[实用新型]一种骨架连接的三维机械关节和机械臂

说明书

本实用新型涉及一种骨架连接的三维机械关节和机械臂，三维机械关节包括第一可旋转结构和第二可旋转结构，第一可旋转结构包括第一关节外壳和第一关节骨架，第一关节骨架与第一关节外壳转动连接；第二可旋转结构包括第二关节外壳和第二关节骨架，第二关节骨架倾斜连接第一关节骨架；第一关节外壳包括第一圆柱部和第一骨架连接部，第一圆柱部倾斜连接第一骨架连接部；第二关节外壳包括第二圆柱部和第二骨架连接部，第二圆柱部倾斜连接第二骨架连接部，第一圆柱部转动连接第二圆柱部。与现有技术相比，本实用新型具有可进行三维空间转动、实现可编程转动控制、控制精确、结构稳定可靠、能自锁和结构紧凑等优点。

技术领域

本实用新型涉及机械臂领域，尤其是涉及一种骨架连接的三维机械关节和机械臂。

背景技术

随着以机器人为代表的工业机械逐渐精准化、灵活化、智能化发展，目前涌现出大量的通过机械臂实现的转动传动方案。但对这些转动传动方案的要求也越来越多，如今，能实现灵活、紧凑、精准、可主动控制、运动可编程、可三维转动、可自锁的转动传动方案变得极为重要，但是，可以同时实现以上要求的设计方案不易实现。

中国专利CN201822040737.2公开了一种机械关节，该机械关节包括：基座；球头杆，球头杆包括相连接的球头和支杆，球头可转动地设置在基座上；麦克纳姆轮，麦克纳姆轮与球头相接触；驱动装置，驱动装置与基座相对固定地设置，驱动装置驱动连接麦克纳姆轮，以使麦克纳姆轮驱动球头绕球头的球心转动。该机器人包括该机械关节。该关节因设计限制，无法真正实现空间三维转动，同时该设计在外力矩施加在机械臂上时不能自锁，容易损坏传动结构。

中国专利CN201920687886.X公开了一种通过控制球铰达到三维转动目的的设计，包括：端部设有凹面的窝体、与凹面转动连接的壳体以及与壳体转动连接的摆臂；凹面上设有第一凹槽，壳体与凹面的配合面上设有滑动插装于第一凹槽上的第一凸台，壳体与摆臂的配合面上设有与第一凸台的滑动方向垂直的第二凹槽，摆臂上设有滑动插装于第二凹槽内的第二凸台，还包括用于控制第一凸台沿第一凹槽滑动以带动壳体沿凹面转动、控制第二凸台沿第二凹槽滑动以带动摆臂沿壳体摆动的执行器。但是该方案由于借助了层层的球形设计，导致结构不紧凑，并且球形设计不易控制，精确度差。

在一些领域中存在着对机械转动传动方案结构精巧且能严格自锁的需求，例如采用机器人进行全自动静脉穿刺过程中，由于静脉本身朝向任意，且机械臂必须控制穿刺针精准、灵活地实现预定穿刺轨迹：对准静脉朝向—选定刺入角度—刺入—刺入后针头向上微微挑起。该复杂动作难以精确实现，即使实现，也很难做到结构精巧紧凑。

同时，为保证被穿刺患者的安全，该场景要求机械臂严格自锁：当外力试图转动机械臂时，结构应具备保持不动的能力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能严格自锁且控制精确的骨架连接的三维机械关节和机械臂。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种骨架连接的三维机械关节，包括第一可旋转结构和第二可旋转结构，所述第一可旋转结构包括第一关节外壳和第一关节骨架，所述第一关节骨架位于所述第一关节外壳的内部，并与所述第一关节外壳转动连接；所述第二可旋转结构包括第二关节外壳和第二关节骨架，所述第二关节骨架位于所述第二关节外壳内部，所述第二关节骨架倾斜连接所述第一关节骨架；

所述第一关节外壳包括第一圆柱部和第一骨架连接部，所述第一圆柱部倾斜连接所述第一骨架连接部；

所述第二关节外壳包括第二圆柱部和第二骨架连接部，所述第二圆柱部倾斜连接所述第二骨架连接部，所述第一圆柱部转动连接所述第二圆柱部。

进一步地，所述第二圆柱部通过滚动轴承或滑动轴承转动连接所述第一圆柱部。

进一步地，所述第一圆柱部形成有容纳所述第二圆柱部的凹槽，所述第二圆柱部位于所述凹槽内，并转动连接所述第一圆柱部。