一种手术机器人的关节的制作方法

本发明涉及机器人，具体说是一种手术机器人的关节。

背景技术：

现有的机器人主要分两大类：直角坐标机器人和关节式机器人。直角坐标机器人主要由一些直线运动单元、驱动电机、控制系统和末端操作器等组成。这种机器人可针对不同的应用，方便快速组合成不同维数、各种行程和不同带载能力的壁挂式、悬臂式、龙门式或倒挂式等多种形式的直角坐标机器人。关节式机器人主要由一些旋转运动单元驱动电机、控制系统和末端操作器等组成。关节式机器人不像直角坐标机器人可以快速组合成不同维数。针对不同的应用，如手术机器人，应选用固定的不同维度的关节式机器人。

目前，手术机器人关节的传动方式主要有绳索滑轮传动、连杆机构传动、带传动、链传动和齿轮传动等，而这些传动部件有些容易变形，传动不够精确，如带传动、绳索滑轮传动等，有些结构复杂，加工困难，不适合应用在微小型的弧焊机器人中，如连杆机构、齿轮传动等。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种结构简单、加工成本较低的手术机器人的关节。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种手术机器人的关节，包括壳体，其特征在于：该壳体一侧固定连接有一竖直设置的第一轴，该壳体上安装有一水平纵向设置的第二轴，该第二轴与一水平横向设置的连接臂固定连接，该第一轴和第二轴分别与谐波减速器连接。

作为优选，所述连接臂一端与所述第二轴固定连接，另一端安装有可旋转的水平纵向设置的第三轴。

作为优选，所述壳体包括竖直横向设置的两侧板和竖直纵向设置的一底板，该底板纵向两端分别与两侧板横向一端固定连接，所述底板与第一轴固定连接，连接臂所述一端从两侧板横向另一端伸入两侧板之间，所述第二轴水平纵向穿过两侧板与连接臂所述一端固定连接。

作为优选，在所述底板上成型有竖直设置的半圆槽，与该半圆槽等外径的套筒竖直焊接在半圆槽内，所述第一轴穿过套筒内腔与该套筒键连接。

作为优选，所述两侧板上均开设有通孔，每一通孔内安装有一轴承，所述第二轴的两端安装在该两轴承上，连接臂所述一端设置有轴套，该轴套与所述第二轴键连接。

作为优选，所述谐波减速器包括柔轮和与柔轮配合的刚轮，还包括分别由电机驱动转动的内轴和空心外轴，所述内轴插入空心外轴内腔，内轴两端伸出该空心外轴，所述内轴一端的伸出端由电机驱动，另一端的伸出端安装有随该内轴转动的第一椭圆驱动轮，所述空心外轴上安装有随该空心外轴转动的第二椭圆驱动轮，所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮外侧配合设有一柔轮，该柔轮一端开口，另一端设置有可连接第一轴、第二轴或第三轴的法兰，所述柔轮外周壁成型有与所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮对应的两排外齿，所述刚轮内周成型有与所述两排外齿分别啮合的内齿。

作为优选，所述两排内齿之间或/和两排外齿之间成型有环形凹槽。

作为优选，第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮中间均开设有供对应轴穿过的通孔，在每一通孔的周壁径向开设有环槽，环槽内设置有圈簧，第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮通过对应的圈簧固定安装在对应的轴上。

作为优选，在内轴和空心外轴上均设置有定位槽，所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮固定在对应的轴上时，所述圈簧位于对应的定位槽内。

作为优选，所述柔轮与法兰之间设置有缓冲部。

从以上技术方案可知，本发明通过第一轴的转动可带动壳体和连接臂水平旋转，通过第二轴可带动连接臂竖直旋转，而第三轴则可带动运动部件竖直旋转，可见本发明通过三根轴的旋转可驱动运动部件在水平面和竖直面实现大范围或小范围的运动，完全满足手术机器人的运动要求；且本发明的结构简单、部件较少、成本较低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视示意图。

图3是本发明中谐波减速器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1、图2和图3详细介绍本发明：

一种手术机器人的关节，其包括壳体80，该壳体一侧固定连接有一竖直设置的第一轴81，该壳体上安装有一水平纵向设置的第二轴82，该第二轴与一水平横向设置的连接臂83固定连接，通过该第一轴可驱动连接臂和壳体水平旋转，第二轴则可驱动连接臂竖直旋转，从而实现连接臂的三维运动；在实施过程中，所述连接臂一端与所述第二轴固定连接，另一端安装有可旋转的水平纵向设置的第三轴84，第三轴通过另外的轴承安装在连接臂所述另一端，所述第一轴、第二轴和第三轴分别与谐波减速器12连接，第三轴上安装运动部件，这样运动部件可直接由第三轴带动绕该第三轴竖直旋转，该竖直旋转的范围较小；同时，第二轴带动连接臂绕该第二轴竖直旋转，从而带动运动部件绕该第二轴大范围竖直旋转；在竖直旋转的同时，第一轴可带动壳体水面旋转，壳体带动连接臂，再由连接臂带动运动部件绕第一轴水平旋转，从而实现运动部件大范围或小范围的三维运动。

在本发明中，壳体80包括竖直横向设置的两侧板85和竖直纵向设置的一底板86，该底板纵向两端分别与两侧板横向一端固定连接，所述底板与第一轴固定连接，连接臂所述一端从两侧板横向另一端伸入两侧板之间，所述第二轴水平纵向穿过两侧板与连接臂所述一端固定连接，从而实现运动部件的三维运动；该结构由三块板和轴组成，加工简单，成本低。

具体来说，在所述底板86上成型有竖直设置的半圆槽87，与该半圆槽等外径的套筒88竖直焊接在半圆槽内，所述第一轴穿过套筒内腔与该套筒键连接，从而可避免轴直接焊接在底板上，防止损坏第一轴，且半圆槽的设计一方面加工简单、方便，另一方面便于焊接、连接牢固。作为优选，所述两侧板上均开设有通孔89，每一通孔内安装有一轴承，所述第二轴的两端安装在该两轴承上，连接臂所述一端设置有轴套90，该轴套与所述第二轴键连接，从而实现连接臂绕第二轴竖直旋转的同时，可随壳体水平旋转，且轴套和键连接的设计便于安装，传动可靠，成本低。

本发明的谐波减速器12包括柔轮11和与柔轮配合的刚轮17，还包括分别由电机驱动转动的内轴1和空心外轴2，内外轴可由两个电机分别驱动，也可由一个电机通过不同的两个传动机构分别驱动，所述内轴插入空心外轴内腔21，可节省空间；内轴两端伸出该空心外轴，所述内轴一端的伸出端由电机驱动，另一端的伸出端安装有随该内轴转动的第一椭圆驱动轮3，所述空心外轴上安装有随该空心外轴转动的第二椭圆驱动轮4；在实施过程中，两个驱动轮可驱动不同齿数的齿轮，因此，在内轴由电机带动转动时，可使外轴不转动，仅由第一椭圆驱动轮驱动齿轮转动，从而输出动力；在外轴由电机带动转动时，可使内轴不转动，仅由第二椭圆驱动轮驱动另外不同齿数的齿轮转动，从而输出与第一椭圆驱动轮不同传动比的动力，可见本发明可实现不同传动比的传动。

在实施过程中，两个椭圆驱动轮可驱动不同齿数的柔轮齿轮，因此，在内轴由电机带动转动时，可使外轴不转动，仅由第一椭圆驱动轮驱动第一排外齿转动，而此时第二排外齿与内齿仍然处于啮合状态，由于外轴没有驱动力，第二排外齿不会驱动柔轮转动，而其在啮合力的作用下随柔轮转动；同理，在外轴由电机带动转动时，可使内轴不转动，仅由第二椭圆驱动轮驱动另外不同齿数的齿轮转动，从而输出与第一驱动轮不同传动比的动力，可见本发明可实现不同传动比的传动。

所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮外侧配合设有一可径向弯曲的柔轮11，该柔轮一端开口，另一端设置有可连接第一轴、第二轴或第三轴的法兰13，所述柔轮外周壁成型有与所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮对应的两排外齿14，每排外齿可与刚轮的内齿18啮合，从而提供两种传动比；该两排齿之间成型有环形凹槽15；一方面可在加工齿的过程中，环形凹槽可使碎屑流入其内，为加工提供便利；另一方面，在润滑两排齿时，环形凹槽内的润滑油可沉淀一部分废渣，保证齿处的润滑油较为洁净。

在实施过程中，所述内轴1两端通过轴承5安装在空心外轴内腔，具体来说，所述空心外轴两端分别成型有容纳空间22，每一容纳空间内固定设置有一个所述轴承5，轴承的端面可与外轴端面齐平，不仅可节省空间，而且在传动过程中避免与其他部件发生干涉；内轴所述两端安装在两轴承上，这样不仅使内外轴可发生相对转动，保证内外轴具有较高的同轴度；而且可使得内轴支撑更牢固，传动更平稳。

在本发明中，第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮中间均开设有供对应轴穿过的通孔6，在每一通孔的周壁径向开设有环槽7，环槽内设置有圈簧8，第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮通过对应的圈簧固定安装在对应的轴上；这样一方面可避免驱动轮直接与对应的轴接触而损坏驱动轮，另一方面圈簧的弹力可使装配更加方便；同时，驱动轮与对应轴甚至可采用间隙配合的方式进行传动，避免两者接触，出现磨损现象，且一旦轴与圈簧的磨损影响传动时，只需更换圈簧即可，节约维修和维护成本。在本发明中，圈簧是具有径向弹力的弹力部件，在其弹力的作用下，可将驱动轮固定在轴上，保证轴带动驱动轮转动。为了使驱动轮安装在轴的指定位置，在内轴和空心外轴上均设置有定位槽9，所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮固定在对应的轴上时，所述圈簧位于对应的定位槽内，从而对驱动轮进行精确定位。在本发明中，所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮外轮廓均呈椭圆状，作为波发生器时，可在所述第一椭圆驱动轮和第二椭圆驱动轮的外周分布有轴向设置的数个滚轮10。

在本发明中，所述两排外齿的齿数不相等，从而提供两种不同的传动比，以满足机器人的传动要求；两排齿的齿顶圆直径不相等，便于与刚轮的齿进行装配；所述环形凹槽的截面呈V型，方便碎屑和废渣沿倾斜的槽壁流入槽底；所述柔轮与法兰之间设置有缓冲部16，由于柔轮在椭圆形波发生器的驱动过程中产生变形，其法兰一端会产生变形，可能导致法兰的传动不够平稳，进而使第一轴、第二轴或第三轴传动不够平稳，而缓冲部16可缓解上述变形，保证法兰和第一轴、第二轴或第三轴的传动更平稳。

本发明的所述缓冲部16为所述柔轮向法兰一侧延伸的锥部，锥部采用的材料与柔轮的材料一样，均具有弹性，具有缓冲作用，锥部与法兰固定连接，从而保证法兰传动平稳；在实施过程中，所述锥部靠近柔轮一侧的直径小于靠近法兰一侧的直径，由于柔轮在传动过程中产生的是径向增大的变形，其有使靠近法兰一侧的柔轮产生径向变形增大的趋势，在传递动力的过程中，靠近法兰一侧的大直径锥部受到的变形影响较小，从而保证法兰的传动的平稳性。作为另一种优选方案，所述缓冲部为所述柔轮向法兰一侧延伸的圆弧过渡部，该圆弧过渡部与法兰固定连接，该圆弧过渡部从小直径圆过渡到大直径圆，其作用与上述锥部作用相同，只不过加工方便一些。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。