一种用于共面定位的单臂旋转机构的制作方法

本实用新型属于定位机械技术领域，具体涉及一种用于共面定位的单臂旋转机构。

背景技术：

“定位”在自动化设备里，大致可区分为三大部分：产品的定位、机构的定位、电器控制上的定位，三者占有相当重的比例。而定位的目的是让产品及机构都有共同的依据可循，也就是说，产品及机构于取出或拆卸后都能按原位置准确、快速装回。不良的定位设计，易造成设备或夹治具生产出不良之产品，亦会造成debug时的误判，进而产生成本及时间上的浪费。所以良好的定位设计对自动化的设计者而言,是相当重要的一个课题。

而具体的定位机构是把工件快速而精确的加以控制，安置在设备上，藉本体的承载，夹紧件的挟持，使工件在夹具内固定在精确的位置上。所谓快速，系指工件装置在定位件时，要很容易、方便，而不发生错误(防愚装置)，将工件作快速及精确的控制。所谓精确，系指生产制造图上，要求工件的面与面，中心与中心的正确关系。所谓控制，系指工件在定位件上精确定位后，必须控制其自由度，不因加工或组装而发生移位，失去原先求心和定位的作用。现有工业中应用的机械定位设备较多，且实现的功能较为复杂，例如常用的多轴加工机床，通过系统能够精确控制其对于原料进行加工。这种复杂的机械结构中，需要对多个机械结构进行定位，才能够实现较好的控制效果。

现有技术中，定位结构或定位方式较多，其中包括有用于实现移动物体在同一平面进行自有移动。而为了使对应的功能机构在特定位置进行动作，均是通过轨道滑动的方式进行线移动，若要实现面移动，则至少需要两根相互交差连接的直线滑轨才能够实现共面定位。但因为两个交叉连接的直线滑轨结构，在具体应用中需要将其中一根滑轨设置在另一个滑轨的滑块上，这种重叠的连接方式需要对其中一根滑轨的结构进行加强，导致整个共面移动定位机构结构较为复杂，且自重较重，如果需要固定的功能机构重量较大，则导致其无法承载。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于共面定位的单臂旋转机构。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种用于共面定位的单臂旋转机构，通过旋转带动安装有的功能机构在一平面内进行定向移动并针对目标物进行动作；包括滑动共面机构和设置在滑动共面机构上的固定结构，通过所述固定结构固定有功能机构；

所述滑动共面机构包括主体和与主体转动连接的下摆组件，所述固定结构与所述下摆组件滑动连接且所述固定结构沿可直线往复滑动；

所述滑动共面机构还包括带动下摆组件与主体之间绕转动连接轴相对转动的第一动力机构，还包括带动所述固定结构与下摆组件之间发生相对线性位移的第二动力机构。

本实用新型是一种自动化机械设备，该设备主要针对特定的目标物，将安装有的功能机构在一固定平面内进行移动，使得该功能机构整体移动至特定位置（该特定位置是以目标物作为相对静止的参照物而预设的空间或平面点位），此时所述功能机构的动作部能够动作对目标物进行处置。

进一步的，所述主体固定在外部设有的固定架上，且所述主体与固定架活动连接并通过设置在主体上的第三动力机构带动主体绕固定架定向移动。

进一步的，所述第一动力机构设置在所述主体上，所述下摆组件与所述主体底部转动连接。

进一步的，所述第一动力机构为伺服电机或步进电机结构，所述下摆组件通过设有的转动轴与所述主体转动连接；

所述第一动力机构的输出轴的轴线与所述转动轴的轴线相互垂直；

所述第一动力机构的输出轴连接有与主体转动连接的蜗杆，所述转动轴上设有与蜗杆啮合传动的蜗轮。

进一步的，所述主体底部设有连接孔，所述转动轴从底部穿过连接孔后并通过设有的紧固件将转动轴限制在主体上。

进一步的，所述下摆组件包括第二滑轨和设置在第二滑轨上沿第二滑轨往复滑动的第二滑块，所述固定结构于第二滑块固定连接；

所述第二滑轨通过设有的下固定连接件与所述主体转动连接。

进一步的，所述第二动力机构设置在第二滑轨一端，所述第二动力机构为步进电机或者伺服电机结构，所述第二滑轨内设有丝杆结构，所述丝杆结构一端与所述第二动力机构传动连接；

所述第二滑块与丝杆结构配合实现移动控制。

进一步的，所述固定结构为固定夹具，所述固定夹具通过螺栓对功能机构进行夹紧固定。

进一步的，所述主体为u型结构，所述第一动力机构和第三动力机构分别固定在u型结构的相对侧面上，在u型结构的内壁上还设有第三滑块，所述第三滑块与设置在固定架上的第三滑轨滑动限位；

所述第三动力机构的输出轴穿入u型结构内并在端部固定有齿轮，通过所述齿轮与设置在固定架上的齿条啮合带动主体沿第三滑轨滑动。

进一步的，所述功能机构为用于医疗穿刺治疗时的红外线发射器。

现有的共面移动设备通常采用两根直线滑轨重叠的方式进行，而且采用两根滑轨重叠连接的方式，当需要将功能机构移动至该平面的边角位置时，所述两个滑轨上的滑块均滑动至对应滑轨的最远端，导致从最顶端的固定点与最末端的功能机构之间的力臂较长，即使结构强度能够满足需求，但过长的力臂结构容易导致末端的功能机构会因为力臂的应力形变而出现角度偏差，对于一些精密定位设备来说，只能减小共面机构的可移动范围，或者减轻功能机构的重量。

本实用新型为了解决该技术问题，则同样是共面定位移动机构，通过将主要的动作机构优化为进行360°转动的方式来进行圆形面的区域覆盖。而所述的下摆组件与固定结构之间同样采用线性滑动连接的方式，也就是说所述固定结构能够与下摆组件之间发生相对直线往复位移，类似于在一个转盘上设有可沿任一直径滑动的点，通过控制转盘转动和点在转盘上的移动来进行共面覆盖。

相较于现有技术的两根直线滑轨结构，通过转动的下摆组件能够减小力臂，从而提供较为稳定的移动结构和移动方式。若下摆组件与主体之间的转动连接轴的轴线正好处于下摆组件的中心位置，且下摆组件为规则的常规立体结构，其外表面到该中心位置的间距大致相同，则更加受力更加均匀。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过将现有共面机构采用的两根直线滑轨结构优化为更加受力均匀的旋转结构：下摆组件，从而提供在保证具有较好的共面移动定位功能下，还能够避免因为较差滑轨所带来的力臂过长影响最终定位精度的问题。

附图说明

图1是本实用新型安装在一种落地式移动的门型架上进行穿刺引导时的轴测图a；

图2是本实用新型安装在一种落地式移动的门型架上进行穿刺引导时的轴测图b，用以从不同角度展示该结构；

图3是本实用新型安装带有固定轴且可绕固定轴转动的固定架上的轴测图；

图4是本实用新型单独设置在固定架上的轴测图a；

图5是本实用新型单独设置在固定架上的轴测图b，用以从不同角度展示该结构；

图6是本实用新型所有零部件拆分后的轴测图a；

图7是本实用新型所有零部件拆分后的轴测图b，用以从不同角度展示该结构；

图8是本实用新型所有零部件装配后的轴测图a；

图9是本实用新型所有零部件装配后的轴测图b，用以从不同角度展示该结构。

图中：1-固定架，2-滑动共面机构，3-第一动力机构，3.1-蜗杆，4-第二动力机构，5-第三动力机构，6-主体，7-转动轴，7.1-蜗轮，8-第二滑轨，9-第二滑块，10-下固定连接件，11-固定夹具，12-第三滑块，13-齿轮，14-轴承座，15-红外线发射器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

本实施例是一种自动化机械设备，该设备主要针对特定的目标物，将安装有的功能机构在一固定平面内进行移动，使得该功能机构整体移动至特定位置，此时所述功能机构的动作部能够动作对目标物进行处置。

具体来说是一种用于共面定位的单臂旋转机构，主要包括滑动共面机构2和设置在滑动共面机构2上的固定结构，通过所述固定结构固定有功能机构；滑动共面机构2包括主体6和与主体6转动连接的下摆组件，所述固定结构与所述下摆组件滑动连接且所述固定结构沿可直线往复滑动。

滑动共面机构2还包括带动下摆组件与主体6之间绕转动连接轴相对转动的第一动力机构3，还包括带动所述固定结构与下摆组件之间发生相对线性位移的第二动力机构4。

该自动化机械设备应用于物流领域，对于静止的包裹进行贴标或者二维码扫描，则可采用该机构。将本机构固定后，通过外部系统控制第一动力机构3，输入预设好的运动参数，将进入特定区域的包裹作为目标物。而所述的功能机构是扫码传感器，通过与固定结构适配的连接件将其固定在固定结构上。此时所述扫码传感器朝向某个包裹的一个面，该平面上特定位置设有需要扫描的标签。通过第一动力机构3转动所述下摆组件转动，而转动平面与设有标签的平面平行，当所述扫码传感器的光检测区域内出现标签时则停止转动，此时即可完成扫描任务。

主体6固定在外部设有的固定架1上，且所述主体6与固定架1活动连接并通过设置在主体6上的第三动力机构5带动主体6绕固定架1定向移动。所述第一动力机构3设置在所述主体6上，所述下摆组件与所述主体6底部转动连接。

第一动力机构3为伺服电机或步进电机结构，所述下摆组件通过设有的转动轴7与所述主体6转动连接；所述第一动力机构3的输出轴的轴线与所述转动轴7的轴线相互垂直；所述第一动力机构3的输出轴连接有与主体6转动连接的蜗杆3.1，所述转动轴7上设有与蜗杆3.1啮合传动的蜗轮7.1。

如图6和图7的分拆示意图所示，其中可从两个角度看到蜗轮7.1和蜗杆3.1结构。因为本实施例中的定位设备是用于精确定位移动，则主要的第一动力机构3与下摆组件之间需要精确转动，控制其最低的单位转动角度，从而提高精度。这种轴线垂直的传动连接方式，常用的包括斜齿轮13和蜗轮7.1蜗杆3.1两种，但如果采用锥齿轮13组件进行传动，必须采用半径相差较大的锥齿轮13组进行减速，则导致占用的空间较大。则本实施例中采用蜗轮7.1蜗杆3.1的连接方式，既能够保证具有较小的空间占用率，同时又能够提供较好的减速和放大扭矩的效果，能够满足精细控制。

主体6底部设有连接孔，所述转动轴7从底部穿过连接孔后并通过设有的紧固件将转动轴7限制在主体6上。如图6和图7所示，图中可以看到，该连接孔上设有轴承，而所述紧固件为与转动轴7螺纹配合的内六角螺母。而所述的转动轴7为一端设有膨大端的阶梯杆状结构，当其插入连接孔后再通过内六角螺母进行固定。而在插入端部固定有涡轮，图中的蜗轮7.1通过垂直于轴线方向的三根螺栓固定在转动轴7端部，而转动轴7端部截面为多边形形状，便于固定蜗轮7.1。

下摆组件包括第二滑轨8和设置在第二滑轨8上沿第二滑轨8往复滑动的第二滑块9，所述固定结构于第二滑块9固定连接；所述第二滑轨8通过设有的下固定连接件10与所述主体6转动连接。

如图6和图7所示，其中可以看到下固定连接件10为一种l型板材，在下固定连接件10上设有通孔，而转动轴7一端穿过通孔且在转动轴7端部的膨大端与下固定连接件10贴合，通过螺栓将转动轴7的膨大端与下固定连接件10固定连接。在图中还可以看到，该下固定连接件10的长臂上设有多个开孔，用于通过螺栓连接所述第二滑轨8的上表面。

实施例2：

本实施例是一种用于生物体穿刺定位的移动设备，这里所述的穿刺并不仅表示将穿刺针插入生物体中，而是包括所有从生物体表面穿入生物体内的过程，包含不限于穿刺、消融、粒子植入、活检等。但现有的穿刺定位设备大部分都是固定式结构，例如固定板贴合在生物体对应位置，将穿刺设备从固定板上的特定位置穿入，从而限制穿刺设备沿预定的针道进入生物体内。

因为在对生物体进行治疗或者诊断时，可以通过体外介质透过生物体进行探查生物体内部情况，从而对病灶进行准确定位，并制定相应的治疗或者探查路线。但上述方案均是依据得到的介质反馈图像进行规划，而该图像是静态局部图像，一旦需要手术进行实际查看时，则无法通过得到的静态局部图像对实施手术的过程进行指导，则需要在初期找到参照物进行初定位，然后依据该参照物一步步关联定位，从而便于实际手术时能够准确操作。

需要对生物体进行穿刺时，现有的方式是需要对其进行详细的路径规划，并需要在手术时严格按照步骤开展，但即使是完全严格按照计划进行，时常会出现术中无法找到病灶或者对应组织的情况。因为在做路径规划时，所参照的均为静态图像，且依据现有的技术手段获取到的图像与实际场景具有较大差异，无法直观的提供视觉参考，只能凭借经验进行判断。

而且，因为许多穿刺手术在规划穿刺路径时，需要尽可能对其他组织造成的影响较小，且又能够达到目标区域，故确定的路径角度特殊，需要准确定位进行穿刺。且常常在同一场手术中，可能需要对目标区域进行多次穿刺，每次穿刺的路径角度不同。

现有技术为了提高定位准度，会在生物体表面设置一个用于固定针道的弧面板材，该弧面板材是通过3d打印的方式针对于该生物体穿刺部位的皮肤表面打印的适形板材，其外侧表面设有突出的管道结构，用于插入穿刺针。但这种方式需要对弧面板材进行定位，若该穿刺区域正好处于生物体的特征点附近，则固定过程较为简单，但一旦周围皮肤不存在特征参照点，需要在远端的特征参照点进行多点定位，从而在实际操作中容易出现偏差导致定位不准确。

本实施例如图1-9所示，具体包括滑动共面机构2和设置在滑动共面机构2上的固定结构，通过所述固定结构固定有功能机构；滑动共面机构2包括主体6和与主体6转动连接的下摆组件，所述固定结构与所述下摆组件滑动连接且所述固定结构沿可直线往复滑动。

滑动共面机构2还包括带动下摆组件与主体6之间绕转动连接轴相对转动的第一动力机构3，还包括带动所述固定结构与下摆组件之间发生相对线性位移的第二动力机构4。主体6固定在外部设有的固定架1上，且所述主体6与固定架1活动连接并通过设置在主体6上的第三动力机构5带动主体6绕固定架1定向移动。所述第一动力机构3设置在所述主体6上，所述下摆组件与所述主体6底部转动连接。

第一动力机构3为伺服电机或步进电机结构，所述下摆组件通过设有的转动轴7与所述主体6转动连接；所述第一动力机构3的输出轴的轴线与所述转动轴7的轴线相互垂直；所述第一动力机构3的输出轴连接有与主体6转动连接的蜗杆3.1，所述转动轴7上设有与蜗杆3.1啮合传动的蜗轮7.1。

如图6和图7的分拆示意图所示，其中可从两个角度看到蜗轮7.1和蜗杆3.1结构。因为本实施例中的定位设备是用于精确定位移动，则主要的第一动力机构3与下摆组件之间需要精确转动，控制其最低的单位转动角度，从而提高精度。这种轴线垂直的传动连接方式，常用的包括斜齿轮13和蜗轮7.1蜗杆3.1两种，但如果采用锥齿轮13组件进行传动，必须采用半径相差较大的锥齿轮13组进行减速，则导致占用的空间较大。则本实施例中采用蜗轮7.1蜗杆3.1的连接方式，既能够保证具有较小的空间占用率，同时又能够提供较好的减速和放大扭矩的效果，能够满足精细控制。

主体6底部设有连接孔，所述转动轴7从底部穿过连接孔后并通过设有的紧固件将转动轴7限制在主体6上。如图6和图7所示，图中可以看到，该连接孔上设有轴承，而所述紧固件为与转动轴7螺纹配合的内六角螺母。而所述的转动轴7为一端设有膨大端的阶梯杆状结构，当其插入连接孔后再通过内六角螺母进行固定。而在插入端部固定有涡轮，图中的蜗轮7.1通过垂直于轴线方向的三根螺栓固定在转动轴7端部，而转动轴7端部截面为多边形形状，便于固定蜗轮7.1。

下摆组件包括第二滑轨8和设置在第二滑轨8上沿第二滑轨8往复滑动的第二滑块9，所述固定结构于第二滑块9固定连接；所述第二滑轨8通过设有的下固定连接件10与所述主体6转动连接。

如图6和图7所示，其中可以看到下固定连接件10为一种l型板材，在下固定连接件10上设有通孔，而转动轴7一端穿过通孔且在转动轴7端部的膨大端与下固定连接件10贴合，通过螺栓将转动轴7的膨大端与下固定连接件10固定连接。在图中还可以看到，该下固定连接件10的长臂上设有多个开孔，用于通过螺栓连接所述第二滑轨8的上表面。

第二动力机构4设置在第二滑轨8一端，所述第二动力机构4为步进电机或者伺服电机结构，所述第二滑轨8内设有丝杆结构，所述丝杆结构一端与所述第二动力机构4传动连接；所述第二滑块9与丝杆结构配合实现移动控制。

固定结构为固定夹具11，所述固定夹具11通过螺栓对功能机构进行夹紧固定。在图6中，整个第二滑轨8包括滑轨架和底板，而所述第二滑块9包括与丝杆结构配合滑动的滚珠块和与底板夹持滑动的支撑块，所述滚珠块与支撑块通过螺栓固定连接，而固定夹具11固定在支撑块上。

而滑轨架一端设有用于连接第二动力机构4的连接座，所述第二动力机构4的输出轴通过设置在连接座上的联轴器与丝杆传动连接。

主体6为u型结构，所述第一动力机构3和第三动力机构5分别固定在u型结构的相对侧面上，在u型结构的内壁上还设有第三滑块12，所述第三滑块12与设置在固定架1上的第三滑轨滑动限位；所述第三动力机构5的输出轴穿入u型结构内并在端部固定有齿轮13，通过所述齿轮13与设置在固定架1上的齿条啮合带动主体6沿第三滑轨滑动。

如图6和图7所示，所述的u型结构是一种带有矩形槽的金属板折弯件，其两个竖向设置的侧面上分别设有第一动力机构3和第三动力机构5，从而尽可能对称分布部件以平衡受力状态。而所述连接孔设置在底面，所述第二滑轨8与主体6的底面平行设置，故整个第二滑轨8的转动形成面与主体6的底面平行。所述的蜗轮7.1、蜗杆3.1、齿轮13、第三滑块12均设置在主体6的槽内，而所述蜗杆3.1原理第一动力机构3一端还设有固定在主体6侧壁上的轴承座14，该轴承座14通过螺栓固定在主体6的外表面上。

在图6中，第三动力机构5的输出轴上设有凹槽，而同样在齿轮13的内圈表面同样设有同样宽度的凹槽，在将齿轮13装配在第三动力机构5的输出轴时，通过将两个凹槽开口对齐并插入一根插销同时连接两个凹槽从而实现限位卡接。功能机构为用于医疗穿刺治疗时的红外线发射器15。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。