[实用新型]一种多自由度被动机械臂

说明书

本实用新型涉及一种多自由度被动机械臂，包括球形关节一、球形关节二和中心旋转关节，球形关节一通过连杆一与中心旋转关节的一端连接，中心旋转关节的另一端通过连杆二与球形关节二连接，所述连杆一和连杆二为中空腔体，所述中心旋转关节内设置钢球传动机构，所述连杆二内设置推杆；连杆一内设置电动推杆，电动推杆与球形关节一之间设置压力传感器，电动推杆与钢球传动机构之间设置弹性部件，钢球传动机构与球形关节二之间设置推杆；电动推杆通电向钢球传动机构，对两端施加压力，弹性部件发生形变，推动钢球传动机构，通过推杆将电动推杆产生的力传递至球形关节二。被动机械臂在初始状态和断电的情况下都有一定锁紧力，安全性强、稳定性高。

技术领域

本实用新型涉及一种多自由度被动机械臂，属于机械臂领域。

背景技术

在机器人微创手术中，术前医生需要手动调整被动关节来调整末端机构的空间位置。在完成设置后将机器人被动关节锁紧，只依靠远程控制的机器人主动关节来完成微创手术操作。在此过程中，被动关节必须实现关节的可靠性锁紧，增加机器人微创手术的可操作性，并保障手术的安全性。市面上现有的微创手术机器人被动臂结构复杂，体积大。

中国专利CN108214481A公开了一种可实现多关节同时锁紧的七自由度主被动机械臂，然而出现断电的情况下，其传动链仍然会受到影响，从而影响手术的安全性；且该主被动机械臂的自由度多，稳定性弱。

随着国内医疗技术水平的不断发展，将机器人技术与传统的微创手术相结合，被普遍认为是一种有效地解决传统微创技术缺点的方法，对医学机器人结构体积精小化，以及安全性、稳定性有待进一步改进提升，以满足医院等对高安全性、高稳定性机器人的要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了提高被动机械臂在初始状态及断电的情况下的安全性和稳定性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自由度被动机械臂，包括球形关节一、球形关节二和中心旋转关节，球形关节一通过连杆一与中心旋转关节的一端连接，中心旋转关节的另一端通过连杆二与球形关节二连接，所述连杆一和连杆二为中空腔体，所述中心旋转关节内设置钢球传动机构，所述连杆二内设置推杆；其特征在于，连杆一内设置电动推杆，电动推杆与球形关节一之间设置压力传感器，电动推杆与钢球传动机构之间设置弹性部件，钢球传动机构与球形关节二之间设置推杆；电动推杆通电向钢球传动机构，对两端施加压力，弹性部件发生形变，推动钢球传动机构，通过推杆将电动推杆产生的力传递至球形关节二。

优选地，所述球形关节一主要由球头一和球关节座一构成，球关节座一一端内部为球窝，球窝与球头一贴合，球关节座一另一端与连杆一连接；球头一包括第一轴体和连接在第一轴体一端的第一头部，其中所述第一轴体上设有径向由外向内凹陷的第一凹槽。

更为优选地，所述球头一的第一头部上设置向内凹陷的赤道槽，球形关节座一上设置与赤道槽相匹配的定位螺丝，定位螺丝一端嵌入赤道槽，使得球形关节一在一个方向上限定转动自由度。

具体地，所述中心旋转关节包括转动关节座一、转动关节座二以及设置于两者之间的摩擦片一和摩擦片二，摩擦片一和摩擦片二为环状片；所述摩擦片一通过螺钉固定于转动关节座二上，摩擦片一内径与钢球传动机构接触；所述摩擦片二通过螺钉固定于转动关节座一上，摩擦片二的环状侧面与摩擦片一的环状侧面接触，摩擦片二的内径小于摩擦片一的外径，摩擦片二的外径大于摩擦片一的外径。

优选地，所述球形关节二主要由球头二和球关节座二构成，球关节座二内部一端为球窝，与球头二贴合，球关节座二另一端与连杆二连接；球头二包括第二轴体和连接在第二轴体一端的第二头部，其中所述第二轴体上设有径向由外向内凹陷的第二凹槽。

优选地，所述电动推杆为笔式电动推杆，所述弹性部件为碟簧；笔式电动推杆两端设置笔式推杆座，笔式推杆座分别位于笔式电动推杆和压力传感器之间、以及笔式电动推杆与碟簧之间。