接部位均形成铰接关节。第四连杆2-4和第五连杆2-5分别与第一连杆2-1平行间隔设置,且第四连杆2-4和第五连杆2-5分别与第二连杆2-2和第三连杆2-3的连接部位均形成铰接关节。第六连杆2-6与第二连杆2-2和第三连杆2-3平行间隔设置,且第六连杆2-6与第四连杆2-4和第五连杆2-5的连接部位均形成铰接关节,第六连杆2-6用于搭载手术器械3,由此使手手术器械3的轴线始终通过固定点P。
在一些实施例中,如图50所示,运动关节4可以包括扭矩平衡装置100。第一连杆2-1设置在扭矩平衡装置100的第一主体部110的第一相对端,与旋转轴132固定连接,以使双平行四边形杆系2可相对于第一主体部110自由转动,且旋转轴132的旋转轴线Ⅰ平行于第一主体部110和双平行四边形杆系2的第一连杆2-1的长度方向。
由此,当双平行四边形杆系2绕旋转轴线Ⅰ转动时,将带动与旋转轴132固连的挡钉151a和挡钉151b一起转动(可参考图3(b)、图6(b)、图6(c)、图7(b)和图7(c)),挡钉151a-b将推压与之相对应的外伸腿1211a/外伸腿1211b使得扭簧121压缩,此时扭簧121另一侧的外伸腿1211a/伸腿1211b被限位槽1411a/限位槽1411b的止挡端A1/B2限制而不动,由此扭簧121可以产生平衡力来平衡双平行四边形杆系2的引起(例如由重力引起)的力矩,达到力平衡的目的,从而可以起到助力作用,可以减轻操作者操作时所用的力。在一些实施例中,扭矩平衡装置100也可以为单向助力的扭矩平衡装置。
在一些实施例中,运动关节4可以为自平衡关节10。此时,运动关节4还包括阻尼调节机构101,如图8和图9所示。由此,沿第一主体部110的径向旋进或旋出阻尼调节机构101的导向螺钉1021时,可改变导向螺钉1021与摩擦件103之间的距离,从而改变扭簧121的压缩量来改变摩擦件103对旋转轴132的压力,进而控制旋转轴132转动时受到的摩擦阻尼的大小。
在一些实施例中,如图49所示,在运动关节4与双平行四边形杆系2的输入端之间设置有第一锁紧机构21a,用于锁紧或解锁运动关节4与双平行四边形杆系2之间的旋转副。在双平行四边形杆系2的至少一个铰接关节上设置有第二锁紧机构21b,用于锁紧或解锁形成该铰接关节的两杆件之间的旋转副。在运动关节4与双平行四边形杆系2的输入端之间或者在双平行四边形杆系2上增设阻尼机构和锁紧机构,使得双平行四边形杆系2的两个自由度都能够达到随意停功能,使得操作者更容易调整入腹点,并且避免关节自由运动,增加手术安全性。
在一些实施例中,第一锁紧机构21a可以包括端面齿啮合锁紧机构160(可参考图30和图31)。端面齿形盘161固定在第一主体部110上。端面齿平移块 162通过滑块164和导轨165可滑动地设置在双平行四边形杆系2的输入端(例如第一连杆2-1)上。
由此,在自然状态下,至少一个弹簧168将推动端面齿平移块162与端面齿形盘161啮合,此时运动关节4和双平行四边形杆系2之间的运动副处于锁紧状态,双平行四边形杆系2不可自由转动。当用足够的力拉动解锁控制线163时,端面齿平移块162将克服摩擦力及弹簧168的弹力而与端面齿形盘161脱离啮合,此时运动关节4和双平行四边形杆系2之间的运动副将处于解锁状态,双平行四边形杆系2可自由转动。
在一些实施例中,第二锁紧机构21b采用周面齿啮合锁紧机构260(可参考图32和图33)。周面齿形盘261固定在形成双平行四边形杆系2某一铰接关节的其中一连杆(例如第三连杆2-3)上,周面齿平移块262通过滑块264和导轨265可滑动地设置在形成双平行四边形杆系2该铰接关节的另一连杆(例如第一连杆2-1/第四连杆2-4)上,且该铰接关节的铰接轴线同时垂直于两连杆的长度方向。
由此,在自然状态下,至少一个弹簧268将推动周面齿平移块262与周面齿形盘261啮合,此时双平行四边形杆系2该铰接关节的两连杆之间的运动副处于锁紧状态。当用足够的力拉动解锁控制线263时,周面齿平移块262将克服摩擦力及弹簧268的弹力而与周面齿形盘261脱离啮合,此时双平行四边形杆系2的该铰接关节处于解锁状态。
在一些实施例中,如图50所示,在双平行四边形杆系2的其余至少一个铰接关节上还设置有阻尼调节机构201(可参考图19和图20)。
在一些实施例中,如图49和图50所示,在双平行四边形杆系2上还设置有重力平衡机构22,该重力平衡机构22可以包括至少一根拉簧23,拉簧23连 接双平行四边形杆系2中至少一个平行四边形的两个不同连杆,在仅有正常负载作用时,该平行四边形的运动方向使得拉簧23与该平行四边形两个连接点的距离增大,由此拉簧23提供的平衡力可以平衡连杆及负载的大部分重力。如图50所示,重力平衡机构22可以包括拉簧23a和23b,拉簧23a和23b分别设置在双平行四边形杆系2的两个平行四边形对角线上。
在一些实施例中,如图49所示,在双平行四边形杆系2的第一连杆2-1上还设置有限位螺钉24a和24b,可以用于在一定范围内限制双平行四边形杆系2的扭转角度。
在一些实施例中,如图49所示,手术器械3可以包括线性模组31、解锁把手32和手术工具33,线性模组31设置在双平行四边形杆系2的输出端(例如第六连杆2-6)上,手术工具33可沿线性模组31线性进给,从而通过固定点P靠近或远离手术开口。
图51示出根据本公开一些实施例的运动关节4的端面结构示意图。在一些实施例中,如图51所示,在运动关节4和/或双平行四边形杆系2的至少一个铰接关节上还设置有编码器5,可以通过编码器5用来计算运动关节4和/或双平行四边形杆系2的该铰接关节的旋转角度精确值,从而满足手术过程中的算法要求。
本公开还公开了以下实施例:
第1项:一种扭矩平衡装置,包括:
第一主体部,包括第一连接端和与所述第一连接端相对的第一相对端;
第二主体部,包括第二连接端和与所述第二连接端相对的第二相对端,所述第二主体部的第二连接端与所述第一主体部的第一连接端转动连接;
弹性部,所述弹性部设置在所述第一主体部内;
传动部,所述传动部与所述第二主体部和所述弹性部相连接,所述传动部用于由所述第二主体部相对于所述第一主体部的转动来驱动以压缩所述弹性部而产生扭矩。
第2项:如第1项所述的扭矩平衡装置,所述传动部包括:
至少一个轴承,所述轴承包括可相对转动的内圈和外圈,所述轴承的外圈与所述第一主体部固定连接;
旋转轴,与所述轴承的内圈固定连接,且所述旋转轴与所述第二主体部固定连接。
第3项:如第2项所述的扭矩平衡装置,所述弹性部包括扭簧,所述扭簧套设在所述旋转轴外部且所述扭簧的至少一个末端能够与设置在所述旋转轴上的阻挡部抵接,所述阻挡部用于定位及压缩所述扭簧。
第4项:如第3项所述的扭矩平衡装置,还包括限位部;
所述限位部包括设置在所述第一主体部内的至少一个第一限位挡板,所述第一限位挡板上形成有限制所述扭簧在给定的角度范围内转动的限位槽,所述扭簧的第一末端可移动地设置在所述限位槽中。
第5项:如第4项所述的扭矩平衡装置,至少一个所述限位挡板还包括至少一个第二限位挡板,所述第二限位挡板和所述第一限位挡板间隔设置在所述第一主体部内;
所述扭簧设置在所述第一限位挡板和所述第二限位挡板之间,所述扭簧的第二末端可移动设置在所述第二限位挡板的限位槽内。
第6项:如第1项所述的扭矩平衡装置,所述弹性部包括:
安装座,安装在所述第一主体部上;
至少一个滑动压块,滑动设置在所述安装座上,所述滑动压块与所述传动 部连接;
至少一个压缩弹簧,设置在所述安装座和滑动压块之间;
所述传动部用于由所述第二主体部相对于所述第一主体部的转动来驱动以通过所述滑动压块压缩所述压缩弹簧。
第7项:如第6项所述的扭矩平衡装置,所述安装座呈槽型,所述安装座的第一翼板和与所述第一翼板相对的第二翼板之间设置有至少一个导向柱,所述导向柱贯穿所述滑动压块并与之形成滑动副。
第8项:如第7项所述的扭矩平衡装置,所述至少一个压缩弹簧包括第一组压缩弹簧,所述至少一个滑动压块包括第一滑动压块;
所述第一组压缩弹簧套设在位于所述第一滑动压块和所述安装座的第一翼板之间的所述导向柱上,且所述第一组压缩弹簧的一端抵顶在所述安装座的第一翼板上,所述第一组压缩弹簧的另一端抵顶在所述第一滑动压块上。
第9项:如第8项所述的扭矩平衡装置,所述至少一个压缩弹簧还包括第二组压缩弹簧,所述至少一个滑动压块还包括第二滑动压块;
所述第二组压缩弹簧套设在位于所述第二滑动压块和安装座的第二翼板之间的所述导向柱上,且所述第二组压缩弹簧的一端抵顶在所述安装座的第二翼板上,所述第二组压缩弹簧的另一端抵顶在所述第二滑动压块上;
所述第一滑动压块和所述第二滑动压块之间的所述安装座的腹板上设置有至少一个限位块。
第10项:如第8项所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述至少一个压缩弹簧还包括第二组压缩弹簧,所述弹性部还包括一对滑动压板;
所述一对滑动压板分别滑动设置在位于所述第一滑动压块两侧的所述导向柱上,所述第一组压缩弹簧和所述第二组压缩弹簧的一端分别抵顶在所述安装 座的第一和第二翼板上,所述第一组压缩弹簧和所述第二组压缩弹簧的另一端分别抵顶在所述一对滑动压板上;
所述一对滑动压板之间的所述安装座的腹板上设置有至少一个限位块。
第11项:如第6-10项任一项所述的扭矩平衡装置,所述传动部包括:齿轮传动机构或者滑轮传动机构。
第12项:如第11项所述的扭矩平衡装置,所述传动部为齿轮传动机构,所述齿轮传动机构包括:
主动齿轮,固定设置在所述第二主体部的第二连接端,并能随所述第二主体部相对于所述第一主体部转动;
从动齿轮,通过销轴转动连接在所述第一主体部上且与所述主动齿轮相互啮合。
第13项:如第12项所述的扭矩平衡装置,所述从动齿轮上形成有拨块,且所述拨块位于所述滑动压块与所述弹性件接触的相对的另一侧,所述拨块用于在所述从动齿轮转动的带动下推动所述滑动压块压缩所述弹性部件。
第14项:如第11项所述的扭矩平衡装置,所述传动部为滑轮传动机构,所述滑轮传动机构包括:
转接块,固定设置在所述第二主体部的第二连接端;
第一滑轮组;
第一牵引绳,位于所述转接块的一侧,且所述第一牵引绳的一端连接在所述转接块上,所述第一牵引绳的另一端通过第一滑轮组转向后固定连接在与之同侧的所述安装座的第一翼板上。
第15项:如第14项所述的扭矩平衡装置,所述滑轮传动机构还包括:
第二滑轮组;
第二牵引绳,位于所述转接块的另一侧,且所述第二牵引绳的一端连接在所述转接块上,所述第二牵引绳的另一端通过第二滑轮组转向后固定连接在与之同侧的所述安装座的第二翼板上。
第16项:如第15项所述的扭矩平衡装置,所述第一滑轮组包括:
第一定滑轮组,转动设置在所述安装座的第一翼板上;
第一动滑轮组,转动设置在所述滑动压块上;
所述第二滑轮组包括:
第二定滑轮组,转动设置在所述安装座的第二翼板上;
第二动滑轮组,转动设置在所述滑动压块上。
第17项:如第16项所述的扭矩平衡装置,还包括第一和第二牵引绳调整部,所述第一牵引绳和第二牵引绳的另一端分别通过所述第一和第二牵引绳调整部分别与所述安装座固定连接,所述第一和第二牵引绳调整部分别用于调整所述第一牵引绳和第二牵引绳的位置。
第18项:如第1项所述的扭矩平衡装置,还包括:锁紧机构;
所述锁紧机构包括抱闸装置或者齿轮锁紧机构。
第19项:如第18项所述的扭矩平衡装置,所述锁紧机构为端面齿啮合锁紧机构,所述端面齿啮合锁紧机构包括:
端面齿形盘,固定在所述第一主体部上;
端面齿平移块,可移动地设置在所述第二主体部上,且所述端面齿平移块靠近所述端面齿形盘的一侧具有与所述端面齿形盘相配合的啮合齿,所述端面齿平移块可移动以与所述端面齿形盘啮合或脱离啮合。
第20项:如第19项所述的扭矩平衡装置,所述锁紧机构还包括:
保持板,固定在所述第二主体部上,且所述保持板位于所述端面齿平移块 远离所述端面齿形盘的一侧;
导向螺钉,与所述端面齿平移块和保持板连接;
弹性件,套设在所述导向螺钉上,且所述弹性件的一端抵顶在所述保持板上,所述弹性件的另一端抵顶在所述端面齿平移块上;
解锁控制线,所述解锁控制线的一端连接所述端面齿平移块。
第21项:如第18项所述的扭矩平衡装置,所述锁紧机构为周面齿啮合锁紧机构,所述周面齿啮合锁紧机构包括:
周面齿形盘,固定在所述第一主体部上;
周面齿平移块,可滑动地设置在所述第二主体部上,所述第二主体部的旋转轴线垂直于所述第一主体部和第二主体部的长度方向,且所述周面齿平移块靠近所述周面齿形盘的一侧具有与所述周面齿形盘相配合的啮合齿,所述周面齿平移块可滑动以与所述周面齿形盘啮合或脱离啮合。
第22项:如第21项所述的扭矩平衡装置,所述锁紧机构还包括:
保持板,固定在所述第二主体部上,且所述保持板位于所述周面齿平移块远离所述周面齿形盘的一侧;
导向螺钉,与所述周面齿平移块和保持板连接;
弹性件,套设在所述导向螺钉上,且所述弹性件的一端抵顶在所述保持板上,所述弹性件的另一端抵顶在所述周面齿平移块上;
解锁控制线,所述解锁控制线的一端连接所述周面齿平移块。
第23项:如第18项所述的扭矩平衡装置,所述锁紧机构为抱闸装置;
所述抱闸装置还包括抱闸锁紧机构;
所述抱闸锁紧机构包括:
附加顶杆,位于所述抱闸装置的多片层上方且可移动地设置在所述抱闸装 置的顶杆上;
启动组件,与所述附加顶杆相连接,用于驱使所述附加顶杆沿所述抱闸装置的顶杆轴向移动,以使所述附加顶杆压紧或松开所述抱闸装置的多片层,所述多片层用于在被所述附加顶杆压紧时为所述抱闸装置的提供摩擦阻力。
第24项:一种自平衡关节,包括阻尼调节机构和如第1-23项任一项所述的扭矩平衡装置。
第25项:如第24项所述的自平衡关节,所述阻尼调节机构包括:转动部,具有可相对转动的内圈和外圈,所述转动部的外圈与所述第一主体部连接;
第一摩擦部,与所述转动部的内圈和所述第二主体部固定连接;
第二摩擦部,轴向可移动地设置在所述第一主体部上,且所述第二摩擦部与所述第一摩擦部之间形成摩擦界面;
调节部,与所述第二摩擦部连接,用于驱动所述第二摩擦部靠近或远离所述第一摩擦部,以使所述第二摩擦部与所述第一摩擦部之间摩擦界面的摩擦阻尼增加或减小。
第26项:如第25项所述的自平衡关节,所述转动部包括交叉滚子轴承,所述调节部包括:
保持架,与所述第一主体部和所述交叉滚子轴承的外圈固连;
导向件,设置在所述保持架内且可沿所述交叉滚子轴承的轴线移动;
第一弹性件,所述第一弹性件的一端抵顶在所述导向件上,所述第一弹性件的另一端抵顶在所述第二摩擦部上。
第27项:如第24项所述的自平衡关节,所述阻尼调节机构包括:
导向件,设置在所述第一主体部上且可沿所述第一主体部的径向移动;
摩擦件,径向可移动地设置在所述第一主体部上,所述第一主体部通过旋转轴与所述第二主体部连接,所述摩擦件设置在旋转轴外部,且所述摩擦件与所述旋转轴之间存在摩擦界面,所述摩擦件与所述导向件之间留有间隙;
第二弹性件,所述第二弹性件的一端抵顶在所述导向件上,所述第二弹性件的另一端抵顶在所述摩擦件上。
第28项:一种手术机器人,包括至少一个运动关节,所述运动关节包括如第1-23项任一项所述的扭矩平衡装置;
或所述运动关节包括如第24-27项任一项所述的自平衡关节。
第29项:如第28项所述的手术机器人,还包括双平行四边形杆系,所述运动关节与所述双平行四边形杆系的输入端关联,所述双平行四边形杆系的输出端用于与手术器械连接,以使所述手术器械的轴线始终通过所述双平行四边形杆系的远心运动中心点;
在所述运动关节与所述双平行四边形杆系的输入端之间设置有第一锁紧机构,用于锁紧或解锁所述运动关节与所述双平行四边形杆系之间的旋转副;或者
在所述双平行四边形杆系的至少一个铰接关节上设置有第二锁紧机构,用于锁紧或解锁形成该铰接关节的两杆件之间的旋转副。
第30项:如第29项所述的手术机器人,所述第一锁紧机构为抱闸装置或者齿轮锁紧机构;或者所述第二锁紧机构为抱闸装置或者齿轮锁紧机构。
注意,上述仅为本公开的示例性实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本公开不限于这里的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本公开的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本公开进行了较为详细的说明,但是本公开不仅仅限于以上 实施例,在不脱离本公开构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本公开的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (20)

  1. 一种扭矩平衡装置,包括:
    第一主体部,包括第一连接端和与所述第一连接端相对的第一相对端;
    第二主体部,包括第二连接端和与所述第二连接端相对的第二相对端,所述第二主体部的第二连接端与所述第一主体部的第一连接端转动连接;
    弹性部,所述弹性部设置在所述第一主体部内;
    传动部,所述传动部与所述第二主体部和所述弹性部相连接,所述传动部用于由所述第二主体部相对于所述第一主体部的转动来驱动以压缩所述弹性部而产生扭矩。
  2. 根据权利要求1所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述传动部包括:
    至少一个轴承,所述轴承包括可相对转动的内圈和外圈,所述轴承的外圈与所述第一主体部固定连接;
    旋转轴,与所述轴承的内圈固定连接,且所述旋转轴与所述第二主体部固定连接。
  3. 根据权利要求2所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述弹性部包括扭簧,所述扭簧套设在所述旋转轴外部且所述扭簧的至少一个末端能够与设置在所述旋转轴上的阻挡部抵接,所述阻挡部用于定位及压缩所述扭簧。
  4. 根据权利要求3所述的扭矩平衡装置,其特征在于,还包括限位部;
    所述限位部包括设置在所述第一主体部内的至少一个第一限位挡板,所述第一限位挡板上形成有限制所述扭簧在给定的角度范围内转动的限位槽,所述扭簧的第一末端可移动地设置在所述限位槽中。
  5. 根据权利要求1所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述弹性部包括:
    安装座,安装在所述第一主体部上;
    至少一个滑动压块,滑动设置在所述安装座上,所述滑动压块与所述传动部连接;
    至少一个压缩弹簧,设置在所述安装座和滑动压块之间;
    所述传动部用于由所述第二主体部相对于所述第一主体部的转动来驱动以通过所述滑动压块压缩所述压缩弹簧。
  6. 根据权利要求5所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述至少一个压缩弹簧包括第一组压缩弹簧,所述至少一个滑动压块包括第一滑动压块;
    所述第一组压缩弹簧套设在位于所述第一滑动压块和所述安装座的第一翼板之间的导向柱上,且所述第一组压缩弹簧的一端抵顶在所述安装座的第一翼板上,所述第一组压缩弹簧的另一端抵顶在所述第一滑动压块上。
  7. 根据权利要求6所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述至少一个压缩弹簧还包括第二组压缩弹簧,所述至少一个滑动压块还包括第二滑动压块;
    所述第二组压缩弹簧套设在位于所述第二滑动压块和安装座的第二翼板之间的导向柱上,且所述第二组压缩弹簧的一端抵顶在所述安装座的第二翼板上,所述第二组压缩弹簧的另一端抵顶在所述第二滑动压块上;
    所述第一滑动压块和所述第二滑动压块之间的所述安装座的腹板上设置有至少一个限位块。
  8. 根据权利要求6所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述至少一个压缩弹簧还包括第二组压缩弹簧,所述弹性部还包括一对滑动压板;
    所述一对滑动压板分别滑动设置在位于所述第一滑动压块两侧的所述导向柱上,所述第一组压缩弹簧和所述第二组压缩弹簧的一端分别抵顶在所述安装座的第一和第二翼板上,所述第一组压缩弹簧和所述第二组压缩弹簧的另一端分别抵顶在所述一对滑动压板上;
    所述一对滑动压板之间的所述安装座的腹板上设置有至少一个限位块。
  9. 根据权利要求6所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述传动部为齿轮传动机构,所述齿轮传动机构包括:
    主动齿轮,固定设置在所述第二主体部的第二连接端,并能随所述第二主体部相对于所述第一主体部转动;
    从动齿轮,通过销轴转动连接在所述第一主体部上且与所述主动齿轮相互啮合;
    所述从动齿轮上形成有拨块,且所述拨块位于所述滑动压块与所述弹性件接触的相对的另一侧,所述拨块用于在所述从动齿轮转动的带动下推动所述滑动压块压缩所述弹性部件。
  10. 根据权利要求8所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述传动部为滑轮传动机构,所述滑轮传动机构包括:
    转接块,固定设置在所述第二主体部的第二连接端;
    第一滑轮组;
    第一牵引绳,位于所述转接块的一侧,且所述第一牵引绳的一端连接在所述转接块上,所述第一牵引绳的另一端通过第一滑轮组转向后固定连接在与之同侧的所述安装座的第一翼板上,所述第一牵引绳通过所述第一滑轮组带动所述第一滑动压块运动,所述第一滑动压块带动所述一对滑动压板运动。
  11. 根据权利要求10所述的扭矩平衡装置,其特征在于,所述滑轮传动机构还包括:
    第二滑轮组;
    第二牵引绳,位于所述转接块的另一侧,且所述第二牵引绳的一端连接在所述转接块上,所述第二牵引绳的另一端通过第二滑轮组转向后固定连接在与 之同侧的所述安装座的第二翼板上,所述第二牵引绳通过所述第二滑轮组带动所述第一滑动压块运动,所述第一滑动压块带动所述一对滑动压板运动。
  12. 根据权利要求1所述的扭矩平衡装置,其特征在于,还包括:端面齿啮合锁紧机构,所述端面齿啮合锁紧机构包括:
    端面齿形盘,固定在所述第一主体部上;
    端面齿平移块,可移动地设置在所述第二主体部上,且所述端面齿平移块靠近所述端面齿形盘的一侧具有与所述端面齿形盘相配合的啮合齿,所述端面齿平移块可移动以与所述端面齿形盘啮合或脱离啮合。
  13. 根据权利要求1所述的扭矩平衡装置,其特征在于,还包括:周面齿啮合锁紧机构,所述周面齿啮合锁紧机构包括:
    周面齿形盘,固定在所述第一主体部上;
    周面齿平移块,可滑动地设置在所述第二主体部上,所述第二主体部的旋转轴线垂直于所述第一主体部和第二主体部的长度方向,且所述周面齿平移块靠近所述周面齿形盘的一侧具有与所述周面齿形盘相配合的啮合齿,所述周面齿平移块可滑动以与所述周面齿形盘啮合或脱离啮合。
  14. 根据权利要求1所述的扭矩平衡装置,其特征在于,还包括:抱闸装置;
    所述抱闸装置还包括抱闸锁紧机构;
    所述抱闸锁紧机构包括:
    附加顶杆,位于所述抱闸装置的多片层上方且可移动地设置在所述抱闸装置的顶杆上;
    启动组件,与所述附加顶杆相连接,用于驱使所述附加顶杆沿所述抱闸装置的顶杆轴向移动,以使所述附加顶杆压紧或松开所述抱闸装置的多片层,所 述多片层用于在被所述附加顶杆压紧时为所述抱闸装置的提供摩擦阻力。
  15. 一种自平衡关节,包括阻尼调节机构和如权利要求1所述的扭矩平衡装置。
  16. 根据权利要求15所述的自平衡关节,其特征在于,所述阻尼调节机构包括:转动部,具有可相对转动的内圈和外圈,所述转动部的外圈与所述第一主体部连接;
    第一摩擦部,与所述转动部的内圈和所述第二主体部固定连接;
    第二摩擦部,轴向可移动地设置在所述第一主体部上,且所述第二摩擦部与所述第一摩擦部之间形成摩擦界面;
    调节部,与所述第二摩擦部连接,用于驱动所述第二摩擦部靠近或远离所述第一摩擦部,以使所述第二摩擦部与所述第一摩擦部之间摩擦界面的摩擦阻尼增加或减小。
  17. 根据权利要求16所述的自平衡关节,其特征在于,所述转动部包括交叉滚子轴承,所述调节部包括:
    保持架,与所述第一主体部和所述交叉滚子轴承的外圈固连;
    导向件,设置在所述保持架内且可沿所述交叉滚子轴承的轴线移动;
    第一弹性件,所述第一弹性件的一端抵顶在所述导向件上,所述第一弹性件的另一端抵顶在所述第二摩擦部上。
  18. 根据权利要求15所述的自平衡关节,其特征在于,所述阻尼调节机构包括:
    导向件,设置在所述第一主体部上且可沿所述第一主体部的径向移动;
    摩擦件,径向可移动地设置在所述第一主体部上,所述第一主体部通过旋转轴与所述第二主体部连接,所述摩擦件设置在旋转轴外部,且所述摩擦件与 所述旋转轴之间存在摩擦界面,所述摩擦件与所述导向件之间留有间隙;
    第二弹性件,所述第二弹性件的一端抵顶在所述导向件上,所述第二弹性件的另一端抵顶在所述摩擦件上。
  19. 一种手术机器人,包括至少一个运动关节,所述运动关节包括如权利要求1所述的扭矩平衡装置;
    或所述运动关节包括如权利要求15所述的自平衡关节。
  20. 根据权利要求19所述的手术机器人,其特征在于,还包括双平行四边形杆系,所述运动关节与所述双平行四边形杆系的输入端关联,所述双平行四边形杆系的输出端用于与手术器械连接,以使所述手术器械的轴线始终通过所述双平行四边形杆系的远心运动中心点;
    在所述运动关节与所述双平行四边形杆系的输入端之间设置有第一锁紧机构,用于锁紧或解锁所述运动关节与所述双平行四边形杆系之间的旋转副;或者
    在所述双平行四边形杆系的至少一个铰接关节上设置有第二锁紧机构,用于锁紧或解锁形成该铰接关节的两杆件之间的旋转副。
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