一种电磁二维连接臂的制作方法

1.本发明属于医疗器械连接设备技术领域，具体地说，是涉及一种电磁二维连接臂。


背景技术：

2.电磁二维连接臂是一种应用于医疗器械中连接支承机架与操作头部的二维转动臂，例如神经外科手术显微镜的偏摆及俯仰转动臂。现有设备一般为手动和电动两种，其中手动锁紧一般为顶轴式或抱紧式，通过操作旋钮来执行锁紧，放松旋钮即释放关节，进而手动操作头部的偏摆及俯仰；电动一般为偏摆及俯仰两个关节各配置一个电机，通过按键来实现头部的电动旋转，依靠关节内部传动机构自锁来实现未通电时关节的锁紧。
3.由于医疗器械操作设备头部的配置多样，造成头部的重心不一，对偏摆和俯仰关节的转矩差较大，非常影响操作手感或电机的负载均衡性，因此需要对现有设备进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电磁二维连接臂，主要解决现有二维连接臂使用时容易造成操作设备头部的重心不一，对偏摆和俯仰关节的转矩差较大，非常影响操作手感或电机的负载均衡性的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种电磁二维连接臂，包括一端用于连接外部仪器支架的弯接头，连接于弯接头另一端的偏摆筒，一端与偏摆筒侧面固定连接的弯臂，侧面与弯臂另一端固定连接的俯仰筒，分别设置于偏摆筒和俯仰筒内部用于实现偏摆转动调节和俯仰转动调节且结构相同的转动调节机构，与俯仰筒内的转动调节机构相连的重心水平调节机构，以及连接于重心水平调节机构一端用于连接仪器头部的转接板。
7.进一步地，在本发明中，所述转动调节机构包括安装于所述俯仰筒一端的轴承座，利用压圈配合安装在轴承座上的第一轴承，安装于俯仰筒另一端的第二轴承，通过第一轴承、第二轴承安装于所述俯仰筒内的俯仰轴，设置于俯仰筒内用于产生变形来抱紧俯仰轴的失电锁紧式电磁离合器，以及与俯仰轴配合用于实现平衡调节的双向力矩平衡机构。
8.进一步地，在本发明中，所述失电锁紧式电磁离合器包括固定于所述俯仰筒内的电磁铁，开设有内孔的且俯仰轴一端嵌于内孔中的离合盘，嵌于所述内孔内壁与俯仰轴外壁之间的开槽轴套，以及均布在离合盘侧面并顶在所述开槽轴套外壁上的多个紧定螺钉。
9.进一步地，在本发明中，所述双向力矩平衡机构包括由设置于弯臂中的蜗杆座，由蜗杆座嵌入到俯仰筒中的且外端具有调节手扭的蜗杆，外筒和俯仰筒内壁滑动配合且与蜗杆啮合的涡轮，以及内端挂在俯仰轴上开设的母线槽内且外端与涡轮的内壁相连的两个正向涡簧和一个反向涡簧；其中，反向涡簧位于两个正向涡簧之间。
10.进一步地，在本发明中，所述重心水平调节机构包括通过两个方向的螺钉与俯仰轴相连且右端外部具有外螺纹的联接轴套，开设于联接轴套内且远离俯仰轴一端开口的轴芯内孔，外筒配合于所述轴芯内孔且外筒壁均布开有三条轴向长槽的联接轴芯，与联接轴
套通过螺纹配合且远离俯仰筒一端的端面抵在所述联接轴芯端面的调节环，通过螺钉固定于所述联接轴套上并嵌于所述轴向长槽内的偏心滑块，开设于联接轴套靠近俯仰筒一端端面作为限位槽的弧形沉台，以及固定于俯仰筒靠近联接轴套一侧且可以在联接轴套的限位槽中相对滑动的限位销；其中，所述转接板与所述联接轴芯端面固定连接。
11.进一步地，在本发明中，所述调节环远离俯仰筒一端的端面设置有台肩，所述联接轴芯与调节环接触一端端面设置有凸台，所述台肩与凸台之间、转接板与台肩之间均紧密贴合有一个阻尼挡圈。
12.进一步地，在本发明中，所述偏心滑块采用工程塑料制作。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.(1)本发明通过在偏摆筒和俯仰筒内设置转动调节机构，能够快速响应两关节的锁紧和释放，且保证旋转无空回间隙；操作简单，不影响操作手感和电机的负载均衡性。
15.(2)本发明通过设置双向力矩平衡机构，可以通过调节手钮来调节头部左右重心的不平衡力矩，由于涡簧的缩放行程有限，可能涡簧满行程缩放后仍然无法平衡头部的左右偏心力矩，因此，还设计有水平重心调节结构能进一步让头部重心更靠近偏摆中心，以利于偏摆关节的力矩平衡。
16.(3)本发明结构简单紧凑，制造成本低，易于维护。
附图说明
17.图1为本发明的立体结构示意图。
18.图2为本发明中俯仰筒内部的剖面结构示意图。
19.图3为本发明中俯仰筒内部的另一视角的剖面结构示意图。
20.图4为本发明中失电锁紧式电磁离合器的配合结构示意图。
21.图5为本发明中双向力矩平衡机构的剖面结构示意图，
22.其中，附图标记对应的名称为：
23.1-仪器支架，2-弯接头，3-调节手钮，4-弯臂，5-偏摆筒，6-俯仰筒，7-调节环，8-转接板，9-仪器头部，10-电磁铁，11-离合盘，12-开槽轴套，13-俯仰轴，14-紧定螺钉，15-压圈，16-第一轴承，17-轴承座18-涡轮19-正向涡簧，20-反向涡簧，21-第二轴承，22-联接轴套，23-限位销，24-联接轴芯，25-阻尼挡圈，26-蜗杆，27-蜗杆座，28-偏心滑块，29-轴芯内孔，30-限位槽，31-台肩，32-凸台。
具体实施方式
24.下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
25.实施例
26.如图1～5所示，本发明公开的一种电磁二维连接臂，包括一端用于连接外部仪器支架1的弯接头2，连接于弯接头2另一端的偏摆筒5，一端与偏摆筒5侧面固定连接的弯臂4，侧面与弯臂4另一端固定连接的俯仰筒6，分别设置于偏摆筒5和俯仰筒6内部用于实现偏摆转动调节和俯仰转动调节且结构相同的转动调节机构，与俯仰筒6内的转动调节机构相连的重心水平调节机构，以及连接于重心水平调节机构一端用于连接仪器头部9的转接板8。
27.本实施例中的二维连接臂具有偏摆转动和俯仰转动两个关节，且两个关节的内部结构基本相同，故以下仅以俯仰关节说明部件的作用以及零件间的相互关系。
28.在本实施例中，所述转动调节机构包括安装于所述俯仰筒6一端的轴承座17，利用压圈15配合安装在轴承座17上的第一轴承16，安装于俯仰筒6另一端的第二轴承21，通过第一轴承16、第二轴承21安装于所述俯仰筒6内的俯仰轴13，设置于俯仰筒6内用于产生变形来抱紧俯仰轴13的失电锁紧式电磁离合器，以及与俯仰轴13配合用于实现平衡调节的双向力矩平衡机构。
29.其中，电磁二维连接臂的两个转动关节均内置失电锁紧式电磁离合器，所述失电锁紧式电磁离合器包括固定于所述俯仰筒6内的电磁铁10，开设有内孔的且俯仰轴13一端嵌于内孔中的离合盘11，嵌于所述内孔内壁与俯仰轴13外壁之间的开槽轴套12，以及均布在离合盘11侧面并顶在所述开槽轴套12外壁上的多个紧定螺钉14。由于电磁离合器通电放松，失电锁紧的特性，可通过操控电磁离合器通电释放时手动来实现仪器头部的在一定空间范围内的移动，断电时头部快速定位锁紧的功能。
30.在本实施例中，所述双向力矩平衡机构包括由设置于弯臂4中的蜗杆座27，由蜗杆座27嵌入到俯仰筒6中的且外端具有调节手扭3的蜗杆26，外筒和俯仰筒6内壁滑动配合且与蜗杆26啮合的涡轮18，以及内端挂在俯仰轴13上开设的母线槽内且外端与涡轮18的内壁相连的两个正向涡簧19和一个反向涡簧20；其中，反向涡簧20位于两个正向涡簧19之间。使用时，调节手扭3就可以转动蜗杆26，继而驱动涡轮18，从而像扭发条一样，转动涡簧组给俯仰轴13施加扭力。
31.在本实施例中，所述重心水平调节机构包括通过两个方向的螺钉与俯仰轴13相连且右端外部具有外螺纹的联接轴套22，开设于联接轴套22内且远离俯仰轴13一端开口的轴芯内孔29，外筒配合于所述轴芯内孔29且外筒壁均布开有三条轴向长槽29的联接轴芯24，与联接轴套22通过螺纹配合且远离俯仰筒6一端的端面抵在所述联接轴芯24端面的调节环7，通过螺钉固定于所述联接轴套22上并嵌于所述轴向长槽内的偏心滑块28，开设于联接轴套22靠近俯仰筒6一端端面作为限位槽30的弧形沉台，以及固定于俯仰筒6靠近联接轴套22一侧且可以在联接轴套22的限位槽30中相对滑动的限位销23；其中，所述转接板8与所述联接轴芯24端面固定连接。限位销23可以在联接轴套22的限位槽中相对滑动，到达两端即为限位。
32.在本实施例中，所述调节环远离俯仰筒6一端的端面设置有台肩31，所述联接轴芯24与调节环7接触一端端面设置有凸台32，所述台肩31与凸台32之间、转接板8与台肩31之间均紧密贴合有一个阻尼挡圈25。其中，所述偏心滑块28采用工程塑料制作，可以在联接轴芯24的轴向长槽内水平滑动。
33.本发明的工作原理如下：
34.在俯仰筒6内，当电磁铁10未通电时，内部的永磁体吸合离合盘11下的铁片，铁片就紧紧的贴合在电磁铁10的上表面，产生的静摩擦转矩传递到俯仰轴13上，此时与俯仰轴13相联的头部9就相对锁紧，当电磁铁10通电时，内部线圈产生相反的磁力抵消永磁体的磁力，离合盘11下的铁片则脱离电磁铁10的上表面恢复到原位，与电磁铁10上表面保持一定的间隙，此时，离合盘11就相当于被释放，头部9也能由外力操作顺畅转动。
35.如果通电后，头部9转动的过程中，由于重力产生的力矩可能有严重的前倾或后仰
倾向，因此需要给俯仰轴相反的预紧力矩来平稳这种倾向，此时，用手旋转调节手钮3，转动蜗杆26驱动涡轮18旋转，从而卷动正向或反向涡簧对俯仰轴13进行预紧，调节旋钮3调节的圈数越多，产生的预紧力矩越大，就能平衡重力产生的偏心力矩，这样电磁关节释放后，用手操作此关节便很轻松了。
36.偏摆关节和俯仰关节一样，可以通过旋钮3来调节头部左右重心的不平衡力矩，由于涡簧的缩放行程有限，可能涡簧满行程缩放后仍然无法平衡头部的左右偏心力矩，因此，设计有头部水平重心调节结构能进一步让头部重心更靠近偏摆中心，以利于偏摆关节的力矩平衡。
37.转动调节环7，内部螺纹在联接轴套22外螺纹上的转动，带动着联接轴芯24与仪器头部9一起向左或向右移动。由于三个圆周均布的偏心滑块28由工程塑料制作，通过一定过盈配合装入联接轴套22的轴向长槽29中，能够自动导向消除径向间隙，同时传递扭矩，这样就能保证仪器头部9的重心可以水平调节，且与俯仰轴13的旋转方向上钢性连接，不会产生自由间隙，增强了连接可靠性。
38.通过上述设计，本发明通过在偏摆筒和俯仰筒内设置转动调节机构，能够快速响应两关节的锁紧和释放，且保证旋转无空回间隙；操作简单，不影响操作手感和电机的负载均衡性。因此，与现有技术相比，本发明具有突出的实质性的特点和显著的进步。
39.上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电磁二维连接臂，其特征在于，包括一端用于连接外部仪器支架(1)的弯接头(2)，连接于弯接头(2)另一端的偏摆筒(5)，一端与偏摆筒(5)侧面固定连接的弯臂(4)，侧面与弯臂(4)另一端固定连接的俯仰筒(6)，分别设置于偏摆筒(5)和俯仰筒(6)内部用于实现偏摆转动调节和俯仰转动调节且结构相同的转动调节机构，与俯仰筒(6)内的转动调节机构相连的重心水平调节机构，以及连接于重心水平调节机构一端用于连接仪器头部(9)的转接板(8)。2.根据权利要求1所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述转动调节机构包括安装于所述俯仰筒(6)一端的轴承座(17)，利用压圈(15)配合安装在轴承座(17)上的第一轴承(16)，安装于俯仰筒(6)另一端的第二轴承(21)，通过第一轴承(16)、第二轴承(21)安装于所述俯仰筒(6)内的俯仰轴(13)，设置于俯仰筒(6)内用于产生变形来抱紧俯仰轴(13)的失电锁紧式电磁离合器，以及与俯仰轴(13)配合用于实现平衡调节的双向力矩平衡机构。3.根据权利要求2所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述失电锁紧式电磁离合器包括固定于所述俯仰筒(6)内的电磁铁(10)，开设有内孔的且俯仰轴(13)一端嵌于内孔中的离合盘(11)，嵌于所述内孔内壁与俯仰轴(13)外壁之间的开槽轴套(12)，以及均布在离合盘(11)侧面并顶在所述开槽轴套(12)外壁上的多个紧定螺钉(14)。4.根据权利要求3所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述双向力矩平衡机构包括由设置于弯臂(4)中的蜗杆座(27)，由蜗杆座(27)嵌入到俯仰筒(6)中的且外端具有调节手扭(3)的蜗杆(26)，外筒和俯仰筒(6)内壁滑动配合且与蜗杆(26)啮合的涡轮(18)，以及内端挂在俯仰轴(13)上开设的母线槽内且外端与涡轮(18)的内壁相连的两个正向涡簧(19)和一个反向涡簧(20)；其中，反向涡簧(20)位于两个正向涡簧(19)之间。5.根据权利要求4所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述重心水平调节机构包括通过两个方向的螺钉与俯仰轴(13)相连且右端外部具有外螺纹的联接轴套(22)，开设于联接轴套(22)内且远离俯仰轴(13)一端开口的轴芯内孔(29)，外筒配合于所述轴芯内孔(29)且外筒壁均布开有三条轴向长槽的联接轴芯(24)，与联接轴套(22)通过螺纹配合且远离俯仰筒(6)一端的端面抵在所述联接轴芯(24)端面的调节环(7)，通过螺钉固定于所述联接轴套(22)上并嵌于所述轴向长槽内的偏心滑块(28)，开设于联接轴套(22)靠近俯仰筒(6)一端端面作为限位槽(30)的弧形沉台，以及固定于俯仰筒(6)靠近联接轴套(22)一侧且可以在联接轴套(22)的限位槽(30)中相对滑动的限位销(23)；其中，所述转接板(8)与所述联接轴芯(24)端面固定连接。6.根据权利要求5所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述调节环远离俯仰筒(6)一端的端面设置有台肩(31)，所述联接轴芯(24)与调节环(7)接触一端端面设置有凸台(32)，所述台肩(31)与凸台(32)之间、转接板(8)与台肩(31)之间均紧密贴合有一个阻尼挡圈(25)。7.根据权利要求6所述的一种电磁二维连接臂，其特征在于，所述偏心滑块(28)采用工程塑料制作。

技术总结
本发明公开了一种电磁二维连接臂，包括一端用于连接外部仪器支架的弯接头，连接于弯接头另一端的偏摆筒，一端与偏摆筒侧面固定连接的弯臂，侧面与弯臂另一端固定连接的俯仰筒，分别设置于偏摆筒和俯仰筒内部用于实现偏摆转动调节和俯仰转动调节且结构相同的转动调节机构，与俯仰筒内的转动调节机构相连的重心水平调节机构，以及连接于重心水平调节机构一端用于连接仪器头部的转接板。通过上述设计，本发明通过在偏摆筒和俯仰筒内设置转动调节机构，能够快速响应两关节的锁紧和释放，且保证旋转无空回间隙；操作简单，不影响操作手感和电机的负载均衡性。因此，适宜推广应用。适宜推广应用。适宜推广应用。


技术研发人员：黄焱林 伍开军 方亦可 谢元元
受保护的技术使用者：成都科奥达光电技术有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/30