[发明专利]一种血管介入机器人位姿调节助力用半自动机械臂

权利要求书

1.一种血管介入机器人位姿调节助力用半自动机械臂，包括：肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕部；其特征在于：

所述肩关节实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述大臂安装在肩关节上面，实现绕x轴的转动，具有一个自由度；所述肘关节与大臂串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述小臂与肘关节串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述腕部继续与小臂串联，若所有关节位于一条直线上，则腕部旋转为绕y轴的旋转；若小臂关节绕z轴旋转90度后，则腕部旋转即改变为绕x轴旋转，具有一个自由度；总共5个自由度；

每个关节部位均由电磁制动器驱动控制，在大臂中还安装有助力装置。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，大臂包括第二电磁制动器、大臂套筒、助力装置、第一直角连接件，第一方形型材、根部连接件转轴；所述大臂套筒由竖直部分和水平圆柱壳体，大臂套筒的下部竖直部分与肩关节的第一电磁制动器的壳体固定在一起，大臂套筒的水平圆柱壳体与竖直部分垂直连接，在大臂套筒的水平圆柱壳体内部设置有隔板，将水平圆柱壳体分成两个安装空间，一个安装空间用于安装第二电磁制动器，一个安装空间用于安装助力装置，安装第二电磁制动器的安装空间的壳体表面设有U型槽，第二电磁制动器通过大臂套筒连接在肩关节的竖直方向上，第二电磁制动器中心轴线初始位置与x轴平行，实现绕x轴的转动。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述助力装置包括中间转轴，弹簧，辅助摩擦块以及半球形转动部件，通过大臂套筒的隔板将第二电磁制动器和助力装置分隔开，所述根部连接件转轴依次穿过助力装置、隔板、第二电磁制动器；所述中间转轴为中间具有轴孔的方形结构，在方形结构的四角上均设置有延伸部，四个延伸部方向一致，每个延伸部上同侧设置有半球形孔，方形结构的中间轴孔含有键槽，与根部连接件转轴相互配合，通过键连接将中间转轴与根部连接件转轴固定在一起；在中间转轴的半球形孔内安装半球形转动部件，每个半球形转动部件均连接一个弹簧的一端，弹簧的另一端连接辅助摩擦块，所述辅助摩擦块的一端为圆弧面，紧贴在大臂套筒的水平圆柱壳体内壁上，辅助摩擦块的下部设有凸台，该凸台用来连接弹簧，实现弹簧定位；辅助摩擦块的圆弧面的对面上设置有圆孔，用于半球形转动部件通过中间转轴的延伸部上的半球形孔与辅助摩擦块上的圆孔连接定位，进而使得半球形转动部件能够嵌入半圆形孔内，并与辅助摩擦块的圆孔接触，起到轴向定位的作用，使得所有弹簧均布于中间转轴的圆周方向，弹簧两侧分别为辅助摩擦块及半球形转动部件，辅助摩擦块紧贴在大臂套筒内表面，且弹簧处于压缩状态。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，弹簧的原长大于半球形转动部件到辅助摩擦块的凸台下底面之间的距离。

5.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述弹簧根据公式F_g×L_a+T_m＝4F_k×R计算出正压力，式中F_g为机械臂的重量，L_a为机械臂的重心到大臂关节中心的距离；T_m为第二电磁制动器的最大负载转矩，Fk为弹簧所受到的正压力，R为弹簧中心轴线到中间转轴的垂直距离；

再根据F_k＝f×G×d⁴/8×n×D³为弹簧选型，

式中，F_k为压力，f为变形量，G为材料的切变模量，d为弹簧钢丝直径，n为弹簧有效圈数，D为弹簧中径。