醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，在減速器的旁邊設置定位軸，該定位軸與俯仰臂可轉動連接，且定位軸與轉動底座相固定，在所述定位軸上安裝扭簧座，所述扭簧座上套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座連接，扭簧的外鉤與俯仰臂連接。本發(fā)明通過扭簧來平衡減速器的扭矩，一方面能有效防止醫(yī)用機器人的機械臂發(fā)生滑落，消除了安全隱患；另一方面，可適當?shù)慕档蜏p速器的扭矩、體積及電機功率，使得整體體積減小，有效地節(jié)約了成本；同時，加入扭簧后，在電機突然失控時，扭簧還可起到緩沖作用，有效地降低了風險。本發(fā)明具有設計合理，結構簡單、緊湊，易于裝配，安全可靠，改造容易，改造成本低等特點，在各種類型的醫(yī)用機器人上均適用。
【專利說明】
醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術領域，具體地說，特別涉及一種醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構。
【背景技術】
[0002]隨著醫(yī)療科技的不斷進步和工業(yè)自動化的發(fā)展，越來越多的機器人應用到了醫(yī)療行業(yè)中，比如CT機、手術機器人、內(nèi)窺鏡控制機器人等。醫(yī)療機器人在醫(yī)療檢查中，能夠實現(xiàn)精確移動和定位，也能夠解決人工操作帶來的抖動、身體疲勞等問題。但同時，醫(yī)用機器人與工業(yè)機器人不同在于，醫(yī)療機器人對安全性要求較高，所以會引入較多安全性措施。
[0003]在醫(yī)用多自由度機器人中，串聯(lián)結構是較為常用的一種，但由于較長的手臂，在末端往往承受較大重力。機器人運動關節(jié)主要由電機和減速器組成，在俯仰運動中，減速器主要承受扭矩，當前端負載較重時，且運動到最遠端時，減速器承受較大扭矩。為了保證醫(yī)用機器人的安全性，防止出現(xiàn)突然掉落的情況，往往采用提高電機功率或加大減速器扭力來實現(xiàn)機械臂的安全控制，但這樣在增加成本的同時會增大機器人關節(jié)的體積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構。
[0005]本發(fā)明技術方案如下:一種醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，減速器外圈的固定盤與轉動底座相固定，減速器的輸出軸與俯仰臂連接，其特征在于:在所述減速器的旁邊設置定位軸，該定位軸與俯仰臂可轉動連接，且定位軸與轉動底座相固定，在所述定位軸上安裝扭簧座，所述扭簧座上套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座連接，扭簧的外鉤與俯仰臂連接。
[0006]采用以上技術方案，減速器的輸入軸與電機連接，當電機驅動減速器運轉的時候，減速器的輸出軸帶動俯仰臂轉動，扭簧被拉伸，向俯仰臂及減速器施加反向扭矩，隨著俯仰臂轉動角度的增大，扭簧提供的反向扭矩越大，從而起到平衡一定扭矩的作用，這樣有效防止了醫(yī)用機器人機械臂發(fā)生滑落，并且不會增大機械臂關節(jié)的體積，改造容易，改造成本低，在各種類型的醫(yī)用機器人上均適用。
[0007]所述俯仰臂由平行并對稱布置的俯仰左臂和俯仰右臂構成，俯仰左、右臂的根部位于轉動底座上的缺口中，所述俯仰左臂的根部套裝于減速器的輸出軸上，并通過螺釘固定，所述俯仰右臂的根部通過軸承與轉動底座上的定位軸相支承。以上結構俯仰左、右臂之間能夠形成容置空間，以便于布置其它零件;仰左、右臂與轉動底座接合緊密，能有效減小占用空間，且俯仰左臂與減速器的輸出軸連接牢固、可靠，俯仰臂相對轉動轉動底座轉動的靈活性好。
[0008]所述定位軸為空心軸，該定位軸位于減速器與扭簧座之間，三者的軸心線在一條直線上。以上結構定位軸具有減重的作用，并且定位軸的中心孔可用于穿設線束，有利于電線走線及布置;減速器、定位軸和扭簧座一字排開設置，既便于裝配，又能夠確保扭簧平衡扭矩的效果。
[0009]為了使結構更加緊湊，所述定位軸的左端通過軸承與俯仰右臂的根部支承，定位軸的右端一體形成定位盤，該定位盤通過螺釘與轉動底座相固定。
[0010]所述扭簧座為左大右小的三段式臺階軸結構，扭簧座左端面與定位盤相貼合，扭簧座通過螺釘與定位盤固定。以上結構扭簧座造型簡單，加工制作容易，成本低，不僅與定位軸之間連接的牢固性好，而且有利于在扭簧座上分段布置對應的零件。
[0011]為了減重及方便走線，在所述扭簧座上沿其軸心線開設有通孔。
[0012]在所述扭簧座的中段套裝扭簧，該扭簧的內(nèi)鉤與扭簧座上對應開設的溝槽掛接，扭簧的外鉤與掛軸相掛接，該掛軸固定于俯仰右臂上。以上方案扭簧安裝結構簡單，拆裝方便、快捷，并且扭簧與扭簧座及掛軸之間連接的可靠性好。
[0013]在所述扭簧的外面罩設有扭簧罩，該扭簧罩的左端敞口，扭簧罩右端的中部通過軸承與扭簧座右端的小徑段相支承。當扭簧被拉伸的時候，扭簧罩能一起運轉，一方面不會影響扭簧平衡扭矩的性能；另一方面，扭簧罩具有防護作用，能夠防止扭簧意外脫落傷人，從而增強了安全性。
[0014]所述掛軸的右端垂直穿過扭簧罩的右端壁，在掛軸的右端頭固套有對扭簧罩限位的防松擋塊，所述扭簧在左右方向上由掛軸上的臺階面和扭簧罩共同限位。以上結構通過防松擋塊對扭簧罩定位，能有效防止扭簧罩發(fā)生脫落，進一步增強了安全性；同時，扭簧不會在左右方向上發(fā)生竄動，平衡扭矩的性能有保障。
[0015]有益效果:本發(fā)明通過扭簧來平衡減速器的扭矩，一方面能有效防止醫(yī)用機器人的機械臂發(fā)生滑落，消除了安全隱患；另一方面，可適當?shù)慕档蜏p速器的扭矩、體積及電機功率，使得整體體積減小，有效地節(jié)約了成本；同時，加入扭簧后，在電機突然失控時，扭簧還可起到緩沖作用，有效地降低了風險。本發(fā)明具有設計合理，結構簡單、緊湊，易于裝配，安全可靠，改造容易，改造成本低等特點，在各種類型的醫(yī)用機器人上均適用。
【附圖說明】
[0016]圖1為醫(yī)用機器人的結構示意圖。
[0017]圖2為圖1的側視圖。
[0018]圖3為圖1的B-B剖視放大圖。
[0019]圖4為圖2的C-C剖視放大圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0021]如圖1、圖2所示，醫(yī)用機器人的機械臂為串聯(lián)式結構，由第一關節(jié)a、第二關節(jié)b和第三關節(jié)c組成，第一關節(jié)a為俯仰關節(jié)，決定整個機械臂的上下移動;第二關節(jié)b和第三關節(jié)c決定機械臂在平面的移動。在機械臂的末端可能會設置有醫(yī)療檢查裝置，因此根據(jù)物理學原理，若末端較重，則第一關節(jié)a在上下運動時，會承受較大力矩。若在機器人設計時，電機或減速器的力矩的選型余量不足，不能平衡向下的重力，就有可能造成機械臂的滑落，從而對人體造成危險;若選擇足夠力矩余量的電機或減速器，有可能會增加關節(jié)體積，增大成本。而本發(fā)明利用扭簧來平衡扭矩，則可以很好地解決上述問題。[0022 ]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明利用扭簧平衡扭矩的結構如下:
[0023]減速器2嵌裝于轉動底座I中，減速器2外圈的固定盤與轉動底座I相固定，減速器2的輸入軸向左伸出，并能與電機(圖中未畫出)連接。俯仰臂由平行并對稱布置的俯仰左臂3和俯仰右臂4構成，俯仰左臂3與俯仰右臂4之間通過螺釘及軸固定連接在一起，俯仰左、右臂的根部位于轉動底座I上的缺口中。俯仰左臂3的根部套裝于減速器2的輸出軸上，并通過螺釘固定。俯仰右臂4的根部中嵌裝定位軸5，該定位軸5為空心軸，定位軸5的左端通過軸承8與俯仰右臂4的根部支承，定位軸5的右端一體形成定位盤5a，該定位盤5a通過螺釘與轉動底座I相固定。
[0024]在定位軸5的右側設置扭簧座6，定位軸5位于減速器2與扭簧座6之間，三者的軸心線在一條直線上。扭簧座6優(yōu)選為左大右小的三段式臺階軸結構，扭簧座6左端面與定位盤5a相貼合，扭簧座6通過螺釘與定位盤5a固定，在扭簧座6上沿其軸心線開設有通孔。在扭簧座6的中段套裝扭簧7，該扭簧7的內(nèi)鉤與扭簧座6上對應開設的溝槽掛接，扭簧7的外鉤與掛軸10的右部相掛接，該掛軸10的左端固定于俯仰右臂4上。
[0025]在扭簧7的外面罩設有扭簧罩11，該扭簧罩11的左端敞口，扭簧罩11右端的中部通過軸承與扭簧座6右端的小徑段相支承。掛軸10的右端垂直穿過扭簧罩11的右端壁，在掛軸10的右端頭固套有對扭簧罩11限位的防松擋塊12，扭簧7在左右方向上由掛軸10上的臺階面和扭簧罩11共同限位。
[0026]本發(fā)明的工作原理如下:
[0027]當電機驅動減速器2運轉的時候，減速器2的輸出軸帶動俯仰臂轉動，扭簧7被拉伸，向俯仰臂及減速器施加反向扭矩，隨著俯仰臂轉動角度的增大，扭簧7提供的反向扭矩越大，從而起到平衡一定扭矩的作用。
[0028]在設計上述抗扭矩關節(jié)時，要注意扭簧的選型，需保證滿足下列公式，保證帶有扭簧的機械臂能夠正常工作:
[0029]Llmax<L2+LG
[0030]其中，Llmax為扭簧能夠提供的最大扭矩，L2S機械臂在勻速向下運動時提供的扭矩，Lg為機械臂重力力矩。
[0031 ]另外，若單個扭簧不能抵抗足夠的扭矩，則可將多個扭簧并聯(lián)使用，則抗扭矩值=單個扭簧抗扭矩值對丑簧數(shù)量。
[0032]在機械臂的其他關節(jié)，如第二關節(jié)、第三關節(jié)也可使用類似的抗扭矩結構，其原理與關節(jié)--致。
[0033]盡管以上結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但本發(fā)明不限于上述【具體實施方式】，上述【具體實施方式】僅僅是示意性的而不是限定性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權利要求的前提下，可以作出多種類似的表示，如更改定位軸的結構及安裝方式，或者改變扭簧座的造型，或者俯仰臂的結構等，這樣的變換均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，減速器(2)外圈的固定盤與轉動底座(I)相固定，減速器(2)的輸出軸與俯仰臂連接，其特征在于:在所述減速器(2)的旁邊設置定位軸(5)，該定位軸(5)與俯仰臂可轉動連接，且定位軸(5)與轉動底座(I)相固定，在所述定位軸(5)上安裝扭簧座(6)，所述扭簧座(6)上套裝扭簧(7)，該扭簧(7)的內(nèi)鉤與扭簧座(6)連接，扭簧(7)的外鉤與俯仰臂連接。2.如權利要求1所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:所述俯仰臂由平行并對稱布置的俯仰左臂(3)和俯仰右臂(4)構成，俯仰左、右臂的根部位于轉動底座(I)上的缺口中，所述俯仰左臂(3)的根部套裝于減速器(2)的輸出軸上，并通過螺釘固定，所述俯仰右臂(4)的根部通過軸承(8)與轉動底座(I)上的定位軸(5)相支承。3.如權利要求2所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:所述定位軸(5)為空心軸，該定位軸(5)位于減速器(2)與扭簧座(6)之間，三者的軸心線在一條直線上。4.如權利要求3所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:所述定位軸(5)的左端通過軸承(8)與俯仰右臂(4)的根部支承，定位軸(5)的右端一體形成定位盤(5a)，該定位盤(5a)通過螺釘與轉動底座(I)相固定。5.如權利要求4所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:所述扭簧座(6)為左大右小的三段式臺階軸結構，扭簧座(6)左端面與定位盤(5a)相貼合，扭簧座(6)通過螺釘與定位盤(5a)固定。6.如權利要求5所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:在所述扭簧座(6)上沿其軸心線開設有通孔。7.如權利要求5或6所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:在所述扭簧座(6)的中段套裝扭簧(7)，該扭簧(7)的內(nèi)鉤與扭簧座(6)上對應開設的溝槽掛接，扭簧(7)的外鉤與掛軸(10)相掛接，該掛軸(10)固定于俯仰右臂(4)上。8.如權利要求7所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:在所述扭簧(7)的外面罩設有扭簧罩(11)，該扭簧罩(11)的左端敞口，扭簧罩(11)右端的中部通過軸承與扭簧座(6)右端的小徑段相支承。9.如權利要求8所述的醫(yī)用機器人減速器抗扭矩結構，其特征在于:所述掛軸(10)的右端垂直穿過扭簧罩(11)的右端壁，在掛軸(10)的右端頭固套有對扭簧罩(11)限位的防松擋塊(12)，所述扭簧(7)在左右方向上由掛軸(10)上的臺階面和扭簧罩(11)共同限位。
【文檔編號】B25J19/06GK106042006SQ201610409723
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】王黎, 李彥俊, 梁東
【申請人】重慶金山科技（集團）有限公司