CN1324249C - 一种致动器和用于移动载荷的装置 - Google Patents

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Abstract

一种致动器包括：一系列元件414，每个元件414可相对下一个元件转动；和容纳至少一部分该系列元件的机壳400；该系列的一个端部自由地伸出于该机壳的出口404之外。各个元件414被引导沿着一弯曲的路径到达该机壳出口404并沿该路径被驱动机构412所驱动，以改变这些元件伸出该出口之外的总长度。通过齿形带426，该伸出的各元件在基本刚性的自支承柱440中保持直线地对准，当各元件414露出该机壳出口404时，齿形带426逐渐与各元件414啮合。

Description

一种致动器和用于移动载荷的装置
技术领域
本发明涉及一种致动器。
背景技术
美国专利US.4,726,247公开了一种致动器，该致动器具有驱动一对挠性部件进入导向件的蜗杆副，在导向件中，这对挠性部件结合而形成刚性传动构件。这些部件具有咬合齿，咬合齿互相协同工作，以沿该传动构件传递压力和张力形式的应力。然而，这种致动器不能平滑而可靠地实现驱动。
因此，需要改进的致动器。
发明内容
根据本发明提供了一种致动器，它包括：一系列元件，每个元件可相对于下一个元件转动；容纳至少一部分该系列元件的机壳，该系列的一个端部自由地伸出于该机壳的一出口之外，该各元件被引导沿着一非直线路径到达该出口；一个装置，该装置用于相对于该机壳驱动该系列元件，以改变伸出该出口之外的各元件的总长度；以及使这些伸出的元件在一基本刚性的、自支承的柱内保持直线对齐的装置，其中所述各元件是中空的，并且该驱动装置包括至少一个齿轮，当所述各元件穿过所述机壳时，该齿轮位于该各元件的内侧，并且，该齿轮与所述各元件的内侧表面驱动地啮合，该各元件在一个侧边具有一开口，该开口允许该齿轮的支承装置通过。
本发明还提供一种用于移动载荷的装置，包括：底部部分；和载荷承受部分；以及用于移动该载荷承受部分的装置；该用于移动该载荷承受部分的装置包括根据任何前述权利要求所述的致动器。
本发明的一个用途是构造可调节高度的床。如果4个这种致动器被布置在或靠近该床的4个角处，同时这些伸出元件的各个以直线方式对齐的柱被垂直安置并作为该床的腿，那么通过同步地驱动4组元件，可以按照所需而抬升或降低该床。另外，通过仅在该床的床头或床尾处驱动该致动器，就可按照所需而倾斜该床。还有，这些元件跟随一非直线路径的能力意味着：不构成该床腿部分的那些元件，可根据可利用空间在任何给定的时间内，沿该床的框架或在任何其它方位上被水平调节。但是本发明不局限于该用途。
附图说明
现在将通过例子、同时参考各附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是本发明的第一实施例的局部剖立体视图；
图2是本发明的第二实施例的侧视图，该实施例的某些部分被剖去以显示其下的结构；
图3(a)是显示该第二实施例的驱动机构的工作原理的示意图；
图3(b)是该驱动机构的一部分的立体视图；
图4是图2的驱动器机壳的外部立体视图；
图5是该驱动器机壳的一个半部的内部的立体视图，另一个半部是所示半部的镜像；
图6是图2实施例的相连的各元件的一个的立体视图；
图7是图2实施例的可转动输入导向件的立体视图；和
图8(a)-8(c)显示了图2的致动器，其中，输入导向件组处于不同角度；
图9是本发明的第三实施例的侧视图，该实施例的某些部分被剖去以显示其下的结构。
具体实施方式
在下列的说明中，诸如“顶部”、“底部”、“垂直的”等方位措词的应用是指在各附图中所见的各实施例的方位，并不限制它们在使用中的方位。
参考图1，致动器包括：刚性导向件10，该导向件10具有一对相对的、基本各自平行的内侧壁及外侧壁12A、12B(该内侧壁12A以部分剖去的方式显示)；该致动器还包括：连接侧壁12A、12B的下边沿的底壁14，以及连接侧壁12A、12B的上边沿的顶壁(未示出)。因此，导向件10是具有基本不变的矩形截面的一通道状机壳。该导向件10具有一相对长的直线输入段16和相对较短的出口段18，以及在它们之间成90度的弯曲部分。
成普通矩形钢块20形式的一系列相似的刚性元件，通过一张紧的柔性钢带22被保持成紧密的对齐结合，钢带22的一个端部固定于端部块20A而另一个端部固定于相对的端部块20B。在这两个端部块20A、20B之间，钢带22自由地穿过在钢块20中间的对齐的垂直槽24。应该明白的是：在图1中省略了某些钢块20，以便更清楚地显示下面的结构。实际上，除去在该导向件10的该弯曲部分外，通过该钢带中的张力使钢块20全部沿着钢带22保持面对面的紧密结合，该钢带对该各钢块施加一挤压力。
如图所示，由张紧的钢带22保持在一起的该系列钢块20被容纳在导向件10中，使得端部块20A位于相对长的直线输入段16内，而端部块20B在该导向件外部，位于出口段18之外。从垂直于钢带22的纵方向的一垂直平面内截取的每个钢块20的横截面，恰好略小于导向件10的内部尺寸，以允许这些钢块沿着该导向件平滑地往返运动。
沿着其内边沿，每个钢块20具有一朝前的竖棱26A(该朝前的方向取为朝向端部块20B的方向)和一朝后的竖槽26B。它们具有互配(互补)的弧形表面，使得每个块20的棱26A与下一个相邻块的槽26B相啮合。这就允许这些钢块在它们穿绕导向件10的该90度弯曲部分时，可以相互平滑地转动，因为环绕该弯曲部分时沿外侧壁12B的距离长于沿内侧壁12A的距离，所以钢块20的外边沿在该点处必须分开，如图1中所见。还有，槽24的内边沿可被倒圆，以减少环绕导向件10的该弯曲部分时各钢块20与钢带22之间的摩擦。
很明显，如果端部块20A被推向导向件10的出口段18，将会有更多数量的钢块伸出该输出段之外，而如果端部块20A被推离出口段18，将会有较少数量的钢块这样地伸出。因此，伸出导向件10的出口段18之外的钢块20的总长度由该钢块20A在相对长的直线输入段16中的位置所决定。
采用直线致动器对钢块20A在输入段16中的位置进行调整，该直线致动器包括带动丝杆30转动的电动机28。电动机28安装在导向件10的输入端部上，而丝杆30沿输入段16的中心轴向地穿过。除了端部块20A外，每个钢块20具有足够直径的中心孔32，以允许该丝杆自由地穿过它。然而，该端部块20A被设计成一螺母，以使得它与丝杆30以螺纹螺旋地结合。因此，根据丝杆30的旋转方向，端部块20A将被驱动或者朝向或者远离该导向件的出口段18，由此改变伸出该出口段18之外的钢块20的总长度。
由于钢带22中的拉力使钢块20保持紧密地互相贴靠和使棱26A与相邻钢块上的槽26B相结合，伸出出口段18之外的钢块20的长度不能被容易地扭转或由于转动而从面对面的结合中脱离。因此它们在基本刚性的自支承柱内保持直线地对齐。
图2-8显示了本发明的第二实施例。该实施例包括驱动器机壳400(图2、4及5)，机壳400包括两个相对的半部400A、400B，其中机壳半部400A的内部结构显示于图5中。机壳半部400B是机壳半部400A的镜像，而该两个半部沿着它们的边沿400C(图5)被固定在一起，以构成图4中所示的完整机壳。驱动器机壳400具有在一个侧边上的入口402和在底部的出口404。驱动器机壳400根据其尺寸及预期的负载，可由铝或塑料模制而成，或铸成钢的。
中空的、通道状输入导向件406(图2及7)被安装在该驱动器机壳入口402处。尤其是，导向件406具有横向的圆柱形孔408，圆柱形孔408与中空的圆柱形轴410结合，轴410在驱动器机壳400的相对主壁之间延伸，以允许整个导向件406绕轴410(图8)的轴线转动。机壳400含有要在后面描述的驱动装置412。
由塑料模制成的一系列类似的刚性中空元件414，沿着该系列元件的一个边沿416彼此相连接，以便绕基本平行的轴线418转动。到这个末端，每个元件414的前方具有一对短臂420，该对短臂在前述元件的后部含有法兰422，如图3(b)所示，该臂及法兰具有对齐的孔424，钢转销(未图示)穿过孔424。这些转销允许每个元件414相对下个元件转动，使得这些元件呈现直线地对齐的构造，其中，每个元件在横跨其全部宽度上与下一个元件对齐地结合，如同在图2的顶部右侧及底部所见的那些元件，或如将要描述的，在其外边沿处脱离其相邻件，以允许这些元件改变通过机壳400的方向。应当明白，图2省略了某些部件，例如省去了机壳半部400B及某些元件414，以便更清楚地显示该结构。
该可转动地连接的系列元件414容纳在驱动器机壳400内，使得该系列的一个端部位于输入导向件406内，而该系列的另一个端部在机壳400的外部，伸出于出口404之外。在这两个端部之间，该系列元件414弯曲一可变角度，该可变角度取决于输入导向件406的倾斜位置。
为了使伸出于出口404之外的各元件414在一基本刚性的自支承柱440内保持直线地对齐，提供了一挠性的、基本非弹性的齿形带426。该齿形带426可由与在汽车中用作同步皮带的相同材料制成。带426通过铆接或焊接于端部元件414A来固定，而它的齿428与相应的齿430啮合如图3(b)及图6，齿430沿着元件414的两相对的边沿到销轴418，凹入元件414的两边沿内。通过滚子组件432，使带426在伸出柱的长度内保持与元件414啮合，其中，滚子组件432安装在机壳400中，并且该组件包括两个滚子434(图3)，滚子434压迫带426与元件414进入合适的啮合。带齿428与元件齿430全部沿着这些元件的伸出柱的长度啮合，防止这些元件彼此相对转动并使它们保持彼此紧密地贴靠。
每个元件414具有带螺旋螺纹的孔436，当该元件在伸出柱440中与其它这种元件直线地对齐时，孔436的轴线与该柱440中的其它这种孔共轴，以沿着该柱的中心构成一连续的螺旋螺纹。驱动装置412包括配置在驱动轴442的自由端的蜗杆副438，驱动轴442的转动轴线与柱440中的各孔的轴线共轴。蜗杆副438在任何一个时刻都与柱440中的至少一个元件414啮合，使得该蜗杆副的转动逐渐地把该各元件驱动出机壳400，或把它们拉入机壳400中，由此，根据该蜗杆副的转动方向而增大或减小柱440的长度。
穿出驱动器机壳400而通过孔448(图5)的带426容纳在卷带轴444上，卷带轴444被一盘簧(未图示)所偏压以在一方向上转动，该盘簧使带426保持在轻度张紧下并有助于该带缠绕在该卷带轴上，如图2中的箭头所示。在伸出柱440的长度增大，当各元件414从机壳出口404露出时，带426被滚子组件432所挤压而逆着该盘簧的偏压逐渐进入与连续的各元件414相啮合。当柱440的长度减小时，带426逐渐脱离各元件414，并受到该盘簧作用而缠绕在卷带轴444上。在机壳400中的翅状元件446保证带426彻底地脱离各元件414。
在机壳400内，各元件414跟随入口402与出口404之间的一非直线路径。这个路径由靠近出口404的第一直导轨450所构成，导轨450与部分为圆形的第二导轨452邻接，导轨452的曲率中心与轴410共轴(应当明白：由于机壳半部400A与400B的镜像构造，图5所示的导轨450、452在相对的机壳半部的内部表面上是双份的，以便在每个壳上构成一对导轨)。每个元件沿着每个相对的侧边具有槽454，而且利用导轨450及452而结合入机壳400中，以沿着入口402与出口404之间的所需路径引导该元件。该对直导轨450阻止由蜗杆副438在元件414上产生的转动扭矩，以便当带426啮合或脱开啮合时保持每个元件414笔直。
为了使每个元件在跟随该对弯曲的导轨452时，通过相对于下一个元件的转动而允许每个元件414进入或离开柱440，每个元件414具有用作驱动轴442通道的一侧开口456，参见图3(b)。优选设计开口456的宽度，以使得至少留下螺纹孔436圆周的80％。
输入导向件406也具有连续地延伸通过该导向件长度的一对导轨458。在导向件406的主体上，该导轨是直的，如图7中的虚线所示，但在该导向件前部处的部分458A是部分圆形的并与轴410的轴线同心。部分458A的半径略小于导向件452的半径，所以，如图2中所见，该后者跨在该前者的上方，搭接的程度取决于输入导向件406相对于驱动器机壳400的角度。因此，导轨对450、452及458从驱动器机壳出口404至输入导向件406的后端部构成各元件414的连续的导向件。
在图2中，轴442被显示成由电动机460经齿轮箱462来驱动，但可使用任何其它合适的装置。例如，轴442可由一皮带驱动。
如先前提到的，输入导向件406可相对于驱动器机壳400转动，以允许该输入导向件相对于柱440的角度有变化。在本实施例中，该角度可在约60度与180度之间变化，如图8所见。图8还显示了图2中所示的该实施例的变化，此处齿形带426不连接于卷带轴，但代之以在驱动器机壳400中的松弛地围绕进给，以和各元件414再啮合，此处它们从输入导向件406露出而进入该机壳内。从该点起，在导向件406内，该齿形带沿着所有各元件414延伸并与它们啮合，从而伸出导向件406的自由端部之外至端部元件414B，见图8(a)，该齿形带固定在端部元件414B上。这保证各元件在进入导向件406之前保持直线对齐。
本发明的第三实施例示于图9中。这个实施例包括具有倒圆齿471的链轮470，该链轮470位于机壳400内，与轴410(未图示)共轴线。该链轮的齿471与各元件414的弯曲边沿段472相啮合。因此，链轮470由蜗杆副438经各元件414间接地驱动。该链轮的作用是：当元件转过入口402与出口404之间的角度时，通过向各元件施加导向力，来帮助减小各元件414与该机壳中的各导轨之间以及与该输入导向件(未图示)之间的摩擦。该各导轨保证该接触保持在该链轮与该各元件之间，同时各元件是转动着的。利用该链轮，由该各元件与该各导轨之间的摩擦所产生的各元件上的任何背压力得到缓和，各元件更自由地移动。
在一个实施例中，各元件414能够顺着驱动器机壳400内的一螺旋路径上升至它们露出出口404的该点。
在图2所示实施例的其它变化中，带426可以被整个地省去。在该情况下，各元件414在它们露出机壳出口404时可手工地互相固接起来。例如，沿着与边沿416(图1)相对的它们的边沿，该各元件可以具有类似于图3(b)中所示各臂420及各法兰422的配合构形(未图示)。那么，当每个元件414露出机壳出口404并与前边元件对齐时，一个元件上的该法兰将变成排列在其它元件的该各臂之间，而销可被手工地插入这些部件的该对齐的各孔中，而由此把它们面对面地锁在一起。类似地，当从机壳中取出插入该机壳中的各元件时，这些销可逐个地被卸下。也可能创造出一机构，由此使各销自动地插入及卸下。
在该致动器的使用中，驱动器机壳400被固定于一床框架或其它的设备上，这些设备需要抬升和/或其它的机械动作。驱动器机壳400可用穿过各孔464的各螺栓结实地及不可转动地螺栓固定于该框架上。另外，驱动器机壳400可用穿过中空轴410的一单个螺栓可转动地连接到该框架上。这个后者的连接装置可能是所希望的，例如，在柱440构成一床的腿并且该驱动器机壳被连接于该床的侧框架的地方。在此这样一种情况下，如果该床的头部相对于该尾部被抬升或降低而该侧框架变得倾斜时，驱动器机壳400的转动可使该腿保持垂直。
虽然术语“致动器”在说明中曾被用来描述本发明的装置，但应明白：术语“铰接器”也可能被用于该装置。
本发明不局限于本文描述的各实施例，这些实施例可被改造或变化而不背离本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种致动器，包括：一系列元件(414)，每个元件(414)可相对于下一个元件转动；容纳至少一部分该系列元件(414)的机壳(400)，该系列的一个端部自由地伸出该机壳(400)的出口(404)之外，该各元件(414)被引导沿着一非直线路径到达该出口(404)；相对于该机壳(400)驱动该系列元件(414)以改变伸出该出口(404)之外的各元件(414)的总长度的驱动装置(438)；以及，保持装置(426)，用于保持该各伸出元件(414)在基本刚性的柱(440)中成直线对齐，其特征在于，所述各元件(414)是中空的，并且该驱动装置包括至少一个齿轮(438)，当所述各元件穿过所述机壳(400)时，该齿轮(438)位于该各元件(414)的内侧，并且，该齿轮(438)与所述各元件的内侧表面(436)驱动地啮合，该各元件在一个侧边具有一开口(456)，该开口允许该齿轮(438)的支承装置(412)通过。
2、如权利要求1的致动器，其特征在于，所述保持装置包括：挠性的基本非弹性的齿形带(426)，该齿形带在该各元件(414)转动而进入与该柱(440)对齐时，被带入逐渐与该各元件(414)正啮合。
3、如权利要求2的致动器，其特征在于，沿着该系列元件的一个边沿，所述各元件(414)的每个元件可转动地连接于下一个元件，该齿形带(426)沿相对的边沿被带入与所述各元件(414)啮合。
4、如权利要求1的致动器，其特征在于，每个元件(414)具有一带螺旋螺纹的孔(436)，当该元件在直线地对齐的柱(440)中时，该螺纹孔的轴线与该柱(440)中其它的这种孔(436)共轴，以构成沿该柱(440)的连续的螺旋螺纹，并且，其中该齿轮包括配置在驱动轴(442)自由端处的蜗杆副(438)，该驱动轴(442)的转动轴线与该柱(440)中的该各孔(436)的轴线共轴，该蜗杆副(438)在任何一个时刻与该柱(440)中的至少一个元件(414)相啮合，以根据该蜗杆副(438)的转动方向使得该蜗杆副(438)的转动增大或减小该柱(440)的长度，每个元件(414)具有用作该驱动轴(442)通路的一侧开口(456)，以便通过相对于下一个元件(414)的转动而允许每个元件(414)进入或离开该柱(440)。
5、如前述任何一个权利要求所述的致动器，其特征在于，该系列元件(414)通过一输入导向件(406)而进入该机壳(400)，该输入导向件可相对于该机壳(400)转过一定范围的角度，该范围的角度是该导向件相对该直线地对齐的柱(440)的角度。
6、如权利要求5的致动器，其特征在于，当所述保持装置包括挠性的基本非弹性的齿形带(426)，并且该齿形带在该各元件(414)转动而进入与该柱(440)对齐时被带入逐渐与该各元件(414)正啮合的情况下，该各元件(414)在该输入导向件(406)中与该齿形带(426)相啮合，由此，该各元件(414)在进入该导向件(406)之前保持直线地对齐。
7、如权利要求1至4中任何一项所述的致动器，其特征在于，该致动器还包括一链轮(470)，该链轮与该各元件(414)啮合并引导它们。
8、一种用于移动载荷的装置，包括：底部部分；和载荷承受部分；以及用于移动该载荷承受部分的装置；其特征在于，该用于移动该载荷承受部分的装置包括根据任何前述权利要求所述的致动器。
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