CN105345840A - 一种旋转式驱动关节 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种旋转式驱动关节，包括臂I、臂II和电机,所述的臂I、臂II左右或者上下相对安装，所述电机嵌入安装在臂I和臂II形成的空间内，且臂I固定不动，臂II在电机的驱动下沿着电机输出轴的轴线相对于臂I旋转。所述的臂I的一端与套筒I相连，另一端为固定端，电机固定在固定端上，在固定端下安装与电机输出端相连的减速机，所述的减速机的输出端安装一个与臂II固定相连的端盖，所述减速机的输出端驱动臂II旋转。本发明提出了另外两种可降低关节高度或减小关节直径的实施例，以适应更多场合。相比传统驱动关节，本发明关节尺寸小，结构紧凑，外形美观，连接简洁，安装方便，传动精度高，反应灵敏，使用寿命长。

Description

一种旋转式驱动关节

技术领域

本发明涉及机械领域，特别适用于对关节尺寸和关节外形及美学有特殊要求的手术机器人领域。

背景技术

关节是机械传动的基础部件，其性能的好坏直接影响机械传动的性能。目前，国内机器人产业绝大部分设计的关节结构臃肿，体积庞大笨重，结构复杂，需要轴系传动，机械惯量大，造成机器人精度误差大、传动效率低、响应速度慢、拆装维修困难等缺陷。国内外的机器人多数在使用传统机构如齿轮传动方式和同步皮带传动方式，造成机器人在使用过程当中机械结构的损耗和齿轮或同步皮带消耗严重、产品寿命短等缺陷。

手术机器人对手术动作的执行有很高的精确性、灵活性、稳定性和安全性要求，在执行手术操作过程中一般为3～4个机械手臂协同动作，为防止机械手臂在执行手术操作过程中相互干涉，必须要有一种关节尺寸小，结构紧凑，外形美观，连接简洁，传动精度高，反应灵敏，关节受力分布合理，传动力矩大，电机安装方便，散热良好，使用寿命长的驱动关节。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提出一种旋转式驱动关节，具有关节尺寸小，结构紧凑，外形美观，连接简洁，传动精度高，反应灵敏，关节受力分布合理，传动力矩大，电机安装方便，散热良好，使用寿命长等特点。

本发明所采用的技术方案是：

一种旋转式驱动关节，包括臂I、臂II和电机,所述的臂I、臂II左右或者上下相对安装，所述电机嵌入安装在臂I和臂II形成的空间内，且臂I固定不动，臂II在电机的驱动下沿着电机输出轴的轴线相对于臂I旋转。

进一步的，所述的臂I的一端与套筒相连，另一端为固定端，电机固定在固定端上，在固定端下安装与电机输出端相连的减速机，所述的减速机的输出端安装一个与臂II固定相连的端盖，所述减速机的输出端驱动臂II旋转。

进一步的，所述的臂I的固定端卡装在减速机外，所述的臂II套装在臂I的固定端，且在臂II和臂I之间安装有轴承I。

进一步的，所述套筒一端与臂I相连，另一端套装在臂II内，且臂II与套筒之间安装有轴承II。

进一步的，为了降低关节的高度，所述轴承II和所述套筒布置在所述电机外侧，其余结构布置与所述技术方案完全相同，适用于对关节高度为主要要求的应用场合。

进一步的，所述臂I的一端通过轴承直接与臂II相连，另一端为固定端，电机固定在固定端上，在固定端下安装与电机输出端相连的减速机，所述的减速机的输出端套装一个套筒II，套筒II的端部与臂II相连，在套筒II外套装一个安装与臂I固定端相连的套筒III,所述的套筒II、套筒III之间安装轴承III。

进一步的，所述的电机与编码器相连。

进一步的，所述的臂I上开设有穿线孔。

进一步的，在套筒I与臂II上安装有限位开关；或者臂I与臂II上安装有限位开关。

进一步的，所述轴承I、轴承II轴承III均为向心推力轴承，其承受机械臂的重力和弯矩，所述减速器传递转矩，关节受力分布合理。

本发明的工作过程如下：

电机作为动力输出，带动所述减速器转动，经所述减速器减速后带动所述的端盖及所述臂转动；实现臂II相对臂I的旋转。

本发明的有益效果是：

本发明提出的旋转式驱动关节，关节尺寸小，结构紧凑，外形美观，连接简洁，传动精度高，反应灵敏，避免了关节在运动过程中产生累积误差，提高了传动精度，关节受力分布合理，传动力矩大，所述电机安装方便，电机侧面没有被臂II或臂I“四周包裹”，电机侧面四周大部分空间是“敞开的”，有利于电机散热，散热良好，延长了使用寿命，特别适用于对关节尺寸和关节外形及美学有特殊要求的手术机器人领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种旋转式驱动关节技术方案的平面结构示意图。

图2和图3分别是本发明一种旋转式驱动关节技术方案的实施例二和实施例三的平面结构示意图。

图中：1臂、2臂、3电机、4编码器、5减速器、6限位开关、7向心推力轴承、8端盖、9向心推力轴承、10端盖、11套筒，12螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，旋转式驱动关节，包括：电机3、编码器4、限位开关6、减速器5、向心推力轴承7、向心推力轴承9、臂1、臂2、套筒11、端盖8、端盖10等，所述的臂1、臂2左右对称安装，且电机嵌入安装在臂1和臂2形成的空间内，且臂1固定不动，臂2在电机的驱动下沿着电机输出轴的轴线相对于臂1旋转；所述关节中所述电机3轴线竖直放置，其中，所述关节中所述电机3轴线竖直放置时，所述电机3嵌入安装在所述臂1的固定端的上方，所述电机3连接所述减速器5，所述减速器5一端安装在所述臂1的固定端的下方，所述减速器5另一端安装在所述端盖10上，所述套筒11安装在所述臂1上，所述向心推力轴承7安装在所述套筒11与所述臂2及所述端盖8结合处，所述向心推力轴承9安装在所述臂1与所述臂2及所述端盖10结合处，所述编码器4安装在所述电机3的扩展轴上，所述限位开关6安装在所述套筒11与所述臂2上，限位开关包含两个部分，分别安装在相对运动的两个零件上，这样才能跟随两个相对运动的零件一起运动，当限位开关的两个部分接触到一起时，就通知控制电机不再继续旋转，让两个相对运动的零件停止运动；所述端盖8与所述端盖10安装在所述臂2上，通过螺栓12固定。所述关节中所述电3机轴线水平放置时，所述关节中各零部件相对位置保持和所述关节中所述电机轴线竖直放置时相对不变。所述臂1上开有穿线孔，关节管线可以方便的从所述臂1上的穿线孔中穿出，优化了管线布局。所述电机3可从所述臂1侧面移动至安装位置，安装方便。如果传动关节有“断电制动”安全保护功能要求，可以选用带有内置制动器的电机或在本方案结构基础上添加制动器。

进一步，所述套筒11固定所述轴承7的内圈，所述臂1固定所述轴承9的内圈，所述端盖8与所述臂2固定所述轴承7的外圈，所述端盖10与所述臂2固定所述轴承9的外圈。

进一步，所述电机3作为动力输出，带动所述减速器5转动，经所述减速器5减速后带动所述端盖10及所述臂2转动。所述向心推力轴承7和所述向心推力轴承9承受机械臂的重力和弯矩，所述减速器5传递转矩，关节受力分布合理。

本发明提出的旋转式驱动关节可以变更为以下另外两种实施例结构，可以获得不同的结构特点，以更灵活地适应不同的应用场合，如图2和图3，具体如下：

实施例2

图2所示实施例2结构，将所述技术方案中所述向心推力轴承7和所述套筒11布置在所述电机3外侧，其余结构布置与所述技术方案完全相同，可以降低关节高度，适用于对关节高度为主要要求的应用场合。

实施例3

图3所示实施例三结构，在所述技术方案基础上去掉所述套筒11和所述端盖10，让所述臂1和所述臂2直接与所述轴承7配合；另外添加实施例三中的所述套筒10和所述套筒11两个套筒，所述套筒10一端安装在所述减速器5下方，所述套筒10另一端安装在所述臂2上，所述向心推力轴承9布置在所述套筒10外侧，所述套筒10固定所述轴承9的内圈，所述套筒11一端安装在所述臂1的固定端的下方，所述套筒11另一端固定所述轴承9的外圈，其余结构布置与所述技术方案完全相同，所述实施例三中所述向心推力轴承7和所述向心推力轴承9直径不受所述电机3和所述减速器5的直径的限制，可以选择直径更小的所述向心推力轴承7和所述向心推力轴承9，减小关节直径，适用于对关节直径为主要要求的应用场合。

如图2和图3所示，本发明提出的所述实施例二和所述实施例三两种旋转式驱动关节结构可以在所述技术方案基础上降低关节高度或减小关节直径，以更灵活地适应不同的应用场合。

进一步的，实施例1、实施例2、实施例3中所述的臂1、臂2，还可以是臂2不动，电机驱动臂1旋转。

本发明中公开的技术方案中的旋转式驱动关节，可以适用于通用机械特别是手术机器人领域于对关节尺寸和关节外形及美学有特殊要求的驱动关节上。本发明中公开的技术方案中的旋转式驱动关节连接结构，关节尺寸小，结构紧凑，外形美观，连接简洁，传动精度高，反应灵敏，避免了关节在运动过程中产生累积误差，提高了传动精度，关节受力分布合理，传动力矩大，所述电机安装方便，散热良好，延长了使用寿命。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种旋转式驱动关节，包括臂I、臂II和电机,其特征在于，所述的臂I、臂II左右或者上下相对安装，所述电机嵌入安装在臂I和臂II形成的空间内，且臂I固定不动，臂II在电机的驱动下沿着电机输出轴的轴线相对于臂I旋转。

2.如权利要求1所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的臂I的一端与套筒I相连，另一端为固定端，电机固定在固定端上，在固定端下安装与电机输出端相连的减速机，所述的减速机的输出端安装一个与臂II固定相连的端盖，所述减速机的输出端驱动臂II旋转。

3.如权利要求2所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的臂I的固定端卡装在减速机外，所述的臂II套装在臂I的固定端，且在臂II和臂I之间安装有轴承I。

4.如权利要求2所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述套筒I一端与臂I相连，另一端套装在臂II内，且臂II与套筒I之间安装有轴承II。

5.如权利要求4所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的电机套装在套筒I内。

6.如权利要求1所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述臂I的一端通过轴承直接与臂II相连，另一端为固定端，电机固定在固定端上，在固定端下安装与电机输出端相连的减速机，所述的减速机的输出端套装一个套筒II，套筒II的端部与臂II相连，在套筒II外套装一个安装与臂I固定端相连的套筒III,所述的套筒II、套筒III之间安装轴承III。

7.如权利要求1或2或6所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的电机与编码器相连。

8.如权利要求1或2或6所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的臂I上开设有穿线孔。

9.如权利要求2所述的旋转式驱动关节，其特征在于，在套筒I与臂II上安装有限位开关。

10.如权利要求6所述的旋转式驱动关节，其特征在于，所述的臂I与臂II上安装有限位开关。