CN217808534U - 一种摆臂式升降机构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及升降机械装备技术领域，尤其是涉及一种摆臂式升降机构，其技术方案要点是：包括底座、第一摆杆组件，以及用于驱动第一摆杆组件摆动的驱动件，第一摆杆组件包括第一法兰、第一摆臂和第一拉杆，第一摆臂和第一拉杆的一端分别与第一法兰铰接，另一端与底座铰接；第一摆臂与底座之间的铰接点、第一拉杆与底座之间的铰接点、第一摆臂与第一法兰之间的铰接点以及第一拉杆与第一法兰之间的铰接点的连线构成平行四边形结构；达到了减少升降机构在竖直方向对空间的占用并节约安装成本的目的。

Description

一种摆臂式升降机构

技术领域

本申请涉及升降机械装备技术领域，尤其是涉及一种摆臂式升降机构。

背景技术

升降机构被广泛应用在机器人、工业、服务行业等多个领域，其能够进行升降或摆放物件等一系列相关操作，大大提高了升降行程的准确性并降低了人工成本，推动了各领域无人化及智能化的发展。

相关技术中记载的升降机械领域，大多直接采用丝杠螺母机构或同步带传送机构，将待升降物件（后文简称物件）放置在螺母或同步带的传送带上，利用螺母或传送带的直线运动特性实现物件的升降传送；但上述方式存在的问题在于：物件所需要升降的高度取决于丝杠的高度或传送带的高度，这就导致升降机构的总高度无法随着物件的实时高度产生变化，在竖直方向上的空间占用较大；而虽然钢丝卷扬的方式能够较好的解决上述问题，但卷扬机需要安装在物件所需升降高度的最顶部，这样卷扬机的安装势必需要额外搭建龙门架或吊装架等，卷扬机的安装较为复杂且成本较高。

发明内容

为了减少升降机构在竖直方向对空间的占用并节约安装成本，本申请提供一种摆臂式升降机构。

本申请提供的一种摆臂式升降机构采用如下的技术方案：

一种摆臂式升降机构，包括底座、第一摆杆组件，以及用于驱动第一摆杆组件摆动的驱动件，第一摆杆组件包括第一法兰、第一摆臂和第一拉杆，第一摆臂和第一拉杆的一端分别与第一法兰铰接，另一端与底座铰接；第一摆臂与底座之间的铰接点、第一拉杆与底座之间的铰接点、第一摆臂与第一法兰之间的铰接点以及第一拉杆与第一法兰之间的铰接点的连线构成平行四边形结构。

通过采用上述技术方案，利用平行四边形相对的两条边平行且相等的特性，在底座上的两个铰接点位置固定的情况下，第一法兰上的两个铰接点的位置将在第一法兰上随之固定，在第一摆臂摆动的过程中，第一摆臂将带动第一法兰围绕底座上相应铰接点摆动，而不会产生倾斜或自转，将物件直接或间接放置在第一法兰上即可实现物件平稳地升降；整个升降机构的总高度能够随着物件所需的升降高度变化而变化，进而减少升降机构在竖直方向对空间的占用，此外不需要额外搭建龙门架或吊装架等，进而节约了升降机构的安装成本。

优选的，还包括设置在第一摆杆组件上方的第二摆杆组件，第二摆杆组件包括与第一法兰相铰接的第二摆臂和第二拉杆，第一摆臂与第二摆臂之间设置有用于传递转矩的传动单元；第二摆臂远离第一法兰的一端铰接有连接件，连接件与第二拉杆相铰接，第二摆臂与第一法兰之间的铰接点、第二拉杆与第一法兰之间的铰接点、第二摆臂与连接件之间的铰接点以及第二拉杆与连接件之间的铰接点四点构成平行四边形结构。

通过采用上述技术方案，进一步增加了物件的可抬升高度，且能够有效减少或消除物件在升降过程中于水平方向上的位移分量，使得物件能够在起始点与终点之间直线移动。

优选的，驱动件采用步进电机，摆臂式升降机构还包括相互配合以控制步进电机的控制器和驱动器，在驱动器的作用下步进电机的输出轴具有自锁功能。

通过采用上述技术方案，由于步进电机具有通电自锁能力，因此物件升降至期望高度后，步进电机的输出轴能够使第一摆臂维持与水平面之间的夹角，进而使得平举架维持在此时自身所在高度位置处而不会下坠。

优选的，传动单元包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮铰接于第一摆臂与第一法兰之间的铰接点，从动齿轮铰接于第二摆臂与第一法兰之间的铰接点。

通过采用上述技术方案，进而实现第一摆臂与第二摆臂之间的转矩传递，即第一摆臂与第二摆臂的同步转动。

优选的，传动单元的传动比为1，第一摆臂两端铰接点的连线长度等于第二摆臂两端铰接点的连线长度。

通过采用上述技术方案，平举架的移动方向即为第一摆臂与底座之间的铰接点和第二摆臂与连接件之间的铰接点的连线方向。

优选的，第一摆臂与底座之间的铰接点和第二摆臂与连接件之间的铰接点的连线竖直设置。

通过采用上述技术方案，使得平举架的移动轨迹为竖直方向，进而便于实现物件的直升和直降。

优选的，连接件采用平举架，平举架具有水平设置的置物平面。

通过采用上述技术方案，物件放置在置物平面上以使物件的升降更加平稳。

优选的，第一法兰包括两个相互固定的法兰板，第一摆臂、第一拉杆、第二摆臂以及第二拉杆均延伸至两个法兰板之间。

优选的，法兰板包括一体成型的板体、供第一摆臂和第一拉杆连接的下拐板，以及供第二摆臂和第二拉杆连接的上拐板，板体位于上拐板与下刮板之间，上拐板自下而上逐渐远离第二摆臂，下拐板自上而下逐渐远离第一摆臂。

通过采用上述技术方案，减少第一拉杆与第一法兰之间的铰接轴对于第一摆臂转动范围的干涉，并减少第二拉杆与第一法兰之间的铰接轴对于第二摆臂转动范围的干涉，增大了第一摆臂以及第二摆臂摆动的角度范围，进而增大了物件的可升降高度范围。

优选的，第二摆杆组件沿竖直方向设置有多个且依次首尾相连，上下相邻的两个第二摆杆组件之间的连接方式同于第一摆杆组件与位于最下方的第二摆杆组件之间的连接方式。

通过采用上述技术方案，进一步增加了物件的可抬升高度。

综上所述，本申请具有以下技术效果：

1.通过设置了第一摆杆组件，整个升降机构的总高度能够随着物件所需的升降高度变化而变化，进而减少升降机构在竖直方向对空间的占用，此外不需要额外搭建龙门架或吊装架等，进而节约了升降机构的安装成本；

2.通过设置了第二摆杆组件，进一步增加了物件的可抬升高度，且能够有效减少或消除物件在升降过程中于水平方向上的位移分量，使得物件能够在起始点与终点之间直线移动；

3.通过设置了传动比为1的传动单元，且第一摆臂两端铰接点的连线长度等于第二摆臂两端铰接点的连线长度，使得平举架的移动轨迹能够实现竖向延伸，进而便于实现物件的直升和直降。

附图说明

图1是实施例一中的摆臂式升降机构的平面结构示意图；

图2是实施例一中的摆臂式升降机构的机构简图，虚线部分为第一摆臂转动一个角度后第一摆臂与第一拉杆之间的几何关系；

图3是实施例一中另一种形式的摆臂式升降机构的平面结构示意图；

图4是实施例一中的设置于底座上的相关部件的立体结构示意图；

图5是实施例二中的摆臂式升降机构的平面结构示意图；

图6是实施例二中的摆臂式升降机构的立体结构示意图；

图7是实施例二中的第一法兰处的爆炸结构示意图；

图8是实施例二中的摆臂式升降机构的机构简图；

图9是实施例二中的第一摆臂与第二摆臂之间的几何结构示意图，图中的空心箭头为第一摆臂的摆动方向，实心箭头为平举架的平移方向，虚线部分为第一摆臂转动一个角度后第一摆臂与第二摆臂之间的几何关系；

图10是实施例三中的摆臂式升降机构的平面结构示意图。

图中，1、底座；2、第一摆杆组件；21、第一法兰；211、法兰板；2111、板体；2112、下拐板；2113、上拐板；22、第一摆臂；23、第一拉杆；3、第二摆杆组件；31、第二摆臂；32、第二拉杆；33、第二法兰；4、步进电机；5、控制器；6、驱动器；7、平举架；8、置物平面；9、传动单元；91、主动齿轮；92、从动齿轮。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”等为基于附图所示的相对关系，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工艺或模块必须具有特定的方位、状态和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

参照图1和图2，本申请提供了一种摆臂式升降机构，包括底座1以及设置在底座1上的第一摆杆组件2，第一摆杆组件2包括与底座1相铰接的第一摆臂22和第一拉杆23，第一摆臂22与第一拉杆23相互平行，第一摆臂22沿着从靠近到远离底座1的方向向上倾斜；第一摆臂22的上端铰接有第一法兰21，第一拉杆23的上端与第一法兰21相铰接；现设第一摆臂22与底座1之间的较接点为点A，第一拉杆23与底座1之间的铰接点为点B，第一摆臂22与第一法兰21之间的铰接点为点D，第一拉杆23与第一法兰21之间的铰接点为点C，在本申请中线段AB平行于线段CD且二者长度相等，线段AD的长度等于线段BC的长度，这样第一摆臂22与底座1之间的铰接点、第一拉杆23与底座1之间的铰接点、第一拉杆23与第一法兰21之间的铰接点，以及第一摆臂22与第一法兰21之间的铰接点四点顺序连线并共同构成平行四边形ABCD。

底座1上设置有用于驱动第一摆臂22围绕第一摆臂22与底座1之间的铰接点即点A定轴转动的驱动件，在本实施例中驱动件采用电机，电机的本体固定在底座1上，电机的输出轴与底座1之间转动连接并与第一摆臂22固定连接；在其它实施例中驱动件也可采用液压马达、气动马达等，以能够实现驱动第一摆臂22围绕点A转动为准。

参照图3，第一法兰21上安装固定用于放置物件的平举架7，当然也可将平举架7直接代替第一法兰21设置，即不设置第一法兰21并使第一摆臂22与第一拉杆23均与平举架7相铰接；平举架7上具有一个可供物件平稳放置的置物平面8，置物平面8上还可设置有用于带动物件在置物平面8上旋转的转动平台（图中未示出）。

参照图1和图2，由于点A和点B的位置均固定在底座1上，因此线段AB的长度以及线段AB与水平面之间的夹角均为定值；当电机驱动第一摆臂22围绕点A定轴转动时，第一摆臂22带动第一法兰21围绕A点摆动且第一拉杆23将围绕点B摆动，又由于平行四边形ABCD的两条对边即线段AB与线段CD时刻平行，且点C和点D的位置均固定在第一法兰21上，因此线段CD与水平面之间的夹角为定值，平举架7也将仅随第一法兰21围绕点A摆动而不会使置物平面8产生倾斜；整个升降机构的总高度能够随着物件所需的升降高度变化而变化，进而减少升降机构在竖直方向对空间的占用，此外不需要额外搭建龙门架或吊装架等，进而节约了升降机构的安装成本。

需要说明的是，上述过程中存在平行西边形ABCD四个角即角A、角B、角C和角D所对应角度的变化。

参照图4，进一步的，电机采用步进电机4，底座1上设置有用于配套控制步进电机4的控制器5和驱动器6；在驱动器6与控制器5的作用下步进电机4具有通电自锁能力，因此物件升降至期望高度后，步进电机4的输出轴能够使第一摆臂22维持与水平面之间的夹角，进而使得平举架7维持在此时自身所在高度位置处而不会下坠；其中，控制器5与驱动器6的设置以使步进电机4具有通电自锁能力为本领域的成熟技术，这里不再赘述。

实施例二：

参照图5，在本实施例中，第一摆杆组件2上方还设置有一个第二摆杆组件3，第二摆杆组件3包括与第一法兰21相铰接的第二摆臂31和第二拉杆32，第二摆臂31和第二拉杆32相互平行，第二摆臂31沿着从靠近到远离法兰的方向向底座1的正上方倾斜；第二摆臂31的上端铰接有一个连接件，连接件可以是平举架7、法兰等，以能够实现与第二摆臂31建立铰接关系为准，在本实施例中该连接件为平举架7，第二拉杆32与平举架7相互铰接。

再结合图6，现设第二摆臂31与第一法兰21之间的铰接点为点E，第二拉杆32与第一法兰21之间的铰接点为点F，第二摆臂31与平举架7之间的铰接点为点H，第二拉杆32与平举架7之间的铰接点为点G，在本申请中线段EH的长度等于线段FG的长度且线段EH平行于线段GH，这样第二摆臂31与第一法兰21之间的铰接点、第二拉杆32与第一法兰21之间的铰接点、第二摆臂31与平举架7之间的铰接点，以及第二拉杆32与平举架7之间的铰接点四点共同形成平行四边形EFGH。

参照图5和图6，进一步的，第一拉杆23与第二拉杆32分别设置在第一摆臂22与第二摆臂31相互背离的一侧；第一摆臂22与第一拉杆23之间设置有用于将第一摆臂22的转矩传递至第一拉杆23上的传动单元9，传动单元9可采取齿轮组、同步带组或链轮组等，以齿轮组为例：第一摆臂22与第一法兰21之间的铰接点处铰接有一个主动齿轮91，第二摆臂31与第一法兰21之间的铰接点处铰接有一个与主动齿轮91相啮合的从动齿轮92，主动齿轮91与从动齿轮92而对传动比为1，主动齿轮91与第一摆臂22相互固定或一体成型，从动齿轮92与第二摆臂31相互固定或一体成型，再结合图7，在本实施例中主动齿轮91一体成型在第一摆臂22上，从动齿轮92一体成型在第二摆臂31上。

在主动齿轮91与从动齿轮92的作用下，第二摆臂31和第二拉杆32能够在第一法兰21上分别围绕点E和点F摆动。再以同步带组为例，可将主动带轮铰接于第一摆臂22与第一法兰21之间的铰接点处，从动带轮铰接于第二摆臂31与第一法兰21之间的铰接点处，主动带轮与从动带轮之间张紧有同步带，主动带轮与第一摆臂22相互固接，从动带轮与第二摆臂31相互固接；链轮组等与上述方式类似，这里不再赘述。

参照图8，由于点C、点D、点E和点F均设置在第一法兰21上且位置无法移动，因此线段CD与线段EF之间的夹角时刻相等，又由于线段AB时刻平行于线段CD、AB与水平线之间的夹角无法发生变化且线段GH时刻平行于线段EF，因此线段EF与水平面之间的夹角为定值，即在电机运行的过程中平举架7不会产生转动，置物平面8时刻能够保持水平状态且仅产生高度的变化，整个升降机构的总高度能够随着物件所需的升降高度变化而变化，进而减少升降机构在竖直方向对空间的占用并节约安装成本。

此外在实施例一中，物件在竖直方向上的升降将伴随着水平方向上的移动分量，物件的实际行程较远；但在本实施例中，第一摆臂22与底座1之间的铰接点和第一摆臂22与第一法兰21之间的铰接点的连线AD长度，等于第二摆臂31与第一法兰21之间的铰接点和第二摆臂31与平举架7之间的铰接点的连线EH长度，这样平举架7在移动的过程中将沿直线AH方向平移，因此若希望平举架7能够带动物件仅竖向升降而不产生水平位移时，仅需要将第二摆臂31与平举架7之间的铰接点即点H设置于第一摆臂22与底座1之间的铰接点即点A的正上方，即法兰与第二摆臂31之间的铰接点和法兰与第二摆臂31之间的铰接点的连线DE竖直设置，此时直线AH的方向即为竖直方向。

上述理由如下：参照图8和图9，同时延长线段HE和线段AD并使二者相交于点K，则三角形KAH为等腰三角形，三角形KAH的高KM垂直于线段AH且线段KM为角HKA的角平分线，在主动齿轮91与从动齿轮92的同步传动作用下角AKM的变化量等于角MKH的变化量，因此角AKM时刻等于角MKH；由于线段AB与线段CD时刻平行，因此第一法兰21在电机运转的过程中也不会发生自转，即线段ED不会发生转动，又由于线段AD等于线段EH，因此线段AH将时刻平行于线段DE，即平举架7时刻在直线AH上移动；若希望平举架7能够带动物件仅竖向升降而不产生水平位移时，使直线AH竖直设置即点A位于点H的正上方即可。

参照图7，第一法兰21包括两个相互平行且竖直设置的法兰板211，两个法兰板211之间存在距离，第一摆臂22、第一拉杆23、第二摆臂31以及第二拉杆32均向两个法兰板211之间延伸，主动齿轮91以及从动齿轮92均设置在两个法兰板211之间；两个法兰板211之间通过双头螺杆和螺母配合以防止两个法兰板211相互分离。

且，为了减小双头螺杆以及第一拉杆23与第一法兰21之间的铰接轴对于第一摆臂22摆动范围的限制，法兰板211包括相互一体成型的板体2111和下拐板2112，下拐板2112位于板体2111的下方，且下拐板2112自上而下向逐渐远离第一摆臂22的方向倾斜延伸，第一摆臂22与法兰板211之间的铰接点与第一拉杆23与法兰板211之间的铰接点沿下拐板2112的倾斜方向分布；同理地，板体2111上还成型有位于板体2111上方的上拐板2113，上拐板2113自下而上逐渐远离第二摆臂31。

其中第一摆臂22的形状与第一拉杆23的形状可以相同也可以不同，当第一摆臂22的形状与第一拉杆23的形状不同时，二者的位置也可进行互换；同样地，第二摆臂31与第二拉杆32的形状可以相同也可以不同，当第二摆臂31的形状与第二拉杆32的形状不同时，二者的位置也可进行互换；本实施例仅为上述位置关系的一种示例，不对其做绝对性限制。

实施例三：

参照图10，本实施例与实施例二的区别在于，第二摆杆组件3在第一摆杆组件2上方设置有多个，且多个第二摆杆组件3之间在竖直方向依次分布且依次首尾相连；本实施例将以第二摆杆组件3设置有三个为例进行说明。

上下相邻的两个第二摆杆组件3之间的连接方式同于第一摆杆组件2与位于最下方的第二摆杆组件3之间的连接方式；进一步解释为，位于最下方的第二摆杆组件3中的第二摆臂31和第二拉杆32所铰接的连接件为第二法兰33，上下相邻的两个第二摆杆组件3共用同一第二法兰33；具体的，与此第二摆杆组件3上下相邻的第二摆杆组件3中的第二摆臂31和第二拉杆32同样与此第二法兰33相铰接。

且此上下相邻的两个第二摆臂31之间同样设置有相互啮合的主动齿轮91和从动齿轮92，其中主动齿轮91铰接于位于下方的第二摆臂31与第二法兰33之间的铰接点处，从动齿轮92则铰接于位于上方的第二摆臂31与第二法兰33之间的铰接点处，主动齿轮91与位于下方的第二摆臂31一体成型，从动齿轮92与位于上方的第二摆臂31一体成型，进而实现上下相邻两个第二摆杆组件3之间的动力传递。

位于最上方的第二摆杆组件3中的第二摆臂31上铰接有平举架7，平举架7同时与该第二摆杆组件3中的第二拉杆32相铰接，平举架7的运动轨迹和运动状态与实施例二中类似，这里不再赘述。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种摆臂式升降机构，其特征在于：包括底座(1)、第一摆杆组件(2)，以及用于驱动第一摆杆组件(2)摆动的驱动件，第一摆杆组件(2)包括第一法兰(21)、第一摆臂(22)和第一拉杆(23)，第一摆臂(22)和第一拉杆(23)的一端分别与第一法兰(21)铰接，另一端与底座(1)铰接；第一摆臂(22)与底座(1)之间的铰接点、第一拉杆(23)与底座(1)之间的铰接点、第一拉杆(23)与第一法兰(21)之间的铰接点以及第一摆臂(22)与第一法兰(21)之间的铰接点的连线构成平行四边形结构。

2.根据权利要求1所述的摆臂式升降机构，其特征在于：摆臂式升降机构还包括与第一摆杆组件(2)连接的第二摆杆组件(3)，第二摆杆组件(3) 包括分别与第一法兰(21)铰接的第二摆臂(31)和第二拉杆(32)，第一摆臂(22)与第二摆臂(31)之间设置有用于传递转矩的传动单元(9)；第二摆臂(31)远离第一法兰(21)的一端铰接有连接件，所述连接件与第二拉杆(32)相铰接，第二摆臂(31)与第一法兰(21)之间的铰接点、第二拉杆(32)与第一法兰(21)之间的铰接点、第二拉杆(32)与所述连接件之间的铰接点以及第二摆臂(31)与所述连接件之间的铰接点的连线构成平行四边形结构。

3.根据权利要求1所述的摆臂式升降机构，其特征在于：驱动件采用步进电机(4)，摆臂式升降机构还包括相互配合以控制步进电机(4)的控制器(5)和驱动器(6)，在驱动器(6)的作用下步进电机(4)的输出轴具有自锁功能。

4.根据权利要求2所述的摆臂式升降机构，其特征在于：传动单元(9)包括相互啮合的主动齿轮(91)和从动齿轮(92)，主动齿轮(91)铰接于第一摆臂(22)与第一法兰(21)之间的铰接点，从动齿轮(92)铰接于第二摆臂(31)与第一法兰(21)之间的铰接点，主动齿轮(91)与第一摆臂(22)相互固定或一体成型，从动齿轮(92)与第二摆臂(31) 相互固定或一体成型。

5.根据权利要求2或4所述的摆臂式升降机构，其特征在于：传动单元(9)的传动比为1，第一摆臂(22)两端铰接点的连线长度等于第二摆臂(31)两端铰接点的连线长度。

6.根据权利要求5所述的摆臂式升降机构，其特征在于：第一摆臂(22)与底座(1)之间的铰接点和第二摆臂(31)与所述连接件之间的铰接点的连线竖直设置。

7.根据权利要求2所述的摆臂式升降机构，其特征在于：所述连接件采用平举架(7)，平举架(7)具有水平设置的置物平面(8)。

8.根据权利要求2所述的摆臂式升降机构，其特征在于：第一法兰(21)包括两个相互固定的法兰板(211)，第一摆臂(22)、第一拉杆(23)、第二摆臂(31)以及第二拉杆(32)均延伸至两个法兰板(211)之间。

9.根据权利要求8所述的摆臂式升降机构，其特征在于：法兰板(211)包括一体成型的板体(2111)、供第一摆臂(22)和第一拉杆(23)连接的下拐板(2112)，以及供第二摆臂(31)和第二拉杆(32)连接的上拐板(2113)，板体(2111)位于上拐板(2113)与下刮板之间，上拐板(2113)自下而上逐渐远离第二摆臂(31)，下拐板(2112)自上而下逐渐远离第一摆臂(22)。

10.根据权利要求2所述的摆臂式升降机构，其特征在于：第二摆杆组件(3)沿竖直方向设置有多个且依次首尾相连，上下相邻的两个第二摆杆组件(3)之间的连接方式同于第一摆杆组件(2)与位于最下方的第二摆杆组件(3)之间的连接方式。

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