CN109986546A - 一种拼装结构的方形伸缩臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拼装结构的方形伸缩臂，包括分别为中空结构的内套杆组件及外套杆组件，所述外套杆组件前端设有开口，内套杆组件后端由该开口插装至外套杆组件内，所述内套杆组件和外套杆组件间设有实现内套杆组件相对外套杆组件轴向直线移动的运动副，以及为该运动副动作提供动力的动力机构。本发明所述的伸缩臂承载能力强，在相互垂直的平面上分别布置滑块‑导轨式导向机构的结构形式增强了直线移动副的抗弯及抗扭刚度，保证了运行过程中的稳定性及可靠性。

Description

一种拼装结构的方形伸缩臂

技术领域

本发明属于机器人机械臂生产领域，尤其是涉及一种拼装结构的方形伸缩臂。

背景技术

工业生产及应用中，机器人得到广泛应用，针对于大尺寸、外形复杂工件(如飞机、高铁、船舶、大型车辆、集装箱等)内外表面或狭长且内部结构复杂的管道型工件内表面的喷涂、打磨作业等，传统工业机器人伸缩臂由于大负载原因通常设计的结构尺寸较大，无法适用于管道型工件内部作业；一些轻型伸缩臂又由于刚度较低，无法承受较重的机器人，其伸缩运动的稳定性较差；同时，由于这些伸缩臂所用的传动机构的不同，造成伸缩臂受使用环境影响，给伸缩臂的正常维护检修造成一定难度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种拼装结构的方形伸缩臂，以提高该伸缩臂的实用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种拼装结构的方形伸缩臂，包括中空结构的内套杆组件及外套杆组件，所述外套杆组件前端设有开口，内套杆组件后端由该开口插装至外套杆组件内，所述内套杆组件和外套杆组件间设有实现内套杆组件相对外套杆组件轴向直线移动的运动副，以及为该运动副动作提供动力的动力机构。

进一步的，所述动力机构为电机驱动机构，该动力机构设置在内套杆组件内，其动力输出端由内套杆组件伸出，所述运动副为齿轮-齿条运动副，其中齿条安装在外套杆组件内，该齿条和外套杆组件中轴线平行设置，齿轮安装在动力机构的动力输出端，齿条和齿轮啮合。

进一步的，所述电机驱动机构中的电机密封罩装有防护罩，该防护罩内部充有正压防爆气体。

进一步的，所述内套杆组件及外套杆组件间设有滑块-导轨式导向机构。

进一步的，所述滑块-导轨式导向机构设有三组，其中一组导向机构布置在内套杆组件顶部，另外两组导向机构布置在内套杆组件一侧。

进一步的，所述外套杆组件前端设有前限位块，内套杆组件后端设置有和该限位块匹配的前止动块，前限位块和前止动块匹配实现对内套杆组件最大行程机械式限位；

所述外套杆组件后端设有和内套杆组件后端对应的后限位块，实现对内套杆组件最小行程机械式限位。

进一步的，所述外套杆组件前端及后端各自设有一限位传感器，实现对内套杆组件最大行程及最小行程的电限位。

进一步的，所述内套杆组件包括内套杆，该内套杆为方形管结构，其前端安装有法兰；

所述外套杆组件包括由四块板材顺次连接形成的、和内套杆对应的外套杆，该外套杆后端安装的外套杆安装板；

内套杆一个侧壁后端处开设有对动力机构安装检修用第一操作孔，外套杆匹配开设有第二操作孔，第一操作孔及第二操作孔各自封盖有密封件。

进一步的，所述外套杆顶面和外套杆安装板间设有外套杆筋板，该外套杆筋板由板材弯折而成，所述外套杆筋板上开设有数个减重孔；

所述外套杆左、右侧面后端各自设有脚支架。

进一步的，所述外套杆组件和内套杆组件间连接有风琴罩。

相对于现有技术，本发明所述的一种拼装结构的方形伸缩臂具有以下优势：

(1)该伸缩臂承载能力强，在相互垂直的平面上分别布置滑块-导轨式导向机构的结构形式增强了直线移动副的抗弯及抗扭刚度，保证了运行过程中的稳定性及可靠性。

(2)该伸缩臂在水平放置使用并伸展到远端时将承受较大的弯矩作用，采用齿轮齿条传动更加稳定，弯矩作用对其影响较小，避免常规丝杠螺母副传动时，丝杠在弯矩作用下发生变形，导致该丝杠螺母副传动过程中丝杠螺母副承受较大的径向力从而影响传动效果的问题。

(3)该伸缩臂内套杆组件及外套杆组件均为组装件，内套杆前端法兰可根据连接的机器人或其他构件的需求进行更换；内、外套杆组件各自的方形结构，便于零部件的安装，尤其是外套杆组件采用板材拼装而成的结构方式，更加便于内部零部件的安装、拆卸及维护。

(4)该伸缩臂具有良好地防尘防爆设计，可用于喷涂等恶劣环境

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述方形伸缩臂最大行程状态时结构示意图。

图2为本发明所述方形伸缩臂最小行程状态时结构示意图。

图3为本发明中内套杆组件右侧视的立体结构示意图。

图4为本发明中内套杆组件左视结构示意图；

图5为图4的A-A示意图；

图6为本发明中外套杆组件爆炸示意图。

附图标记说明：

1-外套杆组件；2-内套杆组件；3-法兰；4-内套杆；6-内套盖板；7-安装架；8-前止动块；9-滑块；11-风琴罩安装板；12-减速器安装板；13-齿轮；14-减速器；15-电机；16-防护罩；17-电缆接头；18-外套杆安装板；19-后限位块；20-脚支架；22-外套侧板盖板；23-外套侧板；24-外套底板；25-外套前固定框；26-外套顶板；27-导轨；28-前限位块；29-顶板盖板；30-限位传感器；31-外套挂板；34-齿条；36-外套杆筋板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种拼装结构的方形伸缩臂，本实施例中以伸缩臂水平放置为例说明，该伸缩臂包括分别为中空结构的外套杆组件1及内套杆组件2，所述外套杆组件1前端设有开口，内套杆组件2后端由该开口插装至外套杆组件1内，所述内套杆组件2和外套杆组件1间设有实现内、外套杆组件轴向即外套杆组件2或内套杆组件长度方向相对移动的运动副，实现伸缩臂轴向直线伸缩功能，所述内套杆组件2内设有为运动副提供动力的动力机构。在实际应用时，外套杆组件1后端连接在设备本体上，内套杆组件2前端和机器人连接，在动力机构驱动下，运动副产生相对移动，带动内套杆组件2相对外套杆组件1轴向移动实现伸缩运动，由此扩大内套杆组件2上所连接机器人的可达范围，且可深入到狭长管道内部进行作业。如图1所示为内套杆组件2完全由外套杆组件1伸出时即内套杆组件2最大行程时的示意图，此时该伸缩臂整体为打开状态。如图2所示为内套杆组件2相对外套杆组件1轴向位移量为零时即最小行程时的示意图，此状态下，即为该伸缩臂回缩状态。

本实施例中，运动副优选为齿轮-齿条运动副，动力机构为电机驱动机构，且为了保证内、外套杆组件轴向相对移动的直线性，内、外套杆组件间设有滑块-导轨式导向机构。为便于安装及检修维护，内套杆组件2和外套杆组件1分别为组装件。以下对内套杆组件2和外套杆组件1具体结构分别详细说明：

如图3至图5所示，内套杆组件2包括内套杆4、法兰3和滑块9。内套杆9为一方形管，其前端与法兰3通过螺栓拼装连接，法兰3与机器人连接；所述法兰的结构形式不限于此，可根据机器人的需求进行更换。内套杆4后端主要安装有动力机构及滑块9。由于内套杆4为薄壁钢管，作为滑块基座其刚度较弱，因此设计了一安装架7，安装架7为L型焊接钢构架，安装架7安装在内套杆4后端处，且该安装架7与内套杆4上表面及一侧面通过螺钉固定连接，本实施例中，为便于说明，设定内套杆4的左侧面及顶面分别和安装架7固定连接。安装架7的设置提高了内套杆4的安装强度，安装架7上表面布置有两个滑块9，其侧面布置有四个滑块9，滑块9各自通过螺钉固定安装，该六个滑块9顶面各自开设有滑槽，滑槽中心方向沿外套杆4长度方向布置，滑槽结构优选为燕尾槽结构，安装架7上表面的两个滑块9沿内套杆4长度方向布置，保证顶面上的两个滑块的滑槽同中心设置，在安装架7侧面布置的四个滑块9呈方形布置，位于安装架7外侧面上部两滑块的滑槽开口朝外，且位于上部的两个滑块9中心线水平且同心设置，同样的，位于安装架外侧面下部两滑块9的滑槽开口朝外，且该下部两个滑块中心线水平且同心设置，与外套杆组件上的三条导轨配合使用，为该伸缩壁直线伸缩进行导向。内套杆4右侧面后端位置处开设了两个第一操作孔，通过该两个第一操作孔实现对安装在内套杆4后端位置处的电机驱动机构安装、检修、维护。电机驱动机构安装在位于内套杆4内的、和安装架7固定连接的减速器安装板12上。电机驱动机构包括电机15和减速器14，减速器14输入端与电机15连接，内套杆4内部后端处设置有减速器安装板12，提高安装强度，该减速器安装板12通过螺钉同时和内套杆左侧壁及安装架7固定连接，电机15罩装有防护罩16，电机15主轴和防护罩16间设有密封圈，防护罩16安装在减速器14或内套杆4上，且防护罩16和其固定连接件(减速器14或内套杆4)间设有密封圈，保证防护罩16的密封性，该防护罩16内充装有正压防爆气体，进行防爆处理，电机15的线缆通过设置在防护罩16上的电缆接头17出线；减速器14输出端顺次由内套杆4左侧壁及固定架7伸出后连接齿轮13，该齿轮13通过与安装于外套杆组件1上的齿条34啮合，齿轮13和齿条34形成了齿轮-齿条运动副，通过该运动副将电机15的转动输出转化为直线运动，实现伸缩臂的伸缩运动。

图6所示，外套杆组件1包括外套杆、外套杆安装板18及外套杆筋板36，外套杆由外套侧板23、外套底板24、外套挂板31及外套顶板26通过螺钉顺次连接而成，因此该外套杆为一具有一方形空腔的拼装件，该外套杆后端通过螺钉和外套杆安装板18固定连接，内套杆组件2后端插装在该外套杆的方形空腔内，且外套挂板31和内套杆4的左侧面正对，外套侧板23、外套底板24、外套挂板31后端在与外套杆安装板18安装连接部位处各自设计有脚支架20，以提高连接刚度。外套杆筋板36设置在外套顶板26上，该外套杆筋板36的设计增强外套杆的抗弯刚度，当伸缩臂连接的机器人作业时，防止由于重力作用引起伸缩臂前端向下弯曲。由于外套杆与内套杆4配合，各零部件需要安装在外套杆内部，外套杆组件的板材拼装结构形式与整体式方形管结构形式相比，更加便于零部件的安装、拆卸及维护。外套顶板26上安装有一条导轨27，该导轨27和内套体4顶面设置的两个滑块9匹配对应设置，导轨滑动设置在该滑块9的滑槽内；外套挂板31内表面水平方向平行安装有两条导轨27，且其中一个导轨27和内套杆4左侧面上部的两个滑块9对应设置，另一个导轨27和内套杆4左侧面下部的两个滑块9对应设置。该三个导向机构非同面布置方式，与单面导轨布置形式或者两平行面导轨布置形式相比，整体移动副的抗弯、抗扭刚度更高，保证伸缩运动过程的稳定性及可靠性。外套挂板31上安装齿条34，与内套杆4上的齿轮34啮合，形成的齿轮-齿条运动副，将电机15转动输出转化为直线运动。由于伸缩臂水平放置使用时内套杆与外套杆连接部位将承受较大的弯矩作用，该种传动形式较使用丝杠螺母副传动相比，弯矩负载对其影响较小，传动稳定性更好。外套侧板23上开有两个第二操作孔，两个第二操作孔和两个第一操作孔一一对应设置，便于动力机构的安装和维护。为了对内套杆4顶面的滑块9检修维护，外套顶板6上沿其长度方向均匀开设了数个第三操作孔，通过该第三操作孔对外套杆4顶面的滑块9进行维护操作，例如滑块9松动时，可通过该第三操作孔对该滑块9安装用的螺钉进行紧固处理，由此保证滑块9稳定性。为保证动力机构无尘作业环境，第一、第二、第三操作孔各自匹配有密封件，例如，第一操作孔匹配封盖有内套杆盖板6，第二操作孔匹配封盖有外套侧板盖板22；第三操作孔匹配封盖有顶板盖板29。

本实施例中，如图3和图5所示，为提高安全性，内套杆组件1和外套杆组件2间设置了机械式最大行程限位机构和机械式最小行程限位机构，最大行程限位机构包括内套杆4后端位置处设置的前止动块8，以及外套杆组件1前端位置处设置的、与该前止动块8对应的前限位块28，内套杆组件2伸出直至前止动块8和前限位块28相撞实现对内套杆组件2最大行程的机械限位，本实施例，前止动块8优选位置设置在内套杆顶面处，前限位块28设置在外套顶板26上；最小行程限位机构包括外套杆安装板18内侧面上设置的的后限位块19，内套杆4后端设有密封板或撞板，后限位块19和密封板或撞板撞击，实现内套杆组件2回缩行程的机械限位，实现伸缩杆伸缩行程的限位。同时，在外套杆顶板26上前后位置处各安装有一限位传感器30，通过该两个限位传感器30对内套杆组件2的最大、最小行程的电限位，和限位块式机械限位方式配合使用起到双重限位作用，安全性更好。

本实施例中，为进一步提高防尘作用，所述外套杆组件1前端和内套杆组件2前端间连接有风琴罩(附图中未给出该结构)。具体结构，内套杆4前端设置有风琴罩安装板11，外套杆前端设有外套前固定框25，分别用于风琴罩的安装以及支撑，风琴罩一端和风琴罩安装板11连接，其另一端和外套前固定框25连接，在整个伸缩运动过程中起到良好的防尘防护作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：包括中空结构的内套杆组件(2)及外套杆组件(1)，所述外套杆组件(1)前端设有开口，内套杆组件(2)后端由该开口插装至外套杆组件(1)内，所述内套杆组件(2)和外套杆组件(1)间设有实现内套杆组件(2)相对外套杆组件(1)轴向直线移动的运动副，以及为该运动副提供动力的动力机构。

2.根据权利要求1所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述动力机构设置在内套杆组件(2)内，该动力机构为电机驱动机构，其动力输出端由内套杆组件(2)伸出，所述运动副为齿轮-齿条运动副，其中齿条(34)安装在外套杆组件(1)内，该齿条(34)和外套杆组件(1)中轴线平行设置，齿轮(13)安装在动力机构的动力输出端，齿条(34)和齿轮(13)啮合。

3.根据权利要求2所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述电机驱动机构中的电机(15)密封罩装有防护罩(16)，该防护罩(16)内部充有正压防爆气体。

4.根据权利要求1所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述内套杆组件(2)及外套杆组件(1)间设有滑块-导轨式导向机构。

5.根据权利要求4所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述滑块-导轨式导向机构设有三组，其中一组导向机构布置在内套杆组件(2)顶部，另外两组导向机构布置在内套杆组件(2)一侧。

6.根据1-5任一项权利要求所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述外套杆组件(1)前端设有前限位块(28)，内套杆组件(2)后端设置有和该限位块(28)匹配的前止动块(8)，前限位块(28)和前止动块(8)匹配实现对内套杆组件(2)最大行程机械式限位；

所述外套杆组件(1)后端设有和内套杆组件(2)后端对应的后限位块(19)，实现对内套杆组件(2)最小行程机械式限位。

7.根据权利要求6所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述外套杆组件(2)前端及后端各自设有一限位传感器(30)，实现对内套杆组件(2)最大行程及最小行程的电限位。

8.根据权利要求6所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述内套杆组件(2)包括内套杆(4)，该内套杆(4)为方形管结构，其前端安装有法兰(3)；

所述外套杆组件(1)包括由四块板材顺次连接形成的、和内套杆(4)对应的外套杆，该外套杆后端安装的外套杆安装板(18)；

内套杆(4)一个侧壁后端处开设有对动力机构安装检修用第一操作孔，外套杆匹配开设有第二操作孔，第一操作孔及第二操作孔各自封盖有密封件。

9.根据权利要求6所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述外套杆顶面和外套杆安装板(18)间设有外套杆筋板(36)，该外套杆筋板(36)由板材弯折而成，所述外套杆筋板(36)上开设有数个减重孔；

所述外套杆左、右侧面后端各自设有脚支架(20)。

10.根据权利要求6所述的一种拼装结构的方形伸缩臂，其特征在于：所述外套杆组件(1)和内套杆组件(2)间连接有风琴罩。