CN107107346A - 机械臂机构及直动伸缩机构 - Google Patents

Abstract

本发明提高弯曲自如地连结的多个连结链节的收纳性。机械臂机构具有旋转关节部和直动伸缩关节部(J3)。直动伸缩关节部具有：多个第一连结链节(23)，具有能够弯曲地连结的剖面口字形状；以及多个第二连结链节(22)，具有能够弯曲地连结的平板形状。第一连结链节在其上部与第二连结链节接合，由此，弯曲被限制构成柱状体(2)。通过第一、第二连结链节的分离解除柱状体。射出部(32)将第一连结链节与第二连结链节接合构成柱状体的同时，支撑柱状体。多个第一连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠并收纳在基部(1)中。

Description

机械臂机构及直动伸缩机构

技术领域

本发明的实施方式涉及一种机械臂机构及直动伸缩机构。

背景技术

垂直多关节部臂机构针对位置要求三个自由度(x，y，z)，针对姿势要求三个自由度(θ，ψ)。末端的并进移动对关节部J1、J2、J3要求其连动旋转，因此，特别是被称为肘部的关节部J2的移动非常大，且无法预测其移动，特别是在奇点的附近，肘部的移动非常快的情形是无法避免的。作为用于在除去肘关节之后确保六个自由度的有效的对策之一，采用直动伸缩机构。直动伸缩机构的特征在于与以往的直动机构相比，直动可动区域较大。直动伸缩机构具备弯曲自如地连结的多个连结链节，将收纳在中空的支撑体中的连结链节作为限制其弯曲的柱状体送出的同时，恢复弯曲，拉回连结链节，并收纳在中空的支撑体中。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提高弯曲自如地连结的多个连结链节的收纳性。

用于解决问题的方案

本实施方式所涉及的机械臂机构具有旋转关节部和直动伸缩关节部。直动伸缩关节部具有：多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形；以及多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状。第一连结链节在其上部与第二连结链节接合，由此，弯曲被限制构成柱状体2。通过第一、第二连结链节的分离解除柱状体。射出部32将第一连结链节与第二连结链节接合，构成柱状体的同时，支撑柱状体。多个第一连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠并收纳在基部1中。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图；

图2是通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构的图；

图3是图1的机械臂机构的侧面图；

图4是表示图1的机械臂机构的内部构造的侧面图；

图5是第二实施方式所涉及的机械臂机构的侧面图；

图6是表示图5的机械臂机构的内部构造的平面图；

图7是表示第三实施方式所涉及的机械臂机构的内部构造的侧面图；

图8是表示图7的机械臂机构的变形例所涉及的内部构造的侧面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本实施方式所涉及的机械臂机构进行说明。

(第一实施方式)

如图1、图2所示，机械臂机构200构成为所谓的垂直多关节臂机构，包含大致圆筒形状的基部1；以及被基部1支撑的臂部2。在臂部2的前端安装有被称为末端执行器的末端效应器3。图1表示把可把持住对象物的手部作为末端效应器3。作为末端效应器3，不限定于手部，还可以是其他工具，或照相机、显示器。也可以在臂部2的前端设置可以更换为任意种类的末端效应器3的转接器。

臂部2具有多个、在此是六个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基部1依序配设。一般而言，第一、第二、第三轴RA1、RA2、RA3被称为根部三轴，第四、第五、第六轴RA4、RA5、RA6被称为腕部三轴。腕部4收纳构成腕部三轴的关节部J4、J5、J6。构成根部三轴的关节部J1、J2、J3中的至少一个是直动关节。这里，第三关节部J3构成为直动关节，特别是伸缩距离比较长的直动伸缩关节。图3(a)表示最大地伸展的状态，图3(b)表示最大地收缩的状态。

第一关节部J1是以例如被基座面垂直支撑的第一旋转轴RA1为中心的扭转关节。第二关节部J2是以相对于第一旋转轴RA1垂直配置的第二旋转轴RA2为中心的弯曲关节。通过第一关节部J1的扭动旋转，臂部2与手部3一同旋转。通过第二关节部J2的弯曲旋转，臂部2与手部3一同以第二关节部J2的第二旋转轴RA2为中心进行起伏移动。第三关节部J3是以相对于第二旋转轴RA2垂直配置的第三轴(移动轴)RA3为中心，直线地伸缩的关节。第四关节部J4是以与第三移动轴RA3一致的第四旋转轴RA4为中心的扭转关节，第五关节部J5是以相对于第四旋转轴RA4正交的第五旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第六关节部J6是以相对于第四旋转轴RA4正交、且相对于第五旋转轴RA5垂直配置的第六旋转轴RA6为中心的弯曲关节。

形成基部1的臂支撑体(第一支撑体)11a具有以第一关节部J1的旋转轴RA1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第一关节部J1旋转时，第一支撑体11a与臂部2的旋转一同轴旋转。另外，第一支撑体11a也可以固定在接地层上。在此情形时，设置成与第一支撑体11a分开，臂部2独立旋转的构造。在第一支撑体11a的上部连接有第二支撑部11b。

第二支撑部11b具有与第一支撑部11a连续的中空构造。第二支撑部11b的一端安装在第一关节部J1的旋转部上。第二支撑部11b的另一端开放，第三支撑部11c以第二关节部J2的旋转轴RA2为中心能够起伏自如地嵌入。第三支撑部11c具有与第一支撑部11a及第二支撑部连通的鳞状的中空构造。第三支撑部11c伴随着第二关节部J2的弯曲旋转，其后部被收纳或送出至第二支撑部11b。构成臂部2的直动关节部的第三关节部J3的后部通过其收缩，被收纳在第一支撑部11a与第二支撑部11b的连续的中空构造的内部。

第一关节部J1包含圆环形状的固定部和旋转部，并且固定在固定部的未图示的基台上。旋转部上安装有第一支撑部11a和第二支撑部11b。当第一关节部J1旋转时，第一、第二、第三支撑体11a、11b、11c以第一旋转轴RA1为中心与臂部2和手部3一同旋转。

第三支撑部11c在其后端下部以旋转轴RA2为中心能够转动自如地嵌入第二支撑部11b的开放端下部。由此，构成作为以旋转轴RA2为中心的弯曲关节部的第二关节部J2。如果第二关节部J2转动，那么，臂部2与手部3一同以第二关节部J2的旋转轴RA2为中心在垂直方向转动，即进行起伏动作。

如上所述，作为关节部的第三关节部J3是构成臂部2的主要构成部分。在臂部2的前端设置上述手部3。通过第一至第六关节部J1-J6的旋转、弯曲、伸缩，可以将手部3的两个指手16配置为任意的位置、姿势。特别是第三关节部J3的直动伸缩距离的长度可实现手部3对基部1的附近位置至远距离位置的大范围的对象的作用。本实施方式所涉及的直动伸缩机构的臂部2的可动区域因为没有肘关节，所以能够简化为将基于直动关节部J3的直动伸缩性的臂2的最大长作为半径的扇形状。

第三关节部J3的特征在于通过构成其的直动伸缩臂机构所实现的直动伸缩距离的长度。直动伸缩臂机构具有第一连结链节排21和第二连结链节排20。第一连结链节排21由相同形状并且相同尺寸的多个第一连结链节23构成。第一连结链节23构成为侧面成为长方形的剖面“口”字形的比较短的筒状体(锥筒状体)。沿侧面的长度方向，多个第一连结链节23在端面上部和下部交互地通过销24弯曲自如地连结。多个第一连结链节23在侧面的对角位置连结。在端面上部，通过销24连结的前后的第一连结链节23中，链节端面彼此干扰，在上方弯曲自如，向下方的弯曲被限制。在端面下部，通过销24连结的前后的第一连结链节23中，同样地链节端面彼此干扰，在下方弯曲自如，向上方的弯曲被限制。

第二连结链节排20由具有与第一连结链节23大致相等的宽度，且具有大致平板形状的多个第二连结链节22构成。多个第二连结链节22以能够弯曲的状态通过销25排状连结。第一连结链节排21中的最前头的第一连结链节23和第二连结链节排20中的最前头的第二连结链节22在结合链节26连接。结合链节26以接合的第一连结链节23的链接位置与第二连结链节排20的链接位置分别偏移它们的长度的1/2的方式，而具有长方体的上部仅突出该长度的1/2的形状。结合链节26为始端，从第三支撑部11c送出第一、第二连结链节排20、21时，第一连结链节排21与第二连结链节排20相互接合。第一连结链节排21和第二连结链节排20处于接合状态时，第一连结链节排21和第二连结链节排20的弯曲被限制。由此，通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具有一定刚性的柱状体。第一连结链节排21和第二连结链节排20处于分离状态时，柱状体被解除，分别恢复弯曲状态。

如图4所示，第一连结链节排21和第二连结链节排20通过安装在第三支撑体11c的开口附近的射出部32接合。射出部32是将多个上部辊33和多个下部辊34、以及未图示的侧面辊支撑在锥筒形状的框35上而成。多个上部辊33间隔与第二连结链节22的长度大致相等的间隔沿臂中心轴排列。同样地，多个下部辊34间隔与第一连结链节23的长度大致相等的间隔，沿臂中心轴排列。第二连结链节排20通过配置在射出部32的后方的一对导辊27和驱动齿轮29被以与臂中心轴平行的姿势引导。驱动齿轮29通过减速器与未图示的马达的驱动轴连接。在第二连结链节排20的底板表面形成线性齿轮，与驱动齿轮29一同构成齿条齿轮机构。马达的旋转运动通过该齿条齿轮机构被传递至第二连结链节排20，第二连结链节排20伴随着第一连结链节排21送入射出部32，或从射出部32拉回。

第一连结链节排21通过配置在射出部32的后方的未图示的导轨，向射出部32引导。第一连结链节排21和第二连结链节排20以在上部辊33与下部辊34之间相互挤压的状态插入。射出部32将第一连结链节排21和第二连结链节排20接合构成柱状体的同时，将其柱状体在上下左右支撑。通过第一连结链节排21和第二连结链节排20的接合而构成的柱状体沿第三移动轴RA3被直线地送出。

如上所述，第一连结链节23在端面上部和端面下部交互地通过例如销24能够弯曲地连结。具体而言，锥筒形的第一连结链节23(作为A)的上面后端和在其后方相邻的第一连结链节23(作为B)的上面前端通过销24能够弯曲地连接。第一连结链节23(B)的下面后端和在其后方相邻的第一连结链节23(作为C)的下面前端通过销24能够弯曲地连接。上面彼此连接的前后的第一连结链节23(A，B)在上方能够弯曲，但是，前后的第一连结链节23的端面彼此干扰，因此，在下方无法弯曲。相反，下面彼此连接的前后的第一连结链节23(B、C)在下方能够弯曲，但是，前后的第一连结链节23的端面彼此干扰，因此，在上方无法弯曲。在上部连结的前后的第一连结链节23(A、B)以销24为中心能够180度旋转，因此，上面彼此连接。在下部连结的前后的第一连结链节23(B、C)以销24为中心能够180度旋转，因此，下面彼此连接。

能够将第一连结链节23以在上面和下面彼此交互连接，并将第一连结链节排21折叠的状态收纳在基部1中。第一连结链节23构成为侧面是长方形的剖面“口”字形的筒状体，因此，如上所述，以折叠的状态收纳在基部1中，因此，相比将第一连结链节排21纵置，使其长边一致，排状地收纳，能够缩短其收纳所需的空间的长度。

(第二实施方式)

上述第一实施方式中，以将第一连结链节排21折叠的状态收纳，因此缩短其收纳空间的长度。作为缩短收纳空间的长度的构造，不限于此。本第二实施方式中，通过卷绕第一连结链节排21，实现收纳空间的长度的缩短。

图5表示第二实施方式所涉及的机械臂机构的侧面图。图6是表示图5的机械臂机构的内部构造的平面图。第一实施方式中，第一连结链节排21和第二连结链节排20与该机械臂机构(垂直多关节臂机构)的纵方向(第一关节部J1的第一旋转轴(旋转轴)RA1的方向)接合，相对于此，第二实施方式中，与横方向(第二旋转轴RA2的方向)接合。另外，第一实施方式中，第一连结链节排21和第二连结链节排20在大致圆筒状的第一支撑体11a内在纵方向被收纳，相对于此，第二实施方式中，在第二支撑体11b内横方向被收纳。

第二实施方式中，第二支撑体11b是半圆和四边形合成的平面形状的箱形状体，并且在第一支撑体11a上，围绕第一、第二旋转轴RA1、RA2旋转自如，即旋转自如及起伏自如地被支撑，臂部2与第二支撑体11b一同旋转，起伏。典型而言，以第一旋转轴RA1位于臂中心轴(RA3，RA4)上的方式，第二支撑体11b相对于第一支撑体11a而配置。

第二支撑体11b的内部收纳有用于将第一连结链节排21卷绕其弯曲侧(称为内侧)的圆形或多边形的卷轴13。在该卷轴13与射出部32之间设置引导第一连结链节排21的导轨36。形成第一连结链节排21的多个第一连结链节23中的最末尾的第一连结链节23与卷轴13的圆周面连接。

卷轴13的旋转轴以将第一连结链节排21横向卷绕的方式，配置在与第二旋转轴RA2及第三移动轴(臂中心轴)RA3正交的朝向，即纵方向。该卷轴13的旋转被马达M驱动。典型而言，该马达M作为卷轴13和第三关节部J3的用于臂伸缩的驱动齿轮29的共同执行器，以两驱动兼用。卷轴13的旋转轴通过减速器或带机构与马达M的驱动轴连接，其减速比与第三关节部J3的臂伸缩速度连动将第一连结链节排21送出，以卷绕的方式调整。

第二支撑体11b的内壁设置为圆弧状。通过驱动齿轮29的逆旋转拉回至第二支撑体11b内的第二连结链节排20被螺旋弹簧42施力，收纳在第二支撑体11b的内部的、第二支撑体11b的内壁与导轨41之间的收纳空间。导轨41布设在从驱动齿轮29至第二支撑体11b的圆弧状的内壁部分的终端，由大致直线部分和圆弧部分构成，较佳的是，避免在射出部32的后方分离的第一连结链节排21与第二连结链节排20相互缠绕的情况。第二连结链节排20夹着臂中心轴(旋转轴RA3)在与第一连结链节排21相同侧，以在第一连结链节排21的外侧卷成圆弧状的状态收纳在第二支撑体11b内。理想而言，第二连结链节排20收纳成与第一连结链节排21同心圆状。

如此，将第一连结链节排21在第二支撑体11b的内部横方向卷绕并收纳，另外，也将第二连结链节排20在第二支撑体11b的内部在与第一连结链节23相同侧弯曲，收纳为圆的圆弧状，由此，相比第一实施方式，能够将纵方向的收纳空间的长度缩短。通过将第一、第二连结链节排21，20在横方向接合，能够提高纵方向的耐过重性。

(第三实施方式)

上述第二实施方式中，将第一连结链节排21在第二支撑体11b的内部在横方向卷绕并收纳，另外，也将第二连结链节排20在第2支撑体11b的内部在与第一连结链节23相同侧弯曲并收纳，由此，实现将纵方向的收纳空间的长度大幅地缩短，但是，卷绕方向不限于此。

如图7所示，第三实施方式也与第二实施方式同样地，第二支撑体11b是半圆和四边形合成的平面形状的箱形状体，在第一支撑体11a上旋转自如及起伏自如地被支撑。第三实施方式中，卷轴13的旋转轴以将第一连结链节排21纵向地卷绕的方式，在与第一旋转轴RA1正交的朝向，与第二旋转轴RA2平行地配置，典型而言，卷轴13的旋转轴与第二关节部J2的旋转轴RA2一致，并且，第一关节部J1的旋转轴RA1与卷轴13的旋转轴不一致，并通过其后方的方式，构成第一、第二支撑体11a、11b。

另外，如图8所示，卷轴13的旋转轴位于第一关节部J1的旋转轴RA1上，也可以以第二关节部J2的旋转轴RA2位于射出部32的后端下方的方式构成第一、第二支撑体11a、11b。

如此，将第一连结链节排21在第二支撑体11b的内部在纵方向卷绕并收纳，另外，也将第二连结链节排20在第二支撑体11b的内部在与第一连结链节23相同侧弯曲成圆的圆弧状并收纳，由此，相比第一实施方式，能够将纵方向的收纳空间的长度缩短，另外，相比第二实施方式，能够抑制第二支撑体11b的横方向变广。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

附图标记说明

1：基部

2：臂部

3：末端效应器

J1、J2、J4、J5、J6：旋转关节部

J3：直动关节部

11a：第一支撑体

11b：第二支撑体

11c：第三支撑体

20：第二连结链节排

21：第一连结链节排

22：第二连结链节

23：第一连结链节

24：连结销

26：结合链节

27：导辊

29：驱动齿轮

Claims (9)

1.一种机械臂机构，具有旋转关节部和直动伸缩关节部，其特征在于，

所述直动伸缩关节部具备：

多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形；

多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此弯曲被限制构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；以及

射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，

所述多个第一连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠，并收纳在基部中。

2.一种机械臂机构，具有旋转关节部和直动伸缩关节部，其特征在于，

所述直动伸缩关节部具备：

多个连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形，所述连结链节的弯曲被限制构成柱状体；以及

射出部，将所述连结链节构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，

所述多个连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠，并收纳在基部中。

3.一种机械臂机构，具有多个关节部，其特征在于，

所述多个关节部中，第一关节部是以第一轴为中心的扭动旋转关节部，

所述多个关节部中，第二关节部是以第二轴为中心的弯曲旋转关节部，

所述多个关节部中，第三关节部是以第三轴为中心的直动伸缩关节部，

所述直动伸缩关节部具备：

多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“コ”字形；

多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此弯曲被限制构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；

射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体；以及

卷绕部，将所述多个第一连结链节围绕与所述第二轴及所述第三轴正交的轴卷绕。

4.一种机械臂机构，具有多个关节部，其特征在于，

所述多个关节部中，第一关节部是以第一轴为中心的扭动旋转关节部，

所述多个关节部中，第二关节部是以第二轴为中心的弯曲旋转关节部，

所述多个关节部中，第三关节部是以第三轴为中心的直动伸缩关节部，

所述直动伸缩关节部具备：

多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“コ”字形；

多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此弯曲被限制构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；

射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体；以及

卷绕部，将所述多个第一连结链节围绕所述第二轴卷绕。

5.一种机械臂机构，具有旋转关节部和直动伸缩关节部，其特征在于，

所述直动伸缩关节部具备：

多个连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形，所述连结链节的弯曲被限制构成柱状体；

射出部，将所述连结链节构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体；以及

卷绕部，将所述多个连结链节围绕与所述柱状体的中心轴正交的轴卷绕。

6.一种直动伸缩机构，其特征在于，具备：

多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形；

多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此弯曲被限制构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；以及

射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，

所述多个第一连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠，并收纳在基部中。

7.一种直动伸缩机构，其特征在于，具备：

多个连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形，所述连结链节的弯曲被限制构成柱状体；以及

射出部，将所述连结链节构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，

所述多个连结链节在上部和下部交互地能够弯曲地连结，上面和下面彼此交互地重叠，并收纳在基部中。

8.一种直动伸缩机构，其特征在于，具备：

多个第一连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“コ”字形；

多个第二连结链节，具有能够弯曲地连结的平板形状，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此弯曲被限制构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；

射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体；以及

卷绕部，将所述多个第一连结链节围绕与所述柱状体的中心轴正交的轴卷绕。

9.一种直动伸缩机构，其特征在于，具备：

多个连结链节，具有能够弯曲地连结的剖面“口”字形，所述连结链节的弯曲被限制构成柱状体；

射出部，将所述连结链节构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体；以及

卷绕部，将所述多个连结链节围绕与所述柱状体的中心轴正交的轴卷绕。