一种三维电动控制支臂的制作方法

本实用新型涉及一种医疗机械臂，具体涉及一种三维电动控制支臂。

背景技术：

现代社会中各行业都已通过机械作业代替传动的手工劳动，大量的机械手臂等作业机械应用而生，其精度高、效率快，被普遍应用与市场中。现有的机械臂中，其自由度越高、精度越高，相应的制作成本也就越高。在医疗器械中，各类精密仪器大多需要配合机械臂来使用，自由度高、精度高的机械臂，其成本也随之提高，而现有的成本较低的机械臂，其自由度和精度都无法满足精密仪器的使用需求。因此，急需一种精度高成本低的机械臂来满足医疗器械市场的使用需求。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有医疗器械的机械臂自由度低、精度低和成本高的问题，进而提出一种三维电动控制支臂。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种三维电动控制支臂包括主支撑臂、水平转臂、垂直支臂、斜拉支臂、主控器、主旋臂和五个旋转轴机构，水平转臂水平设置，水平转臂一端的下方沿竖直方向设有主支撑臂，主支撑臂的顶端沿轴向方向设有一个旋转轴机构，水平转臂的一端通过旋转轴机构与主支撑臂转动连接，水平转臂另一端的上方沿竖直方向设有垂直支臂，垂直支臂的底端沿轴向设有一个旋转轴机构，水平转臂的另一端通过旋转轴机构与垂直支臂转动连接，垂直支臂的顶端与斜拉支臂的一端、斜拉支臂的另一端与主旋臂的一端和主旋臂的另一端与连接臂的一端之间分别各通过一个径向方向设置的旋转轴机构转动连接，主控器设置在主支撑臂上；

每个旋转轴机构分别包括控制板、第一齿轮、第二齿轮、连接轴、第三齿轮、主传动轴、第四齿轮、减速电机和壳体，减速电机设置在壳体内，减速电机的输出轴上固接有第一齿轮，连接轴和主传动轴分别与输出轴平行设置在壳体内，连接轴上分别固接有第二齿轮和第三齿轮，第二齿轮与第一齿轮相啮合，主传动轴上固接有第四齿轮，第四齿轮与第三齿轮相啮合，主传动轴的末端延伸到壳体的外侧，减速电机通过控制板与主控器连接。

本实用新型与现有技术相比包含的有益效果是：

本实用新型的结构简单，操作方便，生产成本低，可以实现多角度、多方位的旋转，移动自如、定位准确，机械臂在定位后零抖动，零偏移。在使用时可根据负荷的大小灵活调整弹簧的弹力，广泛适用于各类精密仪器的使用需求。

本实用新型整个转动过程中采用电动控制，与传统的机械传动控制相比，其精度更高，定位更加准确，操作更加简单方便，无需考虑负荷的大小，使用更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中旋转轴机构I的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种三维电动控制支臂包括主支撑臂1、水平转臂2、垂直支臂3、斜拉支臂4、主控器5、主旋臂6和五个旋转轴机构I，水平转臂2水平设置，水平转臂2一端的下方沿竖直方向设有主支撑臂1，主支撑臂1的顶端沿轴向方向设有一个旋转轴机构I，水平转臂2的一端通过旋转轴机构I与主支撑臂1转动连接，水平转臂2另一端的上方沿竖直方向设有垂直支臂3，垂直支臂3的底端沿轴向设有一个旋转轴机构I，水平转臂2的另一端通过旋转轴机构I与垂直支臂3转动连接，垂直支臂3的顶端与斜拉支臂4的一端、斜拉支臂4的另一端与主旋臂6的一端和主旋臂6的另一端与连接臂7的一端之间分别各通过一个径向方向设置的旋转轴机构I转动连接，主控器5设置在主支撑臂1上；

每个旋转轴机构I分别包括控制板8、第一齿轮9、第二齿轮11、连接轴12、第三齿轮13、主传动轴14、第四齿轮15、减速电机16和壳体17，减速电机16设置在壳体17内，减速电机16的输出轴10上固接有第一齿轮9，连接轴12和主传动轴14分别与输出轴10平行设置在壳体17内，连接轴12上分别固接有第二齿轮11和第三齿轮13，第二齿轮11与第一齿轮9相啮合，主传动轴14上固接有第四齿轮15，第四齿轮15与第三齿轮13相啮合，主传动轴14的末端延伸到壳体17的外侧，减速电机16通过控制板8与主控器5连接。

如此设计主支撑臂1作为整个支臂承受力最大的支撑，水平转臂2通过一个旋转轴机构I以主支撑臂1为转动中心沿水平方向旋转，垂直支臂3通过一个旋转轴机构I以自身为回转轴沿水平方向自转，斜拉支臂4通过一个旋转轴机构I以垂直支臂3的顶端为转动中心沿竖直方向旋转，主旋臂6通过一个旋转轴机构I以斜拉支臂4的另一端为转动中心沿竖直方向旋转，连接臂7通过一个旋转轴机构I以主旋臂6的另一端为转动中心沿竖直方向旋转，以调整连接臂7另一端上负荷的角度，由此实现了整个电控支臂在空间范围内的移动。整个移动过程通过主控器5进行控制，主控器5分别控制五个旋转轴机构I，实现旋转轴机构I的转动。

旋转轴机构I中，通过主控器5控制控制板8，控制板8控制减速电机16运转，输出轴6转动带动第一齿轮9转动，第一齿轮9带动第二齿轮11转动，第二齿轮11带动连接轴12回转，连接轴12带动第三齿轮13转动，第三齿轮13带动第四齿轮15转动，第四齿轮15带动主传动轴14回转，通过主传动轴14带动各支臂转动。

控制板8通过485接口和主控器5接收命令和数据和控制减速电机16启停。

减速电机16包括电机和减速器，减速器第一级是涡轮蜗杆传动，其特点是变比大并具有自锁功能(掉电后能锁住当前位置)。

第一齿轮9、第二齿轮11、第三齿轮13和第四齿轮15分别通过扭矩等参数适当选配齿数，形成合理传动比。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式主支撑臂1顶端的旋转轴机构I中，壳体17固接在主支撑臂1顶端的端面上，主传动轴14末端的外圆周侧壁与水平转臂2一端的端面固接；

垂直支臂3底端的旋转轴机构I中，壳体17固接在垂直支臂3底端的端面上，主传动轴14末端的外圆周侧壁与水平转臂2另一端的端面固接；

垂直支臂3的顶端与斜拉支臂4的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在垂直支臂3顶端的端面上，主传动轴14末端的外圆周侧壁与斜拉支臂4一端的端面固接；

斜拉支臂4的另一端与主旋臂6的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在斜拉支臂4另一端的端面上，主传动轴14末端的外圆周侧壁与主旋臂6一端的端面固接；

主旋臂6的另一端与连接臂7的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在主旋臂6另一端的端面上，主传动轴14末端的外圆周侧壁与连接臂一端的端面固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

如此设计通过旋转轴机构I的设置，实现主支撑臂1与水平转臂2、水平转臂2与垂直支臂3、垂直支臂3与斜拉支臂4、斜拉支臂4与主旋臂6和主旋臂6与连接臂7之间的相对转动。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述每个旋转轴机构I还包括第一光电检测器18、第一编码盘19、第二光电检测器20和第二编码盘21，第一编码盘19固接在输出轴10上，第一光电检测器18设置在第一编码盘19的一侧，第二编码盘21固接在主传动轴14上，第二光电检测器20设置在第二编码盘21的一侧，第一光电检测器18和第二光电检测器20均固接在壳体17的内侧壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

第一光电检测器18通过与第一编码盘19的配合使用能够检测减速电机16的旋转角度，第二光电检测器20通过与第二编码盘21的配合使用能够检测主传动轴14特定的位置。控制板8能够接收第一光电检测器18和第二光电检测器20的信号和执行控制程序。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式第一编码盘19上的刻度均匀设置，第二编码盘21上的刻度与主传动轴14的转动位置对应设置。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

如此设计第一编码盘19的均匀刻度，通过间隔大小来调整运动精度；第二编码盘21根据主传动轴14的特定位置设计雕刻刻度图案。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述连接轴12的两端通过一组连接轴承22与壳体17转动连接，主传动轴14的两端通过一组主轴轴承23与壳体17转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

如此设计实现连接轴12和主传动轴14的有效定位。

具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述主传动轴14的末端固接有连接端24。其它组成和连接方式与具体实施方式四或五相同。

主支撑臂1顶端的旋转轴机构I中，壳体17固接在主支撑臂1顶端的端面上，主传动轴14末端通过连接端24的外圆周侧壁与水平转臂2一端的端面固接；

垂直支臂3底端的旋转轴机构I中，壳体17固接在垂直支臂3底端的端面上，主传动轴14末端通过连接端24的外圆周侧壁与水平转臂2另一端的端面固接；

垂直支臂3的顶端与斜拉支臂4的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在垂直支臂3顶端的端面上，主传动轴14末端通过连接端24的外圆周侧壁与斜拉支臂4一端的端面固接；

斜拉支臂4的另一端与主旋臂6的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在斜拉支臂4另一端的端面上，主传动轴14末端通过连接端24的外圆周侧壁与主旋臂6一端的端面固接；

主旋臂6的另一端与连接臂7的一端之间的旋转轴机构I中，壳体17的侧壁固接在主旋臂6另一端的端面上，主传动轴14末端通过连接端24的外圆周侧壁与连接臂一端的端面固接。

工作原理

主支撑臂1作为整个支臂承受力最大的支撑，水平转臂2通过一个旋转轴机构I以主支撑臂1为转动中心沿水平方向旋转，垂直支臂3通过一个旋转轴机构I以自身为回转轴沿水平方向自转，斜拉支臂4通过一个旋转轴机构I以垂直支臂3的顶端为转动中心沿竖直方向旋转，主旋臂6通过一个旋转轴机构I以斜拉支臂4的另一端为转动中心沿竖直方向旋转，连接臂7通过一个旋转轴机构I以主旋臂6的另一端为转动中心沿竖直方向旋转，以调整连接臂7另一端上负荷的角度，由此实现了整个电控支臂在空间范围内的移动。整个移动过程通过主控器5进行控制，主控器5分别控制五个旋转轴机构I，实现旋转轴机构I的转动。

旋转轴机构I中，通过主控器5控制控制板8，控制板8控制减速电机16运转，输出轴6转动带动第一齿轮9转动，第一齿轮9带动第二齿轮11转动，第二齿轮11带动连接轴12回转，连接轴12带动第三齿轮13转动，第三齿轮13带动第四齿轮15转动，第四齿轮15带动主传动轴14回转，通过主传动轴14带动各支臂转动。