机器人手臂的驱动机构制造技术

本申请涉及机器人手臂的驱动机构。机械臂含有使得机械臂一肢与另一肢围绕两根不平行的旋转轴接合的关节机构，其包括：一个中间托架，通过拥有纵摇转动轴的第一转动关节与第一肢相连，通过拥有偏航转动轴的第二转动关节与第二肢相连；第一传动齿轮，围绕纵摇转动轴，第一传动齿轮与托架固定；第二传动齿轮，围绕偏航转动轴，第二传动齿轮与第二臂固定；第一传动轴，驱动第一传动齿轮围绕纵摇转动轴旋转，第一传动轴沿第一肢延伸并在其上有第一轴齿轮，第一轴齿轮与第一传动齿轮齿合；第二传动轴，驱动第二传动齿轮围绕偏航转动轴旋转，第二传动轴沿第一肢延伸并在其上有第二轴齿轮；中间齿轮传动链，由托架承受，使第二轴齿轮与第二传动齿轮耦接。第二传动齿轮耦接。第二传动齿轮耦接。

【技术实现步骤摘要】
机器人手臂的驱动机构
[0001]本申请是申请日为2016年7月22日，申请号为201680047419.X，PCT国际申请号为PCT/GB2016/052264，且专利技术名称为“机器人手臂的驱动机构”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及尤其与机器人手腕相关的用于机器人关节的驱动布置。

技术介绍

[0003]操纵物体所需的机器人(例如可能是工业机器人或手术机器人)通常具有由刚性元件组成的手臂，所述刚性元件通过多个柔性关节串联连接在一起。关节可以是任何类型的，但通常是转动关节，或者是转动关节和棱柱形关节的组合。手臂从基座(其位置可能是固定的或可移动的)伸出，并终止于工具或工具的附接装置处。例如，工具可以是抓握、切割、照明、照射或成像工具。手臂中最后的关节可以被称为手腕。手腕可以允许仅围绕单条轴线运动，或者可以是复杂的或复合的关节运动，其允许围绕多条轴线旋转。如我们共同未决的专利申请PCT/GB2014/053523中所公开的，手腕可以提供两个滚动关节(roll joint)，它们的轴线大致在手臂的纵向上，由两个俯仰/偏转(pitch/yaw)关节分开，所述俯仰/偏转关节的轴线大致在手臂的横向上。
[0004]在手术机器人的情况下，有许多重要的标准影响手臂远侧关节的设计。
[0005]1.希望手臂特别是其手腕所处的远侧部分尺寸较小。这使得多个这样的机器人手臂可以非常靠近地工作，因此，机器人手臂可以执行的外科手术范围更加广泛。
[0006]2.希望手臂的远侧部分的外部轮廓围绕手臂的长度是圆形对称的。这使得远侧部分可以纵向旋转，而不必在靠近另一机器人、靠近某一其他设备或靠近患者的情况下重新定位。
[0007]3.理想的是，关节能够提供高的扭矩，使得它们能够携带更重的工具并且将高的加速度提供给工具顶端。
[0008]4.希望关节是刚性的，很少或没有齿隙或弹性，以便当工具顶端已经定位时，它将被固定在位。使齿隙最小化的传统方法是将一个或多个齿轮元件指定为牺牲元件，但是这需要高水平的维护，并且可能会导致磨损的齿轮颗粒在手臂内释放。
[0009]5.所有关节都需要有位置和力/扭矩传感器，以便控制机构可以从这些传感器获取数据。
[0010]6.希望机器人手臂的远侧部分尽可能轻，以减小必须由机器人手臂的更近侧关节施加的力。
[0011]7.典型的机器人手臂携带电缆，该电缆为其驱动电机且还可能为工具供电，并从诸如位置、扭矩和成像传感器的传感器传输回信号。手臂最好包括通道，以便这些电缆在手臂的内部通过。
[0012]8.对于驱动机器人手臂的远侧关节以及有效载荷或工具的电机来说，希望存在冷却方法。
[0013]许多重要的标准使得难以设计能最好地平衡所有要求的手臂。
[0014]一个特别的问题是如何将电机和传动装置装配到机器人手臂的手腕中。该布置应当紧凑，但也应允许高刚度和扭矩传递。许多现有的设计未能遵守这些标准之一。
[0015]需要一种用于机器人手臂的关节的改进的驱动布置。

技术实现思路

[0016]根据本专利技术，提供了一种机器人手臂，所述机器人手臂包括用于使所述手臂中的一个分支相对于所述手臂中的另一个分支围绕两条非平行旋转轴线作关节运动的关节机构，所述机构包括：中间托架，所述中间托架通过具有第一旋转轴线的第一转动关节附接至所述分支中的第一个，并通过具有第二旋转轴线的第二转动关节附接至所述分支中的第二个；第一驱动齿轮，所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线设置，所述第一驱动齿轮与所述托架固定；第二驱动齿轮，所述第二驱动齿轮围绕所述第二旋转轴线设置，所述第二驱动齿轮与所述分支中的所述第二个固定；第一驱动轴，所述第一驱动轴用于驱动所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线旋转，所述第一驱动轴沿着所述分支中的所述第一个延伸并且在其上具有第一轴齿轮，所述第一轴齿轮被布置成接合所述第一驱动齿轮；第二驱动轴，所述第二驱动轴用于驱动所述第二驱动齿轮围绕所述第二旋转轴线旋转，所述第二驱动轴沿着所述分支中的所述第一个延伸并且在其上具有第二轴齿轮；以及中间齿轮系，所述中间齿轮系由所述托架承载并且将所述第二轴齿轮联接至所述第二驱动齿轮。
[0017]所述中间齿轮系可以包括围绕所述第一旋转轴线设置的第一中间齿轮，所述第一中间齿轮被布置成接合所述第二轴齿轮。所述第一中间齿轮可以围绕所述第一旋转轴线旋转。
[0018]所述机器人手臂还可以包括控制单元，所述控制单元被布置成对命令信号作出响应，所述命令信号通过驱动所述第一驱动轴和第二驱动轴旋转来命令所述机器人手臂的运动。所述控制单元可以被配置成当命令所述机器人手臂围绕所述第一轴线作关节运动而不围绕所述第二轴线作关节运动时，驱动所述第一轴旋转以引起围绕所述第一轴线的关节运动，并且还驱动所述第二轴旋转，其方式使得消除围绕所述第二轴线的连带关节运动。所述控制单元可以被配置为自动执行该动作。
[0019]所述中间齿轮系可以包括多个互连齿轮，所述多个互连齿轮被布置成围绕与所述第一旋转轴线平行的轴线旋转。
[0020]所述中间齿轮系可以包括中间轴，所述中间轴被布置成围绕与所述第一旋转轴线平行的轴线旋转。所述中间轴上可具有第三轴齿轮，所述第三轴齿轮被布置成接合所述第二驱动齿轮。
[0021]所述互连齿轮位于与所述第一轴线垂直并包含所述第一驱动齿轮的齿的平面的一侧上，并且所述第三轴齿轮的至少一部分位于所述平面的另一侧上。
[0022]所述第三轴齿轮可以是蜗轮：即，其一个或多个齿遵循螺旋路径的齿轮。所述第一轴齿轮和第二轴齿轮中的一个或两个可以是蜗轮。
[0023]所述第一驱动齿轮中的一个或两个可以是锥齿轮：即，其齿节面是直边的或弯曲的锥体和/或其齿被布置在这样的锥体上的齿轮。齿线可以是直的或弯曲的。所述第一驱动齿轮中的一个或两个可以是斜轴齿轮。
[0024]所述第一驱动齿轮可以是部分圆形齿轮。所述第二驱动齿轮的至少一部分可以与围绕所述第一轴线的圆相交，所述圆与所述第一驱动齿轮的径向最外部分重合。所述中间轴的至少一部分可以与围绕所述第一轴线的圆相交，所述圆与所述第一驱动齿轮的径向最外部分重合。
[0025]根据本专利技术的第二方面，提供了一种机器人手臂，所述机器人手臂包括用于使所述手臂中的一个分支相对于所述手臂中的另一个分支围绕两条非平行旋转轴线作关节运动的关节机构，所述机构包括：中间托架，所述中间托架通过具有第一旋转轴线的第一转动关节附接至所述分支中的第一个，并通过具有第二旋转轴线的第二转动关节附接至所述分支中的第二个；第一驱动齿轮，所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线设置，所述第一驱动齿轮与所述托架固定；第二驱动齿轮，所述第二驱动齿轮围绕所述第二旋转轴线设置，所述第二驱动齿轮与所述分支中的所述第二个固定；第一驱动轴，所述第一驱动轴用于驱动所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线旋转，所述第一驱动轴沿着所述分支中的所述第一个延伸并且在其上具有第一轴齿轮，所述第一轴齿轮被布置成接合所述第一驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人手臂，所述机器人手臂包括用于使所述手臂中的一个分支相对于所述手臂中的另一个分支围绕两条非平行旋转轴线作关节运动的关节机构，所述机构包括：中间托架，所述中间托架通过具有第一旋转轴线的第一转动关节附接至所述分支中的第一个，并通过具有第二旋转轴线的第二转动关节附接至所述分支中的第二个；第一驱动齿轮，所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线设置，所述第一驱动齿轮与所述托架固定；第二驱动齿轮，所述第二驱动齿轮围绕所述第二旋转轴线设置，所述第二驱动齿轮与所述分支中的所述第二个固定；第一驱动轴，所述第一驱动轴用于驱动所述第一驱动齿轮围绕所述第一旋转轴线旋转，所述第一驱动轴沿着所述分支中的所述第一个延伸并且在其上具有第一轴齿轮，所述第一轴齿轮被布置成接合所述第一驱动齿轮；第二驱动轴，所述第二驱动轴用于驱动所述第二驱动齿轮围绕所述第二旋转轴线旋转，所述第二驱动轴沿着所述分支中的所述第一个延伸并且在其上具有第二轴齿轮；以及中间齿轮系，所述中间齿轮系由所述托架承载并且将所述第二轴齿轮联接至所述第二驱动齿轮，所述中间齿轮系包括布置为围绕平行于但偏离所述第一旋转轴线的轴线旋转的中间轴，所述中间轴具有在其上的第三轴齿轮，所述第三轴齿轮被布置成接合所述第二驱动齿轮。2.根据权利要求1所述的机器人手臂，其中所述中间齿轮系包括多个互连齿轮，所述多个互连齿轮被布置成围绕与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：CMR外科有限公司，
类型：发明
国别省市：