CN109602494A - 多自由度自锁机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由度自锁机械臂，包括转动地连接的第一转臂与第二转臂，第一转臂远离第二转臂的一端设置有第一球形座、内设第一球关节，第二转臂远离第一转臂的一端设置有第二球形座、内设第二球关节，第一转臂上设置有第一滑块、第一换向轴，第二转臂上设置有第二滑块、第二换向轴，机械臂还设置有缠绕有绷紧绳的缠绕轴，绷紧绳的一端绕经第一换向轴后连接在第一连接部上，另一端绕经第二换向轴后连接在第二连接部上。缠绕轴转动收紧所述的绷紧绳后，实现了机械臂的自锁。该自锁机械臂自由度多，仅依靠一个动力源就能实现所有自由度的锁定，且结构较为简单，容易加工实现。

Description

多自由度自锁机械臂
技术领域
本发明涉及多自由度自锁机械臂。
背景技术
现有的穿刺手术中，一般需要医生凭借个人经验，并借助医学影像结果不断调整角度，进行手动穿刺，这样手术过程十分消耗时间和精力，手术效果波动较大。为了减少人为因素引起的问题，越来越多的穿刺手术开始使用机械臂代替人工穿刺。现有技术一般先手动将机械臂调整至指定位置，然后将机械臂的各个关节锁死，最后进行穿刺。然而现有的关节锁死结构都较为复杂，不利于降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种多自由度自锁机械臂，其能够自动同步调节各个调整块的高度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多自由度自锁机械臂，包括第一转臂和第二转臂，所述第一转臂的一端部与所述第二转臂的一端部转动地连接，所述第一转臂远离所述第二转臂的一端设置有第一球形座，所述第一球形座内万向转动地设置有第一球关节，所述第二转臂远离所述第一转臂的一端设置有第二球形座，所述第二球形座内万向转动地设置有第二球关节，所述第一转臂上设置有能够沿所述第一转臂延伸方向滑动的第一滑块，所述第一滑块一端抵在所述第一球形座上、另一端设置有第一连接部，所述第一转臂上还设置有第一换向轴，所述第一换向轴位于所述第一连接部与所述第一球形座之间，所述第二转臂上设置有能够沿所述第二转臂延伸方向滑动的第二滑块，所述第二滑块一端抵在所述第二球形座上、另一端设置有第二连接部，所述第二转臂上还设置有第二换向轴，所述第二换向轴位于所述第二连接部与所述第二球形座之间，所述第一转臂或第二转臂转动地设置有缠绕轴，所述多自由度自锁机械臂还包括绷紧绳，所述绷紧绳的中部缠绕在所述缠绕轴上，所述绷紧绳的一端绕经所述第一换向轴后连接在所述第一连接部上，另一端绕经所述第二换向轴后连接在所述第二连接部上，所述多自由度自锁机械臂还包括用于驱动所述缠绕轴转动的驱动装置。
优选地，所述第一转臂具有第一容纳腔，所述第一滑块配合地设置在所述第一容纳腔中，所述第二转臂具有第二容纳腔，所述第二滑块配合地设置在所述第二容纳腔中。
进一步优选地，所述第一容纳腔包括延伸方向与所述第一转臂延伸方向相同的第一滑动腔、以及延伸方向与所述第一转臂延伸方向垂直的第一连接腔，第二容纳腔包括延伸方向与所述第二转臂延伸方向相同的第二滑动腔、以及延伸方向与所述第二转臂延伸方向垂直的第二连接腔，所述第一连接腔与所述第二连接腔相连通。
更进一步优选地，所述第一滑块滑动配合地设置在所述第一滑动腔中，所述第二滑块滑动配合地设置在所述第二滑动腔中。
更进一步优选地，所述缠绕轴转动地设置在所述第一连接腔中靠近所述第一滑动腔的一端，所述第二连接腔靠近所述第二滑动腔的一端设置有转向轴，所述绷紧绳的一端自所述缠绕轴伸出后依次绕经所述转向轴、所述第二换向轴后连接在所述第二连接部上。
进一步优选地，所述第一滑块上开设有位于所述第一连接部和所述第一球形座支架的第一容纳槽，所述第一换向轴设置在所述第一容纳槽中。
优选地，所述第一换向轴为转动地设置在所述第一转臂上的滑轮，所述第二换向轴为转动地设置在所述第二转臂上的滑轮，所述绷紧绳绕在所述滑轮上。
优选地，所述第一换向轴、第二换向轴、缠绕轴相互平行。
优选地，所述多自由度自锁机械臂还包括夹设在所述第一转臂和第二转臂之间的增磨片。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：缠绕轴转动收紧所述的绷紧绳后，第一滑块朝着第一球形座运动、第二滑块朝着第二球形座运动、第一转臂和第二转臂的接触处相互挤压，在摩擦力的作用下，第一球形座与第一球关节之间、第二球形座与第二球关节之间、第一转臂和第二转臂之间保持相对固定，实现了关节的自锁。该自锁机械臂自由度多，仅依靠一个动力源就能实现所有自由度的锁定，且结构较为简单，容易加工实现。
附图说明
附图1为本发明的多自由度自锁机械臂的轴测视图；
附图2为本发明的多自由度自锁机械臂的剖视图；
其中：1、第一转臂；11、第一换向轴；12、第一容纳腔；121、第一滑动腔；122、第一连接腔；2、第二转臂；21、第二换向轴；22、第二容纳腔；221、第二滑动腔；222、第二连接腔；23、转向轴；3、第一球形座；4、第一球关节；5、第二球形座；6、第二球关节；7、第一滑块；71、第一连接部；72、第一容纳槽；8、第二滑块；81、第二连接部；82、第二容纳槽；9、缠绕轴；10、绷紧绳；20、增磨片。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1和图2所示为本发明的一种多自由度自锁机械臂，包括第一转臂1和第二转臂2，第一转臂1的一端部与第二转臂2的一端部转动地连接，第一转臂1远离第二转臂2的一端设置有第一球形座3，该第一球形座3内万向转动地设置有第一球关节4，第二转臂2远离第一转臂1的一端设置有第二球形座5，第二球形座5内万向转动地设置有第二球关节6。
参见图2所示，第一转臂1上设置有能够沿第一转臂1延伸方向滑动的第一滑块7，第一滑块7一端抵在第一球形座3上、另一端设置有第一连接部71，第一转臂1上还设置有第一换向轴11，第一换向轴11位于第一连接部71与第一球形座3之间。
第二转臂2上设置有能够沿第二转臂2延伸方向滑动的第二滑块8，第二滑块8一端抵在第二球形座5上、另一端设置有第二连接部81，第二转臂2上还设置有第二换向轴21，第二换向轴21位于第二连接部81与第二球形座4之间。
第一转臂1或第二转臂2转动地设置有缠绕轴9，多自由度自锁机械臂还包括绷紧绳10，绷紧绳10的中部缠绕在缠绕轴9上，绷紧绳10的一端绕经第一换向轴11后连接在第一连接部71上，另一端绕经第二换向轴21后连接在第二连接部81上，多自由度自锁关节还包括用于驱动缠绕轴9转动的驱动装置。
缠绕轴9转动收紧绷紧绳10后，第一滑块7朝着第一球形座3运动、第二滑块8朝着第二球形座5运动、第一转臂1和第二转臂2的接触处相互挤压，在摩擦力的作用下，第一球形座3与第一球关节4之间、第二球形座5与第二球关节6之间、第一转臂1和第二转臂2之间保持相对固定，实现了关节的自锁。缠绕轴9反向转动使得绷紧绳10放松后，第一球关节4能够相对第一转臂1万向地转动、第二球关节6能够相对第二转臂2万向地转动、第一转臂1和第二转臂2能相对转动，该机械臂的自由度较多。
参见图2所示，第一转臂1具有第一容纳腔12，第一滑块7配合地设置在第一容纳腔12中，第二转臂2具有第二容纳腔22，第二滑块8配合地设置在第二容纳腔22中。由于第一转臂1和第二转臂2都是中空的，因此其重量较轻。第一滑块7和第二滑块8设置在转臂的内部，减小了机械臂的体积。
参见图2所示，第一容纳腔12包括延伸方向与第一转臂1延伸方向相同的第一滑动腔121、以及延伸方向与第一转臂1延伸方向垂直的第一连接腔122，第二容纳腔22包括延伸方向与第二转臂2延伸方向相同的第二滑动腔221、以及延伸方向与第二转臂2延伸方向垂直的第二连接腔222，第一连接腔121与第二连接腔221相连通。
第一滑块7滑动配合地设置在第一滑动腔121中，第二滑块8滑动配合地设置在第二滑动腔221中，保证第一滑块7和第二滑块8滑动得较为平稳。
缠绕轴9转动地设置在第一连接腔122中靠近第一滑动腔121的一端，第二连接腔222靠近第二滑动腔221的一端设置有转向轴23，绷紧绳10的一端自缠绕轴9伸出后依次绕经转向轴23、第二换向轴21后连接在第二连接部81上，这样设置可以尽可能地避免增加绷紧绳10的转弯次数，降低摩擦损耗，同时避免绷紧绳10与第一转臂1、第二转臂2产生摩擦，造成机械臂的磨损。
第一滑块7上开设有位于第一连接部71和第一球形座3之间的第一容纳槽72，第一换向轴11设置在第一容纳槽72中，这样第一连接部71到第一换向轴11间的绷紧绳10的延伸方向与第一转臂1的延伸方向相同，第一滑块7的受力方向与其滑动方向相同，其滑动较为平稳。类似地，第二滑块8上开设有位于第二连接部81和第二球形座5之间的第二容纳槽82，第二换向轴21设置在第二容纳槽82中。
第一换向轴11为转动地设置在第一转臂1上的滑轮，第二换向轴21为转动地设置在第二转臂2上的滑轮，绷紧绳10绕在滑轮上，因此摩擦损耗较小。
第一换向轴11、第二换向轴21、缠绕轴9相互平行，这样能降低绷紧绳10的排线难度，机械臂的内部结构一目了然，十分简单。
参见图1所示，多自由度自锁机械臂还包括夹设在第一转臂1和第二转臂2之间的增磨片20，当绷紧绳10张紧时，增磨片20提高了第一转臂1和第二转臂2间的摩擦力，机械臂的锁紧力较高。
综上所述，该自锁机械臂自由度多，仅依靠一个动力源就能实现所有自由度的锁定，且结构较为简单，容易加工实现。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多自由度自锁机械臂，包括第一转臂（1）和第二转臂（2），所述第一转臂（1）的一端部与所述第二转臂（2）的一端部转动地连接，所述第一转臂（1）远离所述第二转臂（2）的一端设置有第一球形座（3），所述第一球形座（3）内万向转动地设置有第一球关节（4），所述第二转臂（2）远离所述第一转臂（1）的一端设置有第二球形座（5），所述第二球形座（5）内万向转动地设置有第二球关节（6），其特征在于：
所述第一转臂（1）上设置有能够沿所述第一转臂（1）延伸方向滑动的第一滑块（7），所述第一滑块（7）一端抵在所述第一球形座（3）上、另一端设置有第一连接部（71），所述第一转臂（1）上还设置有第一换向轴（11），所述第一换向轴（11）位于所述第一连接部（71）与所述第一球形座（3）之间，
所述第二转臂（2）上设置有能够沿所述第二转臂（2）延伸方向滑动的第二滑块（8），所述第二滑块（8）一端抵在所述第二球形座（5）上、另一端设置有第二连接部（81），所述第二转臂（2）上还设置有第二换向轴（21），所述第二换向轴（21）位于所述第二连接部（81）与所述第二球形座（4）之间，
所述第一转臂（1）或第二转臂（2）转动地设置有缠绕轴（9），所述多自由度自锁机械臂还包括绷紧绳（10），所述绷紧绳（10）的中部缠绕在所述缠绕轴（9）上，所述绷紧绳（10）的一端绕经所述第一换向轴（11）后连接在所述第一连接部（71）上，另一端绕经所述第二换向轴（21）后连接在所述第二连接部（81）上，所述多自由度自锁机械臂还包括用于驱动所述缠绕轴（9）转动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一转臂（1）具有第一容纳腔（12），所述第一滑块（7）配合地设置在所述第一容纳腔（12）中，所述第二转臂（2）具有第二容纳腔（22），所述第二滑块（8）配合地设置在所述第二容纳腔（22）中。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一容纳腔（12）包括延伸方向与所述第一转臂（1）延伸方向相同的第一滑动腔（121）、以及延伸方向与所述第一转臂（1）延伸方向垂直的第一连接腔（122），
第二容纳腔（22）包括延伸方向与所述第二转臂（2）延伸方向相同的第二滑动腔（221）、以及延伸方向与所述第二转臂（2）延伸方向垂直的第二连接腔（222），所述第一连接腔（121）与所述第二连接腔（221）相连通。
4.根据权利要求3所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一滑块（7）滑动配合地设置在所述第一滑动腔（121）中，所述第二滑块（8）滑动配合地设置在所述第二滑动腔（221）中。
5.根据权利要求3所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述缠绕轴（9）转动地设置在所述第一连接腔（122）中靠近所述第一滑动腔（121）的一端，所述第二连接腔（222）靠近所述第二滑动腔（221）的一端设置有转向轴（23），所述绷紧绳（10）的一端自所述缠绕轴（9）伸出后依次绕经所述转向轴（23）、所述第二换向轴（21）后连接在所述第二连接部（81）上。
6.根据权利要求2所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一滑块（7）上开设有位于所述第一连接部（71）和所述第一球形座（3）之间的第一容纳槽（72），所述第一换向轴（11）设置在所述第一容纳槽（72）中；所述第二滑块（8）上开设有位于所述第二连接部（81）和所述第二球形座（5）之间的第二容纳槽（82），所述第二换向轴（21）设置在所述第二容纳槽（82）中。
7.根据权利要求1所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一换向轴（11）为转动地设置在所述第一转臂（1）上的滑轮，所述第二换向轴（21）为转动地设置在所述第二转臂（2）上的滑轮，所述绷紧绳（10）绕在所述滑轮上。
8.根据权利要求1所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述第一换向轴（11）、第二换向轴（21）、缠绕轴（9）相互平行。
9.根据权利要求1所述的一种多自由度自锁机械臂，其特征在于：所述多自由度自锁机械臂还包括夹设在所述第一转臂（1）和第二转臂（2）之间的增磨片（20）。
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