【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，具体地说是一种超声检查机器人末端执行器。
技术介绍
1、随着科技发展，机器人已经逐渐应用于临床医疗领域，如图11所示就是一种超声检查机器人，其通过机器人的机械臂驱动超声探头进行相关临床医学影像诊断。
2、病人的安全保障是所有医疗用或手术用机器人系统的优先级最高任务，而在机器人辅助超声检查时，由于要获取高质量医学超声图像，超声探头需要对病人施加一定接触压力，但是如果与病人的接触力过大会对病人造成伤害。为了限制机器人与病人之间的接触力，现有技术中的解决方法主要是安装六维力传感器测量接触力，该方法有如下缺点：首先，六维力传感器价格较高，这导致整个超声检查机器人系统成本增加；其次、安装六维力传感器后并不能直接测量出接触力，需要经过一系列对原始采集数据的计算处理来获得接触力，过程较为繁琐；再次，获得接触力数据后系统需要对其进行监测和计算，一旦接触力超过设定阀值，软件控制系统需要传送信号使机械臂紧急停止或快速离开病人，但目前软件程序上的控制算法需要依赖电气系统实现实时的数据流通，而电气系统的可靠性并不如机械系统，另外由于数据换算、数据传输等影响还存在控制延迟的风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种超声检查机器人末端执行器，当超声探头与病人之间的接触力过大时可以使超声探头自动产生轴向移动，进而使超声探头按压病人的深度减小，接触力减小，从而有效保证病人安全。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种超声检查
4、超声探头与病人接触时，所述力限制滚珠受到向上的力fs，同时力限制滚珠槽向力限制滚珠施加力fr，所述力fs计算如下：
5、根据下式(1)获得fr与导向轴(1)轴向之间的夹角θ：
6、
7、上式(1)中，w为力限制滚珠槽半径，s为力限制滚珠沿着导向轴轴向的位移，r为力限制滚珠半径；
8、然后根据下式(2)获得力限制滚珠沿着力限制组件轴向的位移δ：
9、
10、而力限制滚珠沿着力限制组件轴向的最大位移δmax为：
11、δmax＝r-rsin(θ0) (3)；
12、上式(3)中，θ0为力限制滚珠(601)完全嵌入力限制滚珠槽(1021)时的力fr与导向轴轴向之间的夹角；
13、根据下式(4)获得力限制滚珠沿着力限制组件轴向受到的合力fv：
14、fv＝k(δmax-δ)+p0 (4)；
15、上式(4)中，p0为弹簧预紧力，k为弹簧的弹性系数；
16、然后根据下式(5)获得fs：
17、
18、最后根据fs确定力限制组件触发力阀值。
19、所述力限制组件包括壳体，且所述壳体外侧设有外螺纹与对应的力限制螺纹孔配合，所述壳体内部设有开槽，且所述弹簧设于所述开槽中，所述力限制滚珠设于所述开槽前端的开口中并且后侧与弹簧相抵，所述壳体后侧设有外调节孔。
20、所述调节轴部外侧沿着轴向设有导向滚珠滑槽，所述轴套部内孔壁上沿着轴向设有导向滚珠容置槽，且所述导向滚珠容置槽中设有导向滚珠，所述调节轴部插入所述轴套部后，所述导向滚珠沿着对应的导向滚珠滑槽滚动。
21、所述导向轴上端设有连接法兰，且所述连接法兰与机械臂末端连接，所述连接法兰上设有第一螺栓孔和第一定位销孔。
22、所述轴座上端设有安装法兰，且所述安装法兰与所述夹持座一端的连接盘固连，所述连接法兰上设有第二螺栓孔和第二定位销孔。
23、所述夹持座远离连接盘的一端设有夹持块，且所述夹持块与一个夹持端盖连接，所述超声探头通过所述夹持块和夹持端盖夹持固定。
24、所述夹持块两侧设有第一固定板，所述夹持端盖两侧设有第二固定板，且所述第一固定板与对应的第二固定板通过螺栓连接。
25、本专利技术的优点与积极效果为：
26、1、本专利技术利用力限制组件实现导向轴和轴座之间的连接，并且本专利技术通过力限制组件实现接触力限定，当超声探头与病人之间的接触力超过设定阀值时，力限制组件中的力限制滚珠会自动滚出对应的力限制滚珠槽，从而使轴座连同夹持座和超声探头有一个向上的轴向移动，进而使超声探头按压病人的深度减小，接触力减小，有效保证了病人地安全。
27、2、相比于现有技术中的六维力传感器，本专利技术的力限制组件结构简单，成本低廉，并且通过相关计算可以较为精确地获得力限制滚珠受到的向上力fs，力fs可等同于获得超声探头与病人之间的接触力，而通过对力fs的阀值设定也即实现探头与病人之间的接触力阀值设定，并且所述力限制组件中的壳体位置可调，进而可以调节弹簧预紧力和力fs的阀值，使用灵活。
28、3、本专利技术的力限制组件可以自动实现超声探头的轴向移动，反应更加迅捷可靠。
29、4、本专利技术整体安装和拆卸都很方便，可方便地安装于机械臂末端，或者拆卸进行维护。
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1.一种超声检查机器人末端执行器，其特征在于：包括导向轴(1)、轴座(2)、夹持座(3)和力限制组件(6)，其中导向轴(1)的调节轴部(102)可移动地插装于轴座(2)的轴套部(202)中，所述调节轴部(102)外侧设有力限制滚珠槽(1021)，所述轴套部(202)上设有力限制螺纹孔(2021)，且所述力限制螺纹孔(2021)内设有力限制组件(6)，所述力限制组件(6)前端设有力限制滚珠(601)，所述力限制组件(6)内部设有弹簧(602)，且所述力限制滚珠(601)一侧与所述弹簧(602)相抵，另一侧置于对应的力限制滚珠槽(1021)中，所述导向轴(1)与机械臂末端连接，所述轴座(2)与所述夹持座(3)连接，且所述夹持座(3)上设有超声探头(5)。
2.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：超声探头(5)与病人接触时，所述力限制滚珠(601)受到向上的力Fs，同时力限制滚珠槽(1021)向力限制滚珠(601)施加力FR，所述力Fs计算如下：
3.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述力限制组件(6)包括壳体(6
4.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述调节轴部(102)外侧沿着轴向设有导向滚珠滑槽(1022)，所述轴套部(202)内孔壁上沿着轴向设有导向滚珠容置槽(2022)，且所述导向滚珠容置槽(2022)中设有导向滚珠，所述调节轴部(102)插入所述轴套部(202)后，所述导向滚珠沿着对应的导向滚珠滑槽(1022)滚动。
5.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述导向轴(1)上端设有连接法兰(101)，且所述连接法兰(101)与机械臂末端连接，所述连接法兰(101)上设有第一螺栓孔(1011)和第一定位销孔(1012)。
6.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述轴座(2)上端设有安装法兰(201)，且所述安装法兰(201)与所述夹持座(3)一端的连接盘(301)固连，所述连接法兰(101)上设有第二螺栓孔(2011)和第二定位销孔(2012)。
7.根据权利要求6所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述夹持座(3)远离连接盘(301)的一端设有夹持块(302)，且所述夹持块(302)与一个夹持端盖(4)连接，所述超声探头(5)通过所述夹持块(302)和夹持端盖(4)夹持固定。
8.根据权利要求7所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述夹持块(302)两侧设有第一固定板(3021)，所述夹持端盖(4)两侧设有第二固定板，且所述第一固定板(3021)与对应的第二固定板通过螺栓连接。
...【技术特征摘要】
1.一种超声检查机器人末端执行器，其特征在于：包括导向轴(1)、轴座(2)、夹持座(3)和力限制组件(6)，其中导向轴(1)的调节轴部(102)可移动地插装于轴座(2)的轴套部(202)中，所述调节轴部(102)外侧设有力限制滚珠槽(1021)，所述轴套部(202)上设有力限制螺纹孔(2021)，且所述力限制螺纹孔(2021)内设有力限制组件(6)，所述力限制组件(6)前端设有力限制滚珠(601)，所述力限制组件(6)内部设有弹簧(602)，且所述力限制滚珠(601)一侧与所述弹簧(602)相抵，另一侧置于对应的力限制滚珠槽(1021)中，所述导向轴(1)与机械臂末端连接，所述轴座(2)与所述夹持座(3)连接，且所述夹持座(3)上设有超声探头(5)。
2.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：超声探头(5)与病人接触时，所述力限制滚珠(601)受到向上的力fs，同时力限制滚珠槽(1021)向力限制滚珠(601)施加力fr，所述力fs计算如下：
3.根据权利要求1所述的超声检查机器人末端执行器，其特征在于：所述力限制组件(6)包括壳体(603)，且所述壳体(603)外侧设有外螺纹与对应的力限制螺纹孔(2021)配合，所述壳体(603)内部设有开槽，且所述弹簧(602)设于所述开槽中，所述力限制滚珠(601)设于所述开槽前端的开口中并且后侧与弹簧(602)相抵，所述壳体(603)后侧设有外调节孔(604)。
4.根据权利要求1所述的超...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵忆文，高子奇，姜运祥，罗阳，赵新刚，李英立，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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