本實用新型屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，特別涉及一種扭簧式機(jī)械臂關(guān)節(jié)抗扭矩機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)療科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)自動化的發(fā)展，越來越多的機(jī)器人應(yīng)用到了醫(yī)療行業(yè)中，比如CT機(jī)、手術(shù)機(jī)器人、內(nèi)窺鏡控制機(jī)器人等。醫(yī)療機(jī)器人在醫(yī)療檢查中，能夠?qū)崿F(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(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人不同在于，醫(yī)療機(jī)器人對安全性要求較高，所以會引入較多安全性措施。

在醫(yī)用多自由度機(jī)器人中，串聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jī)器人運(yùn)動關(guān)節(jié)主要由電機(jī)和減速器組成，在俯仰運(yùn)動中，減速器主要承受扭矩，當(dāng)前端負(fù)載較重時，且運(yùn)動到最遠(yuǎn)端時，減速器承受較大扭矩。為了保證醫(yī)用機(jī)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(jī)功率或加大減速器扭力來實現(xiàn)機(jī)械臂的安全控制，但這樣在增加成本的同時會增大機(jī)器人關(guān)節(jié)的體積。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種扭簧式機(jī)械臂關(guān)節(jié)抗扭矩機(jī)構(gòu)。

本實用新型技術(shù)方案如下：一種扭簧式機(jī)械臂關(guān)節(jié)抗扭矩機(jī)構(gòu)，減速器外圈的固定盤與轉(zhuǎn)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(shè)置定位軸，該定位軸與俯仰臂可轉(zhuǎn)動連接，且定位軸與轉(zhuǎn)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。

采用以上技術(shù)方案，減速器的輸入軸與電機(jī)連接，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動減速器運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，減速器的輸出軸帶動俯仰臂轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)器人機(jī)械臂發(fā)生滑落，并且不會增大機(jī)械臂關(guān)節(jié)的體積，改造容易，改造成本低，在各種類型的醫(yī)用機(jī)器人上均適用。

所述俯仰臂由平行并對稱布置的俯仰左臂和俯仰右臂構(gòu)成，俯仰左、右臂的根部位于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動底座上的定位軸相支承。以上結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動底座轉(zhuǎn)動的靈活性好。

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(jié)構(gòu)定位軸具有減重的作用，并且定位軸的中心孔可用于穿設(shè)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(shè)置，既便于裝配，又能夠確保扭簧平衡扭矩的效果。

為了使結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動底座相固定。

所述扭簧座為左大右小的三段式臺階軸結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(yīng)的零件。

為了減重及方便走線，在所述扭簧座上沿其軸心線開設(shè)有通孔。

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(yīng)開設(shè)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(jié)構(gòu)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。

在所述扭簧的外面罩設(shè)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(dāng)扭簧被拉伸的時候，扭簧罩能一起運(yùn)轉(zhuǎn)，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(hù)作用，能夠防止扭簧意外脫落傷人，從而增強(qiáng)了安全性。

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(jié)構(gòu)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(jìn)一步增強(qiáng)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。

有益效果：本實用新型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(jī)器人的機(jī)械臂發(fā)生滑落，消除了安全隱患；另一方面，可適當(dāng)?shù)慕档蜏p速器的扭矩、體積及電機(jī)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(jī)突然失控時，扭簧還可起到緩沖作用，有效地降低了風(fēng)險。本實用新型具有設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)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(jī)器人上均適用。

附圖說明

圖1為醫(yī)用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的側(cè)視圖。

圖3為圖1的B-B剖視放大圖。

圖4為圖2的C-C剖視放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明：

如圖1、圖2所示，醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)械臂為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，由第一關(guān)節(jié)a、第二關(guān)節(jié)b和第三關(guān)節(jié)c組成，第一關(guān)節(jié)a為俯仰關(guān)節(jié)，決定整個機(jī)械臂的上下移動；第二關(guān)節(jié)b和第三關(guān)節(jié)c決定機(jī)械臂在平面的移動。在機(jī)械臂的末端可能會設(shè)置有醫(yī)療檢查裝置，因此根據(jù)物理學(xué)原理，若末端較重，則第一關(guān)節(jié)a在上下運(yùn)動時，會承受較大力矩。若在機(jī)器人設(shè)計時，電機(jī)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(jī)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(jī)或減速器，有可能會增加關(guān)節(jié)體積，增大成本。而本實用新型利用扭簧來平衡扭矩，則可以很好地解決上述問題。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型利用扭簧平衡扭矩的結(jié)構(gòu)如下：

減速器2嵌裝于轉(zhuǎn)動底座1中，減速器2外圈的固定盤與轉(zhuǎn)動底座1相固定，減速器2的輸入軸向左伸出，并能與電機(jī)(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(gòu)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(zhuǎn)動底座1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(zhuǎn)動底座1相固定。

在定位軸5的右側(cè)設(shè)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(jié)構(gòu)，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(shè)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(yīng)開設(shè)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。

在扭簧7的外面罩設(shè)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。

本實用新型的工作原理如下：

當(dāng)電機(jī)驅(qū)動減速器2運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，減速器2的輸出軸帶動俯仰臂轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。

在設(shè)計上述抗扭矩關(guān)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(jī)械臂能夠正常工作：

L1_max＜L2+L_G

其中，L1_max為扭簧能夠提供的最大扭矩，L2為機(jī)械臂在勻速向下運(yùn)動時提供的扭矩，L_G為機(jī)械臂重力力矩。

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X扭簧數(shù)量。

在機(jī)械臂的其他關(guān)節(jié)，如第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)也可使用類似的抗扭矩結(jié)構(gòu)，其原理與關(guān)節(jié)一一致。

盡管以上結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但本實用新型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(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不違背本實用新型宗旨及權(quán)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(jié)構(gòu)及安裝方式，或者改變扭簧座的造型，或者俯仰臂的結(jié)構(gòu)等，這樣的變換均落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。