CN1765596A

CN1765596A - 铰接臂

Info

Publication number: CN1765596A
Application number: CN 200510114150
Authority: CN
Inventors: 斋藤保
Original assignee: Pegasus Sewing Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Pegasus Co Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2006-05-03

Abstract

本发明包括通过球铰接头4而相互柔性连接的第一臂件2和第二臂件3。压缩螺旋弹簧8插入从布置在第一臂件2中的多个通孔5至布置在第二臂件3中的多个保持孔的空间中。支撑轴10插入压缩螺旋弹簧8的后端部之后的通孔5中且可在其中向前和向后自由运动。某一支撑轴10在致动器或类似物的作用下向前运动以推动压缩螺旋弹簧8，其他支撑轴10同时向后运动。这样，通过球铰接头4可将第二臂件3移动至一特定位置。通过支撑轴10和压缩螺旋弹簧8的推动力之间的平衡在所述特定位置处保持第二臂件3的止动状态。

Description

铰接臂

技术领域

本发明涉及一种铰接臂。

背景技术

例如，附图10中显示了用于操作装置的这种铰接臂(例如参见日本专利公开文献H7-80145)。图10所示铰接臂包括由支撑在第一臂件21和第二臂件22之间的整体式三部件构成的弹性收缩件(致动器)23，第一臂件21和第二臂件22通过球铰接头20连接在一起。球铰接头20包括具有半球形凹槽的球窝20a和在该球窝中自由滚动且装配于其中的球20b。在从图中未显示的压力供应源向弹性收缩件23供应压力流体时，该弹性收缩件23在径向中膨胀且产生变形，从而在纵向中收缩。每个弹性收缩件23的一端均结合到第一臂件21上，而其另一端结合到第二臂件22上。为实现它们的结合，每个弹性收缩件23的一端通过金属丝25a结合到固接于第一臂件21上的安装件24上，弹性收缩件23的另一端通过金属丝25b结合到第二臂件22上。供应至或排放入弹性收缩件23内的压力流体对每条金属丝25b施加张力，第二臂件22借助于球铰接头20朝第一臂件21运动。当第二臂件22移动至一特定的位置时，由压力流体供应和排放装置26对球窝20a的内侧和球20b之间的间隙施加负压，第二臂件22则停止且保持在该位置处。

因此，在常用的铰接臂中，通过平衡所有多根金属丝25b的张力来实现将第二臂件22保持在特定的位置处，但是，当第二臂件22无法预料地冲击到物体(障碍物)上时，这种冲击会对弹性收缩件23或所述物体造成损坏或破坏。

另外，为将压力流体供应或排放到弹性收缩件(致动器)23中，则需要一种压力流体供应和排放装置。此外，在第二臂件22朝着第一臂件21移动之后为将其停止且保持在特定位置，则需要一个压力流体供应和排放装置26来对球窝20a的内侧和球20b之间的间隙施加负压力，这样就使整体构造有些复杂化。

发明内容

设计本发明是为解决上述这些问题，因此，本发明的一个目的是提供一种结构简单的铰接臂，该铰接臂通过布置弹性元件来吸收或减小第一臂件和第二臂件之间冲击而可消除对物体的损坏，该铰接臂具有通过铰接头而相互柔性连接的第一臂件和第二臂件。

本发明包括通过铰接头相互柔性连接的第一臂件和第二臂件。第一臂件具有多个纵向通孔。在与第一臂件相对的第二臂件的一端处布置有面向所述通孔的多个保持孔。多个弹性元件的前端侧插入保持孔中且其后端侧插入所述通孔中。多个支撑轴可向前或向后自由移动地插在所述通孔中且处于弹性元件的后端部的后面。

本发明的一个主要特征在于：多个支撑轴中的某一支撑轴朝着第二臂件的方向向前推动弹性元件，其他支撑轴相应于由前进的弹性元件推动的第二臂件且通过铰接头的折曲而向后运动，从而使弹性元件向后运动。

优选的情况为，在本发明的铰接臂中，所述多个通孔根据铰接头的位置同心布置。弹性元件可以是由外螺旋弹簧和布置在外螺旋弹簧内的内螺旋弹簧构成的组合螺旋弹簧。

所述铰接臂还可具有致动器以用于向前或向后移动支撑轴。每个致动器包括：可正常和反向转动的驱动马达；固定在驱动马达的马达轴上的螺纹轴；与所述螺纹轴相配合的螺母。该螺母以旋转止动状态布置在支撑轴的后端部之后，这样，支撑轴可随着螺母在螺纹轴旋转驱动下的向前或向后运动而向前或向后移动。此外，在铰接臂中，插在通孔中的支撑轴应可同时一起向前或向后运动。

具有这种构造的铰接臂通过向前或向后移动支撑轴来移动弹性元件，第二臂件就可围绕铰接头相对于第一臂件折曲。当第二臂件折曲至一特定位置时，通过各个支撑轴的位置与弹性元件的推动力之间的平衡而将第二臂件止动并保持在该位置处。也就是说，通过各个支撑轴的位置和弹性元件的推动力则可在第二臂件的铰接头上控制三维位置或两维位置。

此时，如果第二臂件冲击到一个物体，该冲击则可由弹性元件的弹性吸收或消弱，从而可阻止物体的损坏或破坏。

通过将由外螺旋弹簧和内螺旋弹簧构成的组合螺旋弹簧用作为弹性元件，该弹性元件可以规定的弹性系数进行平顺偏转，这样则可将第二臂件平顺且安全地移动至一特定位置。

在以规定的程度同时向前移动全部支撑轴且压缩全部弹性元件时，则可减小冲击到物体上的第二臂件冲击的吸收衰减。相反，在所有支撑轴同时向前或向后移动规定的程度且全部弹性元件膨胀时，则可增大冲击到物体上的第二臂件冲击的吸收衰减。这样则可更安全地阻止物体的损坏。

利用驱动马达、螺纹轴和螺母而使致动器向前或向后移动各个支撑轴。在通过驱动马达的驱动而将第二臂件折曲之后并停止驱动马达的运动时，则在第二臂件的规定方向中以特定的角度保持折曲状态。因此，与常用的致动器23(参见图10中的铰接臂)相比，本发明的结构较为简单，常用的致动器23需要压力流体供应和排放装置以将压力流体供应并排放到弹性收缩件23中，在将第二臂件22从第一臂件21移动至所述特定位置之后，压力流体供应和排放装置26用于将第二臂件22停止并保持在特定位置处。

附图说明

图1所示为根据本发明一个实施例的铰接臂的半剖视图；

图2所示为铰接臂的运动解释图；

图3所示为铰接臂的球铰接头的侧面示意图；

图4所示为铰接臂的第二臂件的正视图；

图5所示为沿图1中的A-A线所作的剖视图；

图6所示为沿图1中的B-B线所作的剖视图；

图7所示为图1中的铰接臂在布置有致动器状态下的概略透视图；

图8所示为沿图7中的C-C线所作的剖视图；

图9所示为铰接臂中的致动器与支撑轴之间结合的剖视图；

图10所示为常用铰接臂的示意性框图。

具体实施方式

下面将参考附图而对本发明的一个优选实施例进行描述。在图1至图6中，铰接臂1具有第一臂件2和第二臂件3。第一臂件和第二臂件通过布置在臂件2和3相对端中部之间的球铰接头4相互柔性连接。球铰接头4具有球形的滑动支撑部，该滑动支撑部由连接在第一臂件2的凸出部2a上的两个分开的外环2b、2b及组装在第二臂件3的柱件3a中的球形内环3b构成。两个分开的外环2b、2b通过螺栓2c、2c布置在如图3所示的两个端部中。

第一臂件2具有沿着第一臂件2的纵向平行穿透的多个(实施例中为6个)通孔5。通孔5基于球铰接头4的位置而等间隔同心布置。

在第二臂件3的与第一臂件2相对的端面上布置有多个(该实施例中显示了6个)保持孔6。保持孔6与相应的通孔5相对布置且与通孔5直径相同。所述多个保持孔6在第二臂件3的纵向中为盲孔。在保持孔6前端侧的盲孔壁中形成有螺纹孔13，螺栓7旋拧在这些螺纹孔13中。

弹性元件8例如压缩螺旋弹簧插在从第一臂件2的通孔5至第二臂件3的保持孔6的空间中。弹性元件8如压缩螺旋弹簧是由外螺旋弹簧8a和内螺旋弹簧8b构成的组合螺旋弹簧。外螺旋弹簧8a的直径与通孔5和保持孔6的内径接近相同。内螺旋弹簧8b同心布置在外螺旋弹簧8a中且其外径小于外螺旋弹簧8a的内径。内螺旋弹簧8b的簧丝直径和节距大于外螺旋弹簧8a的簧丝直径和节距，且其弹性系数大于外螺旋弹簧8a的弹性系数。弹性元件8的前端侧插入保持孔6中，而弹性元件8的后端侧插入通孔5中。

在处于第一臂件2的每个通孔5中的弹性元件8后端部的后面插有可向前或向后移动的支撑轴10，支撑轴10的前端抵靠在弹性元件8的后端部上。在支撑轴10的前端与弹性元件8的后端相接触的情况下，弹性元件8的前端部在保持孔的前端侧处抵靠在螺栓7的导引端上。在布置于支撑轴10后端侧处的致动器14(参见图7-9)受到来自控制单元(图中未显示)的信号驱动时，则将支撑轴10在通孔5中向前或向后移动。通过支撑轴10的向前或向后移动则可将弹性元件8压向第二臂件3的方向。

图7-9显示了用于解释致动器14的一个具体实施例。致动器14包括：可正常及反向转动的驱动马达15；螺纹轴18例如球螺纹轴；螺母19如球螺纹螺母。螺纹轴18通过管状结合件17与驱动马达15的马达轴16相结合，螺母19与螺纹轴18相结合。支撑轴10的内径大于螺纹轴18的外径，且支撑轴10形成为具有中空部10a的中空形状，中空部10a的后侧开口。螺纹轴18的导引端侧可自由地插入中空部10a中。支撑轴10和螺母19彼此自由地邻接。

致动器14由安装件33支撑。安装件33具有相对布置的一对前后固定盘30、31，所述固定盘30、31通过多个平行的拉杆32整体结合在一起。固定盘30、31的中心部整体结合到螺母锁定杆34上。在前侧固定盘30的螺母锁定杆34的周围布置有用于支撑轴的多个通孔，从第一臂件2的后端面2d向后凸伸的多根支撑轴10分别穿入通孔35中。如图8所示，螺母锁定杆34所形成的多边形截面的侧边34a的数目与支撑轴10的数目相同。

如图7所示，前侧固定盘30整体安装到第一臂件2的后端侧2d上。如图7和图9所示，在后侧固定盘31中，与支撑轴10的数目一样多的驱动马达15通过定位螺栓37固定。各个驱动马达15的马达轴16从布置在固定盘31中的马达轴通孔39凸伸至固定盘31的前侧并通过管状结合件17与各个球螺纹轴18的后端部18b相连。也就是说，马达轴16、螺纹轴18的后端部18b和结合件17分别由螺栓40、41固定，或者，如图9所示，在固定盘31和结合件17之间放置衬垫42，并将驱动马达15的马达轴16插入衬垫42的中央孔中。这样，结合件17与定位螺栓37就不相互干涉。

螺母19布置在从各个支撑轴10的后端部向后凸伸的各个螺纹轴18上。螺母19的一端的外周形成为多边形，如图8所示，螺母的一侧19a与螺母锁定杆34的侧面34a(多边形截面)平坦接触，从而保持停止转动状态。因此，多个螺母19在一个螺母锁定杆34的作用下就不进行转动。

下面对致动器14的驱动进行解释。在马达轴16由驱动马达15的驱动逆时针转动时，结合件17和螺纹轴18在相同的方向中转动，螺母19在箭头X指示的方向中前进。此时，前进的螺母19推动支撑轴10向前运动。

当马达轴16在驱动马达15的作用下顺时针转动时，结合件17和螺纹轴18在相同方向中转动，螺母19在箭头Y指示的方向中回退而为支撑轴10提供回退空间。此时，当第二臂件3通过球铰接头4折曲时，支撑轴10随着折曲侧弹性元件8的回退而向后移动。

下面将对具有这种结构的铰接臂1的运动进行解释。

在图1中，假定上侧支撑轴10在上侧支撑轴10的致动器14的驱动下在箭头X指示的方向中前进以推动弹性元件8，且下侧支撑轴10在其致动器14的驱动下于箭头Y指示的方向中回退以补充与上侧支撑轴10的移动距离相应的空间。这样，如图2所示，第二臂件3就可通过球铰接头4而移动至一特定位置。在移动至该位置时，如图6所示，6根支撑轴10中的三根相邻支撑轴可被向前移动，而其他三根支撑轴10此时适当地向后移动。

在第二臂件3移动至所述特定位置时，支撑轴10的运动停止，通过各个支撑轴10的位置和弹性元件8的推动力之间的平衡则可将第二臂件3止动并保持在该位置处。这样，利用各个支撑轴10的位置和弹性元件8的推动力，则可在自由铰接头的球铰接头4上控制第二臂件3的三维位置。

在第二臂件3意外移动时，如果第二臂件3冲击到一个物体上，这种冲击可由弹性元件8的弹性所吸收或消弱。因此，可减小物体如致动器14或支撑轴10的损坏或破坏。

通过将驱动马达15、螺纹轴18和螺母19用作为致动器14，在利用驱动马达15的驱动而折曲第二臂件3之后，在驱动马达15停止时，将第二臂件3在特定的方向上以规定的角度保持为折曲状态。

在所有支撑轴10在箭头X指示的方向中同时向前移动规定的程度并将所有弹性元件压缩时，则可减小冲击到物体上的第二臂件的冲击吸收衰减(absorption relaxation of impact)。相反，在所有支撑轴10在箭头Y指示的方向中同时向后移动规定的程度且所有弹性元件膨胀时，则可增大冲击到物体上的第二臂件的冲击吸收衰减。这样则可更安全地阻止物体的损坏。同时，如果预先进行支撑轴10的同时向前或向后运动，则可在第二臂件冲击到物体上之前调节铰接臂1的所需冲击衰减。顺便说一下，在同时向前或向后移动支撑轴10时，则不能通过球铰接头4来移动第二臂件3。

当在水平状态下使用第一臂件2和第二臂件3时，第二臂件3可在其重量作用下下沉。在这种情况下，只通过在箭头X指示的方向中向前移动下沉侧支撑轴10来压缩弹性元件8，则可通过克服第二臂件3的自身重量而将其保持为水平状态。

在该实施例中，支撑轴10和螺母19彼此自由且没有整体结合在一起，但是螺母19可整体形成于支撑轴10的后端上。

在铰接头将第一臂件2和第二臂件3连接在一起时，该自由铰接头如可垂直和纵向折曲的球铰接头4被用于控制第二臂件3的三维位置，但并不仅限于此。只可垂直或纵向折曲的肘铰接头也可作为能够将臂件2、3连接在一起的其他铰接头以控制第二臂件3的两维位置。在JIS T 9219或JIS T 9220中描述了所述肘铰接头的基本构造。

Claims

1.一种铰接臂，包括：

通过铰接头而相互柔性连接的第一臂件和第二臂件；

在纵向上布置于第一臂件中的多个通孔；

在第二臂件上面向第一臂件的一端处布置多个保持孔并面向所述通孔；

多个弹性元件，弹性元件的前端侧插入所述保持孔中，而其后端侧插入所述通孔中；以及

多个支撑轴，所述支撑轴可向前向后自由移动地插入弹性元件的后端部后面的所述通孔中，其中，所述多个支撑轴中的某一支撑轴朝第二臂件的方向中向前推动弹性元件，另一支撑轴相应于由前进的弹性元件推动并通过铰接头折曲的第二臂件而向后运动，从而向后移动弹性元件。

2.根据权利要求1所述的铰接臂，其特征在于：所述多个通孔依据铰接头的位置同心布置。

3.根据权利要求1所述的铰接臂，其特征在于：所述弹性元件是由外螺旋弹簧和布置在外螺旋弹簧内的内螺旋弹簧构成的组合螺旋弹簧。

4.根据权利要求2所述的铰接臂，其特征在于：所述弹性元件是由外螺旋弹簧和布置在外螺旋弹簧内的内螺旋弹簧构成的组合螺旋弹簧。

5.根据权利要求1所述的铰接臂，其特征在于：还包括用于向前和向后移动所述支撑轴的致动器。

6.根据权利要求2所述的铰接臂，其特征在于：还包括用于向前和向后移动所述支撑轴的致动器。

7.根据权利要求3所述的铰接臂，其特征在于：还包括用于向前和向后移动所述支撑轴的致动器。

8.根据权利要求4所述的铰接臂，其特征在于：还包括用于向前和向后移动所述支撑轴的致动器。

9.根据权利要求5所述的铰接臂，其特征在于：每个致动器包括可正常和反向转动的驱动马达；固定在驱动马达的马达轴上的螺纹轴；与所述螺纹轴相配合的螺母，该螺母以旋转止动状态布置在支撑轴的后端部之后，这样，支撑轴随着螺母在螺纹轴旋转驱动下的向前或向后运动而向前或向后移动。

10.根据权利要求6所述的铰接臂，其特征在于：每个致动器包括可正常和反向转动的驱动马达；固定在驱动马达的马达轴上的螺纹轴；与所述螺纹轴相配合的螺母，该螺母以旋转止动状态布置在支撑轴的后端部之后，这样，支撑轴随着螺母在螺纹轴旋转驱动下的向前或向后运动而向前或向后移动。

11.根据权利要求7所述的铰接臂，其特征在于：每个致动器包括可正常和反向转动的驱动马达；固定在驱动马达的马达轴上的螺纹轴；与所述螺纹轴相配合的螺母，该螺母以旋转止动状态布置在支撑轴的后端部之后，这样，支撑轴随着螺母在螺纹轴旋转驱动下的向前或向后运动而向前或向后移动。

12.根据权利要求8所述的铰接臂，其特征在于：每个致动器包括可正常和反向转动的驱动马达；固定在驱动马达的马达轴上的螺纹轴；与所述螺纹轴相配合的螺母，该螺母以旋转止动状态布置在支撑轴的后端部之后，这样，支撑轴随着螺母在螺纹轴旋转驱动下的向前或向后运动而向前或向后移动。

13.一种铰接臂，包括：

通过铰接头而相互柔性连接的第一臂件和第二臂件；

在纵向上布置于第一臂件中的多个通孔；

多个弹性元件，弹性元件的前端侧插入所述保持孔中，而其后端侧插入所述通孔中；以及多个支撑轴，所述支撑轴可向前向后自由移动地插入弹性元件的后端部后面的所述通孔中，其中，所述多个支撑轴中的某一支撑轴朝第二臂件的方向中向前推动弹性元件，另一支撑轴相应于由前进的弹性元件推动并通过铰接头折曲的第二臂件而向后运动，从而弹性元件向后移动；该铰接臂还包括插在所述通孔中的多个支撑轴，这多个支撑轴可同时一起向前或向后运动。