CN110916800B

CN110916800B - 三轴式运动装置

Info

Publication number: CN110916800B
Application number: CN201811099763.0A
Authority: CN
Inventors: 朱佑麟
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN110916800A

Abstract

本发明有关于一种三轴式运动装置，其包含有一第一基座、一第一动力源、一第二基座、一第二动力源、一第三基座及一工件定位件。第一动力源设于第一基座且具有一第一驱动轴，第二基座通过一中空转轴连接第一动力源的第一驱动轴，使得第二基座能绕着一第一轴向转动，第二动力源设于第一基座且具有一贯穿中空转轴的第二驱动轴，第三基座连接第二驱动轴，使得第三基座能绕着一垂直第一轴向的第二轴向转动，工件定位件设于第三基座且能绕着一垂直第二轴向的第三轴向转动。由此，本发明的三轴式运动装置可以达到体积轻巧化及高精度移动的效果。

Description

三轴式运动装置

技术领域

本发明与多轴式运动装置有关，特别是指一种体积轻巧且高精度移动的三轴式运动装置。

背景技术

手术机器人在现今已经相当广泛地使用在各种外科手术，通过手术机器人的辅助，许多跟手术相关的诊疗行为(如病灶位置的判断或进刀深度的控制等)均可由外科医生准确地掌握，进而大幅降低任何因人为操作失误所导致的潜在性医疗风险。但是目前的手术机器人具有体积庞大的问题，因而在操作上也会需要较大的空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三轴式运动装置，其能进行多自由度的高精度运动，并且能让应用其的手术机器人达到体积轻巧化的效果。

为了达成上述主要目的，本发明的三轴式运动装置包含有一第一基座、一中空转轴、一第一动力源、一第二基座、一第二动力源、一第三基座，以及一旋转单元。该第一动力源设于该第一基座且具有一第一驱动轴；该中空转轴连接该第一驱动轴，使得该中空转轴能被该第一动力源的第一驱动轴所驱动而与其同步转动；该第二基座连接该中空转轴，使得该第二基座能被其所驱动而绕着一第一轴向相对该第一基座转动；该第二动力源设于该第一基座且具有一第二驱动轴，该第二驱动轴可转动地贯穿该中空转轴；该第三基座连接该第二动力源的第二驱动轴，使得该第三基座能被其所驱动而绕着一垂直于该第一轴向的第二轴向相对该第二基座转动；该旋转单元设于该第三基座且具有一工件定位件，该工件定位件能绕着一垂直于该第二轴向的第三轴向相对该第三基座转动。

由上述可知，本发明的三轴式运动装置能进行多自由度的高精度运动，相当适合应用在耳鼻微创手术专用的手术机器人，并且能让应用本发明的手术机器人达到体积轻巧化的效果，进而可以改善现有技术较为庞大笨重的问题。

优选地，该第一驱动轴与该第一轴向相互平行，且该第二驱动轴与该第一轴向为同轴对应，如此可以减少动力在传输时的损耗。

优选地，该第一动力源、第二动力源位于该第一基座的同一侧，如此可以将大体积的元件加以集中来达到体积轻巧化的效果。

优选地，该第一基座具有一第一支臂与一第二支臂，该第一支臂、第二支臂的一端相互连接，且该第一支臂、第二支臂之间具有一介于90～180度之间的夹角，如此在作动过程中有足够的空间可以让该第一基座闪过位于其下方的物体，例如，病患的头部或其他身体部位。

有关本发明所提供对于三轴式运动装置的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中普通技术人员应能了解，该等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

图1为本发明的三轴式运动装置的外观立体图。

图2为本发明的三轴式运动装置取下外壳的立体图。

图3为本发明的三轴式运动装置的前视图。

图4为本发明的三轴式运动装置的后视图。

图5为本发明的三轴式运动装置的局部剖视图。

图6为本发明的三轴式运动装置的侧视图。

图7为本发明的三轴式运动装置所提供的第三基座与旋转单元的立体组合图。

图8为本发明的三轴式运动装置所提供的旋转单元的立体分解图。

图9为图7沿9-9线的剖视图，主要显示按键位于第一位置。

图10类同于图9，主要显示按键位于第二位置。

【符号说明】

10-三轴式运动装置； 12-壳体；

14-手术机器人； 20-第一基座；

21-第一支臂； 22-第二支臂；

23-第一承板； 24-第二承板；

25-第三承板； θ-夹角；

30-第一动力源； 31-第一马达；

32-第一输出轴； 33-第一减速机；

34-第一传动轴； 35-第一驱动轴；

40-中空转轴； 41-第一传动单元；

42-第一传动轮； 43-第二传动轮；

44-第一传动带； 50-第二基座；

51-第四承板； 52-第五承板；

53-盘部； 60-第二动力源；

61-第二马达； 62-第二输出轴；

63-第二减速机； 64-第二传动轴；

65-第二驱动轴； 70-第三基座；

71-轴部； 72-座体；

73-容槽； 74-定位槽；

75-第二传动单元； 76-第三传动轮；

77-第四传动轮； 78-第二传动带；

80-旋转单元； 81-轴承；

82-上盖； 83-顶孔；

84-按键孔； 85-工件定位件；

86-固定元件； 87-按键；

872-按压部； 874-定位部；

88-弹性件； P1-第一位置；

P2-第二位置； A1-第一轴向；

A2-第二轴向； A3-第三轴向；

90-控制器； 91-第一角度感测器；

92-第二角度感测器。

具体实施方式

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及附图中，相同的标号，表示相同或类似的元件或其结构特征。

请先参阅图1，图中所显示的为本发明的三轴式运动装置10安装于一壳体12内之后应用在手术机器人14的态样。请再参阅图2及图3，图中所显示的为本发明的三轴式运动装置10取下壳体12后的态样，其主要包含有一第一基座20、一第一动力源30、一中空转轴40、一第二基座50、一第二动力源60、一第三基座70，以及一旋转单元80。

第一基座20具有一第一支臂21与一第二支臂22，第一支臂21的底端一体地连接第二支臂22的顶端，且第一支臂21、第二支臂22之间具有一介于90～180度之间的夹角θ，如图4所示，通过此一夹角θ可以在操作过程中有足够的空间让第一基座20闪过位于其下方的物体，例如病患的头部或其他身体部位，使本发明适合应用在耳鼻微创手术专用的手术机器人。此外，如图2及图4所示，第一支臂21用来供一控制器90进行组装固定，第二支臂22由上而下依序具有一第一承板23、一第二承板24及一第三承板25。

第一动力源30具有一第一马达31、一第一减速机33及一第一驱动轴35。第一马达31设于第一基座20的第二支臂22的第一承板23且具有一第一输出轴32，第一减速机33设于第一基座20的第二支臂22的第二承板24且具有一第一传动轴34，如第3及6图所示，第一马达31的第一输出轴32连接第一减速机33，第一减速机33的第一传动轴34同轴连接第一驱动轴35，使第一驱动轴35可被第一马达31所驱动而转动。

中空转轴40可转动地穿设于第一基座20的第二支臂22的第三承板25且通过一第一传动单元41连接第一动力源30的第一驱动轴35。更进一步来说，如图2、图3及图6所示，第一传动单元41具有一第一传动轮42、一第二传动轮43及一第一传动带44，其中的第一传动轮42设于第一基座20的第二支臂22的第三承板25且以同轴方式连接第一驱动轴35，第二传动轮43设于第一基座20的第二支臂22的第三承板25且以同轴方式连接中空转轴40，至于第一传动带44绕设于第一传动轮42、第二传动轮43，使第一传动轮42、第二传动轮43可同步转动。

由此，第一动力源30的第一驱动轴35会先驱动第一传动轮42旋转，接着第一传动轮42通过第一传动带44驱动第二传动轮43旋转，最后第二传动轮43再驱动中空转轴40一起旋转。

第二基座50位于第一基座20的下方。如图3及图5所示，第二基座50的顶端具有一第四承板51与一位于第四承板51下方的第五承板52，第二基座50的底端具有一盘部53。如第3及6图所示，第二基座50的第四承板51以同轴方式连接中空转轴40的底端，使得第二基座50可被中空转轴40所驱动而绕着一第一轴向A1相对第一基座20转动，其中的第一轴向A1平行于第一动力源30的第一驱动轴35。此外，第二基座50的旋转角度可以由一第一角度感测器91进行感测，如图2所示，第一角度感测器91安装在第一基座20的第二支臂22的第三承板25且电性连接控制器90，使得第一角度感测器91可以将感测结果传送至控制器90进行判断。

第二动力源60与第一动力源30位于第一基座20的同一侧。第二动力源60具有一第二马达61、一第二减速机63及一第二驱动轴65，第二马达61设于第一基座20的第二支臂22的第一承板23且具有一第二输出轴62，第二减速机63设于第一基座20的第二支臂22的第二承板24且具有一第二传动轴64，如图3及图6所示，第二马达61的第二输出轴62连接第二减速机63，第二减速机63的第二传动轴64以同轴方式连接第二驱动轴65，第二驱动轴65贯穿中空转轴40且同轴对应于第一轴向A1，使第二驱动轴65可受第二马达61的驱动而相对中空转轴40转动。

第三基座70具有一轴部71，第三基座70的轴部71穿过第二基座50的盘部53且通过一第二传动单元75连接第二动力源60的第二驱动轴65。更进一步来说，如图4至图6所示，第二传动单元75具有一第三传动轮76、一第四传动轮77及一第二传动带78，第三传动轮76设于第二基座50的第五承板52且以同轴方式连接第二动力源60的第二驱动轴65，第四传动轮77设于第二基座50的盘部53的背面且以同轴方式连接第三基座70的轴部71，第二传动带78连接第三传动轮76、第四传动轮77，使第三传动轮76、第四传动轮77可同步转动。

由此，第二动力源60的第二驱动轴65会先驱动第三传动轮76旋转，接着第三传动轮76通过第二传动带78驱动第四传动轮77旋转，最后由第四传动轮77再驱动第三基座70绕着一垂直于第一轴向A1的第二轴向A2相对第二基座50旋转。此外，第三基座70的旋转角度可以由一第二角度感测器92进行感测，如图2及图3所示，第二角度感测器92安装在第二基座50的盘部53且电性连接控制器90，使得第二角度感测器92可以将感测结果传送至控制器90进行判断。

此外，如第7及8图所示，第三基座70更具有一连接轴部71的座体72，座体72具有一容槽73，容槽73的槽壁具有多个定位槽74。至于旋转单元80具有一轴承81、一上盖82、一工件定位件85、二按键87及二弹性件88，其中：轴承81设于容槽73内；上盖82遮盖住容槽73且具有一轴向连通容槽73的顶孔83与二相对地径向连通容槽73的按键孔84；工件定位件85利用诸如螺丝的固定元件86锁设于上盖82，主要用来供一工件(如内视镜)进行组装定位，工件定位件85的顶端突出于顶孔83外，工件定位件85的底端利用一扣环89固定于轴承81；按键87设于上盖82内且具有一按压部872与一定位部874，其中的按压部872穿设于上盖82的按键孔84内，定位部874对应于第三基座70的其中一个定位槽74，当按键87的按压部未受外力作用而使按键87位于如图9所示的一第一位置P1时，按键87的定位部874卡接于第三基座70的其中一个定位槽74内，使旋转单元80无法相对第三基座70转动，当按键87的按压部872受外力作用而促使按键87位于如图10所示的一第二位置P2时，按键87的定位部874脱离原本所卡接的定位槽74，使旋转单元80能绕着一垂直于第二轴向A2的第三轴向A3相对第三基座70转动；弹性件88设于定位件85与按键87之间，用以将按键87保持在如图9所示的第一位置P1。

由上述可知，本发明的三轴式运动装置10所提供的第二基座50、第三基座70及旋转单元80可以分别绕着不同轴向旋转，以便能够根据实际需求来调整工件的位置，相当适合应用在耳鼻微创手术专用的手术机器人。此外，本发明的三轴式运动装置10将大体积的元件(如第一动力源30、第二动力源60)集中在同一侧，让应用本发明的手术机器人能够有效地达到体积轻巧化的目的。

Claims

1.一种三轴式运动装置，包含有：

一第一基座；

一第一动力源，设于该第一基座且具有一第一驱动轴；

一中空转轴，连接该第一动力源的第一驱动轴，使得该中空转轴能被该第一驱动轴所驱动而跟着该第一驱动轴同步转动；

一第二基座，连接该中空转轴，使得该第二基座能受该中空转轴的驱动而绕着一第一轴向相对该第一基座转动；

一第二动力源，设于该第一基座且具有一第二驱动轴，该第二驱动轴可转动地贯穿该中空转轴；

一第三基座，连接该第二动力源的第二驱动轴，使得该第三基座能受该第二动力源的第二驱动轴的驱动而绕着一垂直于该第一轴向的第二轴向相对该第二基座转动；以及

一旋转单元，设于该第三基座且具有一工件定位件，该工件定位件能绕着一垂直于该第二轴向的第三轴向相对该第三基座转动；

其中该第三基座具有一容槽，该旋转单元更具有一轴承、一上盖、一按键及一弹性件，该轴承设于该容槽内，该上盖遮盖住该容槽且具有一轴向连通该容槽的顶孔与一径向连通该容槽的按键孔，该工件定位件设于该上盖，该工件定位件的顶端突出于该顶孔外，该工件定位件的底端连接该轴承，该按键可于一第一位置与一第二位置之间移动地设于该上盖的按键孔，当该按键位于该第一位置时定位于该第三基座，使该旋转单元无法相对该第三基座转动，当该按键位于该第二位置时脱离该第三基座，使该旋转单元能相对该第三基座转动，该弹性件设于该定位件与该按键之间，用以将该按键保持在该第一位置。

2.如权利要求1所述的三轴式运动装置，其中该第一动力源、第二动力源位于该第一基座的同一侧。

3.如权利要求1所述的三轴式运动装置，其中该第一驱动轴与该第一轴向相互平行。

4.如权利要求1或3所述的三轴式运动装置，其中该第二驱动轴与该第一轴向为同轴对应。

5.如权利要求1或2所述的三轴式运动装置，其中该第一动力源的第一驱动轴通过一第一传动单元连接该中空转轴，该第一传动单元具有一第一传动轮、一第二传动轮及一第一传动带，该第一传动轮设于该第一基座且同轴连接该第一驱动轴，该第二传动轮设于该第一基座且同轴连接该中空转轴，该第一传动带绕设于该第一传动轮、第二传动轮。

6.如权利要求5所述的三轴式运动装置，其中该第一动力源更具有一第一马达与一第一减速机，该第一马达具有一第一输出轴，该第一输出轴连接该第一减速机，该第一减速机具有一第一传动轴，该第一传动轴同轴连接该第一驱动轴。

7.如权利要求1或2所述的三轴式运动装置，其中该第二动力源的第二驱动轴通过一第二传动单元连接该第三基座，该第二传动单元具有一第三传动轮、一第四传动轮及一第二传动带，该第三传动轮设于该第二基座的顶端且同轴连接该第二驱动轴，该第四传动轮设于该第二基座的底端且连接该第三基座，该第二传动带绕设于该第三传动轮、第四传动轮。

8.如权利要求7所述的三轴式运动装置，其中该第二动力源更具有一第二马达与一第二减速机，该第二马达具有一第二输出轴，该第二输出轴连接该第二减速机，该第二减速机具有一第二传动轴，该第二传动轴同轴连接该第二驱动轴。

9.如权利要求1或2所述的三轴式运动装置，其中该第一基座具有一第一支臂与一第二支臂，该第一支臂、第二支臂的一端相互连接，且该第一支臂、第二支臂之间具有一介于90～180度之间的夹角；该第一动力源、第二动力源均设于该第二支臂。