CN113696223B - 一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂 - Google Patents
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Abstract
一种垂直同步联动多级伸缩臂，包括固定基本臂和多节伸缩臂，采用导柱导套结构实现嵌套安装和运动导向，其中，第一节伸缩臂以下的多级伸缩臂通过空心导柱嵌套结构，实现了等径伸缩，相对于传统的套筒型伸缩臂具有更好的刚度和稳定性。固定基本臂采用电机和丝杠驱动第一节伸缩臂伸缩，丝杠采用“上端固定‑下端浮动”的支撑结构，极大地提高了传动刚性、传动精度和使用寿命。第一节和第二节伸缩臂之间、第二节和第三节伸缩臂之间，均采用动滑轮驱动机构驱动收放，绳锁和滑轮组能够完全封闭于伸缩臂内部，结构紧凑，各伸缩臂在重力作用下同步按比例伸缩，避免了逐级伸缩的冲击和振动。在Z轴采用该伸缩臂结构，能够显著减少设备对现场空间的占用。
Description
技术领域
本发明涉及伸缩臂结构，尤其涉及一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂。
背景技术
目前，伸缩臂机构被广泛应用在多自由度非标自动化设备的Z轴中，然而，现阶段非标自动化设备的Z轴大多采用传统多级伸缩臂结构：一般为圆形套筒逐级收缩和矩形框架逐级收缩，由一个固定基本臂和多个可伸缩节臂组成，此种方式可以实现伸缩，达到一些基本功能。但是以套筒方式，固定基本臂较大，第一节节臂套在基本臂中，第二节节臂套在第一节节臂中，以此方式循环下去，最末端节臂将变得很窄，大大影响伸缩臂结构的稳定型和整体的刚度。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂。
技术方案：一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，包括依次垂直嵌套连接的固定基本臂D0、第一节伸缩臂D1、第二节伸缩臂D2、第二节伸缩臂D3；
所述固定基本臂D0包括承载框架，承载框架下端安装有基本臂下平台，所述基本臂下平台上开设有导向孔I；
所述第一节伸缩臂D1为框架结构，包括第一节伸缩臂上平台、第一节伸缩臂导柱、第一节伸缩臂下平台；所述第一节伸缩臂导柱和导向孔I适配安装，使得第一节伸缩臂D1整体嵌套在固定基本臂D0的承载框架内；所述第一节伸缩臂下平台上开设有导向孔II，导向孔II与第一节伸缩臂导柱的数量、位置相对应；
所述第二节伸缩臂D2为框架结构，包括第二节伸缩臂导柱、第二节伸缩臂下平台；所述第一节伸缩臂导柱为空心柱体，其内径大于第二节伸缩臂导柱的外径，所述第二节伸缩臂导柱穿过导向孔II后伸入第一节伸缩臂导柱，使得第二节伸缩臂D2整体与第一节伸缩臂D1等径嵌套；所述第二节伸缩臂下平台上开设有导向孔III，导向孔III与第二节伸缩臂导柱的数量、位置相对应；
所述第三节伸缩臂D3为框架结构，包括第三节伸缩臂导柱、第三节伸缩臂下平台；所述第二节伸缩臂导柱为空心柱体，其内径大于第三节伸缩臂导柱的外径，所述第三节伸缩臂导柱穿过导向孔III后伸入第二节伸缩臂导柱，使得第三节伸缩臂D3整体与第二节伸缩臂D2等径嵌套；
所述固定基本臂D0上安装有传动机构，所述第一节伸缩臂上平台和传动机构连接；所述第一节伸缩臂下平台底部安装有用于驱动第二件伸缩臂D2的第一动滑轮，第一动滑轮上绕有第一驱动索，其一端连接基本臂下平台，另一端连接第二节伸缩臂下平台；所述第二节伸缩臂下平台上安装有第二动滑轮支架，该第二动滑轮支架向上延伸布置，其高度高于第一节伸缩臂下平台，第二动滑轮支架上安装有第二动滑轮，第二动滑轮上绕有第二驱动索，其一端固定于第一节伸缩臂下平台，另一端连接第三节伸缩臂下平台。
具体的，所述传动机构包括电机驱动机构、带传动机构和丝杆螺母机构；所述第一节伸缩臂上平台和丝杆螺母机构连接，电机的旋转运动依次通过带传动机构和丝杆螺母机构转化第一节伸缩臂上平台的直线运动。所述丝杆螺母机构包括丝杠、螺母，所述带传动机构包括大带轮、小带轮和传动带；丝杠安装在承载框架内的伸缩臂轴心位置，小带轮连接电机驱动机构，大带轮与伸缩臂轴心位置的丝杠连接，螺母固定在第一节伸缩臂上平台上，螺母和丝杆适配，电机驱动机构驱动丝杠转动，丝杠的旋转运动进一步转换为螺母的上下直线运动，由螺母带动第一节伸缩臂上平台上下运动。
进一步的，所述第一节伸缩臂导柱通过导套和导向孔I适配安装；所述第二节伸缩臂导柱通过导套和导向孔II适配安装；所述第三节伸缩臂导柱通过导套和导向孔III适配安装。
进一步优选的，所述固定基本臂D0的承载框架内设有加强筋I；所述第一节伸缩臂D1内设有加强筋II，加强筋II和加强筋I呈对角布置。
和现有技术相比，本发明具有如下显著进步：
(1)固定基本臂对整个机构起到了固定和承载的作用，固定基本臂和第一节伸缩臂之间采用丝杠传动，丝杠采用“上端固定-下端浮动”的支撑结构，其稳定性远大于“固定-自由”支撑，极大地提高了传动刚性、传动精度和使用寿命。所谓“固定”支撑是指既承受径向负载又承受轴向负载，所谓浮动支撑是提供径向负载支撑而不承受轴向负载。而自由端是指既不提供径向负载支撑也不提供轴向负载支撑。
(2)第一节伸缩臂以下的多级伸缩臂通过空心导柱嵌套结构，实现了等径伸缩，相对于传统的套筒型伸缩臂具有更好的刚度和稳定性。
(3)各伸缩臂在重力作用下同步按比例伸缩，避免了逐级伸缩的冲击和振动。
(4)由于采用嵌套导向柱结构，各级臂的下端平台尺寸无收缩，可腾出最大内部空间将钢丝绳滑轮组完全封闭于伸缩臂内部，避免钢丝绳滑轮组置于外部受环境影响。
(5)采用四角导柱架构，伸缩臂进行伸缩时更加平稳，伸缩臂不易发生径向形变。
(6)第二、三两节伸缩臂采用动滑轮-柔性索进行传动，无需其他电机驱动，结构紧凑。
(7)多级伸缩臂除最上端伸缩臂有上下平台，其余各伸缩臂只有下平台，无上平台，整体结构简洁，操作简单，便于安装、修理、装配。在Z轴采用该伸缩臂结构，能够使现场安装的建筑高度要求大大降低，节省设备对现场空间的占用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的侧视图；
图3为第一节伸缩臂的结构示意图；
图4为图3的侧视图；
图5为第二节伸缩臂的结构示意图；
图6为图5的侧视图；
图7为第三节伸缩臂的结构示意图；
图8为图7的侧视图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-图8所示，本发明提供一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，包括依次嵌套连接的固定基本臂D0、第一节伸缩臂D1、第二节伸缩臂D2、第三节伸缩臂D3。
固定基本臂D0的作用是固定整个机构，并对整个机构起承载作用。具体的，固定基本臂D0包括一个承载框架，承载框架的下端安装有基本臂下平台9，基本臂下平台9的底部四角开有导向孔I，第一节伸缩臂D1通过该导向孔I嵌套在承载框架内。
第一节伸缩臂D1为框架结构，包括第一节伸缩臂上平台5、四根第一节伸缩臂导柱7、第一节伸缩臂下平台8，第一节伸缩臂上平台5和固定基本臂D0传动连接。第一节伸缩臂导柱7穿过导向孔I后，通过四个固定基本臂导套6与固定基本臂D0组成导柱导套结构，形成“上端固定-下端浮动”的支撑结构。
固定基本臂D0上安装有用于驱动第一节伸缩臂D1的传动机构。传动机构包括带轮1、传动带2、承载电机3、丝杠螺母机构4等零件，承载电机3是整个装置的动力源，通过带传动结构(带轮1、传动带2)将动力轴心变到伸缩臂的中心。具体的，丝杠安装在承载框架内的伸缩臂轴心位置，带轮1包括大带轮和小带轮，小带轮安装在承载电机3的输出轴上，大带轮与伸缩臂轴心位置的丝杠连接，螺母固定在第一节伸缩臂上平台5上，螺母和丝杆适配，电机驱动丝杠转动，丝杠的旋转运动进一步转换为螺母的上下直线运动，由螺母带动第一节伸缩臂上平台5上下运动。通过电机驱动丝杠正反转，控制第一节伸缩臂D1从承载框架内伸出，或者缩回承载框架。该“上端固定-下端浮动”的支撑结构极大地提高了传动刚性、传动精度和使用寿命。
固定基本臂D0的基本臂下平台9四角开设有导向孔II，第二节伸缩臂D2通过该导向孔II和第一节伸缩臂D1嵌套。具体的，第二节伸缩臂D2也为框架结构，包括第二节伸缩臂导柱12和第二节伸缩臂下平台13。第一节伸缩臂导柱7为空心柱体，其内径大于第二节伸缩臂导柱12的外径，第二节伸缩臂导柱12通过导套和导向孔II适配安装，四个第二节伸缩臂导柱12穿过导向孔II后伸入第一节伸缩臂导柱7，由于第一节伸缩臂导柱7和第二节伸缩臂导柱12的轴心一致，因此实现了第二节伸缩臂D2与第一节伸缩臂D1的等径嵌套。
同理，第二伸缩臂D2和第三伸缩臂D3也为等径嵌套，第二节伸缩臂下平台13上开设有导向孔III，第三伸缩臂D3通过该导向孔III和第二伸缩臂D2嵌套。具体的，第三节伸缩臂D3为框架结构，包括第三节伸缩臂导柱17、第三节伸缩臂下平台18；第二节伸缩臂导柱12为空心柱体，其内径大于第三节伸缩臂导柱17的外径，第三节伸缩臂导柱17通过导套和导向孔III适配安装，四个第三节伸缩臂导柱17穿过导向孔III后伸入第二节伸缩臂导柱12，使得第三节伸缩臂D3整体与第二节伸缩臂D2等径嵌套。
优选的，固定基本臂D0的承载框架内设有两根加强筋I19，第一节伸缩臂D1内设有两根加强筋II 20，在俯仰视角，加强筋I19和加强筋II 20呈对角交叉布置。
上述第一节伸缩臂D1由电机驱动、丝杠螺母传动，第二节伸缩臂D2则由第一节伸缩臂D1驱动，为保证结构的紧凑，本发明通过“动滑轮—柔性索”的驱动方式，使得第二节伸缩臂D2在重力作用下与第一节伸缩臂D1同步按比例伸缩。具体方案如下：
第一节伸缩臂D1的上平台安装有动滑轮驱动机构，该动滑轮驱动机构包括第一动滑轮10和绳索。第一动滑轮10固定在第一节伸缩臂上平台5上，第一驱动索11的一端固定在基本臂下平台9上，另一端绕过第一动滑轮10固定在第二节伸缩臂D2的下平台。此方式，钢丝绳滑轮组完全封闭于伸缩臂内部，在丝杠螺母驱动第一节伸缩臂D1运动的同时，第一节伸缩臂D1上端的第一动滑轮10驱动绳索收放，使第二节伸缩臂D2在重力作用下与第一节伸缩臂D1同步按比例伸缩运动。
第三节可伸缩臂D3用于安装连接其他外部装置，例如机械手、吸盘工装等，其下平台起承载作用。第二节伸缩臂D2和第三节伸缩臂D3之间，同样采用“动滑轮—柔性索”的结构驱动收放。具体方案如下：
由于第二节伸缩臂D2没有可固定动滑轮的上平台，故在其下平台安装动滑轮支架座14，动滑轮支架座14的作用是安装固定动滑轮，应注意，动滑轮支架座14从第二节伸缩臂下平台13向上延伸布置，其高度略高于第一节伸缩臂下平台8，动滑轮支架座14上安装有第二动滑轮15；第二驱动索16的一端固定在第一节伸缩臂下平台8上，另一端绕过第二动滑轮15固定在第三节伸缩臂下平台18。通过此方式驱动第三节伸缩臂D3运动，钢丝绳滑轮组能够完全封闭于伸缩臂内部，整体结构紧凑。第一节伸缩臂D1驱动第二节伸缩臂D2运动的同时，第二节伸缩臂D2上端的第二动滑轮15驱动绳索收放，带动第三节伸缩臂D3在重力作用下与第一、二节伸缩臂同步按比例伸缩。
图5中，第一节伸缩臂D1的上平台安装有两个动滑轮，图7中，第二节伸缩臂D2的下平台安装有两个动滑轮支架座，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，如根据伸缩稳定需求对动滑轮驱动机构的数量作出适应性改变、根据伸缩臂施工范围适应性增加伸缩臂的节数，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：包括依次垂直嵌套连接的固定基本臂(D0)、第一节伸缩臂(D1)、第二节伸缩臂(D2)、第三节伸缩臂(D3)；
所述固定基本臂(D0)包括承载框架，承载框架下端安装有基本臂下平台(9)，所述基本臂下平台(9)上开设有导向孔I；
所述第一节伸缩臂(D1)为框架结构，包括第一节伸缩臂上平台(5)、第一节伸缩臂导柱(7)、第一节伸缩臂下平台(8)；所述第一节伸缩臂导柱(7)和导向孔I适配安装，使得第一节伸缩臂(D1)整体嵌套在固定基本臂(D0)的承载框架内；所述第一节伸缩臂下平台(8)上开设有导向孔II，导向孔II与第一节伸缩臂导柱(7)的数量、位置相对应；
所述第二节伸缩臂(D2)为框架结构，包括第二节伸缩臂导柱(12)、第二节伸缩臂下平台(13)；所述第一节伸缩臂导柱(7)为空心柱体，其内径大于第二节伸缩臂导柱(12)的外径，所述第二节伸缩臂导柱(12)穿过导向孔II后伸入第一节伸缩臂导柱(7)，使得第二节伸缩臂(D2)整体与第一节伸缩臂(D1)等径嵌套；所述第二节伸缩臂下平台(13)上开设有导向孔III，导向孔III与第二节伸缩臂导柱(12)的数量、位置相对应；
所述第三节伸缩臂(D3)为框架结构，包括第三节伸缩臂导柱(17)、第三节伸缩臂下平台(18)；所述第二节伸缩臂导柱(12)为空心柱体，其内径大于第三节伸缩臂导柱(17)的外径，所述第三节伸缩臂导柱(17)穿过导向孔III后伸入第二节伸缩臂导柱(12),使得第三节伸缩臂(D3)整体与第二节伸缩臂(D2)等径嵌套；
所述固定基本臂(D0)上安装有传动机构，所述第一节伸缩臂上平台(5)和传动机构连接；所述第一节伸缩臂下平台(8)底部安装有用于驱动第二节伸缩臂(D2)的第一动滑轮(10)，第一动滑轮(10)上绕有第一驱动索(11)，其一端连接基本臂下平台(9)，另一端连接第二节伸缩臂下平台(13)；所述第二节伸缩臂下平台(13)上安装有第二动滑轮支架(14)，该第二动滑轮支架(14)向上延伸布置，其高度高于第一节伸缩臂下平台(8)，第二动滑轮支架上安装有第二动滑轮(15)，第二动滑轮(15)上绕有第二驱动索(16)，其一端固定于第一节伸缩臂下平台(8)，另一端连接第三节伸缩臂下平台(18)。
2.根据权利要求1所述的基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：所述传动机构包括电机驱动机构、带传动机构和丝杆螺母机构；所述第一节伸缩臂上平台(5)和丝杆螺母机构连接，电机的旋转运动依次通过带传动机构和丝杆螺母机构转化第一节伸缩臂上平台(5)的直线运动。
3.根据权利要求2所述的基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：所述丝杆螺母机构包括丝杠、螺母，所述带传动机构包括大带轮、小带轮和传动带；丝杠安装在承载框架内的伸缩臂轴心位置，小带轮连接电机驱动机构，大带轮与伸缩臂轴心位置的丝杠连接，螺母固定在第一节伸缩臂上平台(5)上，螺母和丝杆适配，电机驱动机构驱动丝杠转动，丝杠的旋转运动进一步转换为螺母的上下直线运动，由螺母带动第一节伸缩臂上平台(5)上下运动。
4.根据权利要求1所述的基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：所述第一节伸缩臂导柱(7)通过导套和导向孔I适配安装；所述第二节伸缩臂导柱(12)通过导套和导向孔II适配安装；所述第三节伸缩臂导柱(17)通过导套和导向孔III适配安装。
5.根据权利要求1所述的基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：所述固定基本臂(D0)的承载框架内设有加强筋I。
6.根据权利要求5所述的基于嵌套导向结构的垂直同步联动多级伸缩臂，其特征在于：所述第一节伸缩臂(D1)内设有加强筋II，加强筋II和加强筋I呈对角布置。
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