DE102020125969A1

DE102020125969A1 - Linearer ausdehnungsmechanismus

Info

Publication number: DE102020125969A1
Application number: DE102020125969.7A
Authority: DE
Inventors: Kousuke Imasaka; Kuniyasu Matsumoto; Wataru AMEMIYA; Moriaki Oonishi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2021-04-29
Also published as: JP2021065969A; CN112692869A; US11279048B2; US20210122066A1; JP7359638B2

Abstract

Ziel ist es, einen linearen Ausdehnungsmechanismus bereitzustellen, der in der Struktur vereinfacht, im Gewicht reduziert und in der Stärke einer Armeinheit verbessert ist und eine sanfte Ausdehnung und Kontraktion der Armeinheit erreichen kann. Ein linearer Ausdehnungsmechanismus 1 gemäß einer Ausführungsform umfasst: eine Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen 21, 22, 23 und 24, die in Reihe miteinander angeordnet sind; einen Blockzug 30, der eine Vielzahl von Blöcken 40 umfasst, die in einer Reihe miteinander gekoppelt sind, wobei ein Block an einem vorderen Ende der Vielzahl von Blöcken mit einem Linearbewegungsmechanismus 21 an einem vorderen Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist; und einen Gehäuseabschnitt 10, der den Blockzug aufnimmt, wobei der Gehäuseabschnitt mit einem Linearbewegungsmechanismus 24 an einem hinteren Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist. Der Gehäuseabschnitt weist ein Paar bogenförmiger Schienen 13 und 14 auf, die es dem Blockzug ermöglichen, sich in einer bogenförmigen Bahn zu bewegen, wobei die bogenförmigen Schienen getrennt auf gegenüberliegenden Seiten des Blockzuges angeordnet sind, und ein Paar Vorsprungkörper 46 und 47, die mit dem Paar bogenförmiger Schienen in Eingriff zu bringen sind, sind auf gegenüberliegenden Seitenflächen jedes der Blöcke vorgesehen.

Description

GEBIET
Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen einen linearen Ausdehnungsmechanismus.
HINTERGRUND
Als linearer Ausdehnungsmechanismus für eine Roboterapparatur ist ein Aufbau bekannt, bei dem ein erster Teilezug („piece train“), der eine Vielzahl von ersten Teilen (flache Platten) umfasst, die durch eine Drehwelle biegsam miteinander gekoppelt sind, und ein zweiter Teilezug, der eine Vielzahl von zweiten Teilen (Blöcke) umfasst, die in ähnlicher Weise biegsam miteinander gekoppelt sind, miteinander verbunden sind, um eine säulenförmige Armeinheit zu bilden, und der erste Teilezug und der zweite Teilezug voneinander getrennt und als biegsame säulenförmige Körper in einer vertikalen Position in einer Strebeneinheit untergebracht sind (Patentliteratur 1).
Der lineare Ausdehnungsmechanismus kann die Armeinheit verlängern, indem die Anzahl der ersten und zweiten Teile erhöht wird, und ist für Anwendungen in begrenzten Räumen nützlich, da die Armeinheit nicht nach hinten vorsteht.
Die Struktur erfordert jedoch zwei Arten von Teilezügen und ist daher kompliziert und zwangsläufig schwer. Darüber hinaus hängt die Festigkeit der Armeinheit von der Stärke der Kopplung zwischen den Teilen und der Stärke der Verbindung zwischen den beiden Arten von Teilezügen ab, so dass der Verbesserung der Festigkeit der Armeinheit Grenzen gesetzt sind.
In Patentliteratur 2 wird eine Struktur offenbart, die einen Satz beweglicher Teile verwendet, um einen linearen Ausdehnungsmechanismus zu schaffen. Die Struktur kann gegebenenfalls vereinfacht und im Gewicht reduziert werden, da die Struktur nur einen Satz beweglicher Teile erfordert. Das Problem der Verbesserung der Festigkeit der Armeinheit bleibt jedoch ungelöst, da die Armeinheit aus dem Satz beweglicher Teile besteht, die durch eine rotierende Welle miteinander gekoppelt sind, und die Festigkeit der Armeinheit daher von der Stärke der Kopplung abhängt. Darüber hinaus ist der Satz beweglicher Teile im Rotationsführungsteil gebogen, der eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist und den Satz beweglicher Teile beherbergt, und kann daher ein reibungsloses Ausdehnen und Zusammenziehen der Armeinheit behindern.
ZITIERLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5435679
Patentliteratur 2: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2015-213974

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Der lineare Ausdehnungsmechanismus muss in seiner Struktur vereinfacht, im Gewicht reduziert und in der Festigkeit der Armeinheit verbessert werden, um ein gleichmäßiges Ausdehnen und Zusammenziehen der Armeinheit zu erreichen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein linearer Ausdehnungsmechanismus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen, die in Reihe zueinander montiert sind; einen Blockzug, der eine Vielzahl von Blöcken umfasst, die in einer Reihe miteinander gekoppelt sind, wobei ein Block an einem führenden Ende der Vielzahl von Blöcken mit einem Linearbewegungsmechanismus an einem führenden Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist; und ein Gehäuseabschnitt, das den Blockzug aufnimmt, wobei das Gehäuseabschnitt mit einem Linearbewegungsmechanismus an einem hinteren Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist. Das Gehäuseabschnitt weist ein Paar bogenförmiger Schienen auf, die es dem Blockzug ermöglichen, sich in einer bogenförmigen Bahn zu bewegen, wobei die bogenförmigen Schienen getrennt auf gegenüberliegenden Seiten des Blockzuges angeordnet sind, und ein Paar Vorsprungskörper, die mit dem Paar bogenförmiger Schienen in Eingriff gebracht werden sollen, sind auf gegenüberliegenden Seitenflächen jedes der Blöcke vorgesehen.
Gemäß diesem Aspekt wird der lineare Ausdehnungsmechanismus im Aufbau vereinfacht, im Gewicht reduziert und in der Festigkeit der Armeinheit verbessert und kann eine reibungslose Ausdehnung und Kontraktion der Armeinheit erreichen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Betrachtung eines linearen Ausdehnungsmechanismus in einem zusammengezogenen Zustand gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht des linearen Ausdehnungsmechanismus in einem ausgedehnten Zustand.
3 ist eine Seitenansicht, die die innere Struktur mit Ausnahme eines Blockzuges des linearen Ausdehnungsmechanismus im zusammengezogenen Zustand zeigt.
4 ist eine Seitenansicht des linearen Ausdehnungsmechanismus in 3, die ein Gehäuse und eine Armeinheit getrennt voneinander zeigt.
5 ist eine Seitenansicht, die den inneren Aufbau des linearen Ausdehnungsmechanismus im zusammengezogenen Zustand zeigt.
6 ist eine Seitenansicht, die den inneren Aufbau des linearen Ausdehnungsmechanismus im ausgedehnten Zustand zeigt.
7 ist eine frontale Perspektivansicht eines Blocks in 5.
8 ist eine hintere perspektivische Ansicht eines Blocks in 5.
9 ist eine Seitenansicht der Blöcke in 5.
10 ist eine Seitenansicht, die ein Paar Schienen zeigt, die zusammen mit den Blöcken in einem Gehäuse vorgesehen sind.
11 ist eine perspektivische Frontansicht des Blocks am hinteren Ende eines Blockzuges in 10.
12 ist eine rückwärtige perspektivische Ansicht des Blocks am hinteren Ende eines Blockzuges in 11.
13 ist eine Seitenansicht der Schienen in 10.
14 ist eine perspektivische Ansicht der Schienen in 10.
15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 13.
16 ist eine Querschnittsansicht, die die Schienen in 15 zusammen mit den Blöcken zeigt.
17 ist eine Seitenansicht, die eine Modifikation der Schienen in 12 zeigt.
18 ist eine Seitenansicht, die eine Modifikation des Blockzuges, der den linearen Ausdehnungsmechanismus in 1 bildet, zusammen mit der Armeinheit im ausgedehnten Zustand zeigt.
19 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B' in 18 aufgenommen wurde.
20 ist eine Draufsicht, die einen linearen Ausdehnungsmechanismus umfasst, der anstelle einer teleskopischen Struktur eine Vielzahl von linearen Ausdehnungsmechanismen umfasst, die kaskadenartig aneinandergereiht sind.
21 ist eine Draufsicht auf den linearen Ausdehnungsmechanismus in 20 im ausgefahrenen Zustand.

AUSFÜHRRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird ein linearer Ausdehnungsmechanismus gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden Komponenten, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen oder Konfigurationen aufweisen, durch die gleichen Referenznummern bezeichnet, und redundante Beschreibungen davon werden nur bei Bedarf vorgenommen. Der lineare Ausdehnungsmechanismus gemäß dieser Ausführungsform kann allein oder als lineares Ausdehnungsgelenk eines Roboterarmmechanismus verwendet werden.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist ein linearer Ausdehnungsmechanismus 1 eine einziehbare Armeinheit 20 auf. Typischerweise umfasst die Armeinheit 20 eine Vielzahl von linearen Bewegungsmechanismen, die in Reihe zueinander montiert sind. In dieser Ausführungsform umfasst die Armeinheit 20 eine Vielzahl von, in dieser Ausführungsform vier, zylindrischen Körpern 21, 22, 23 und 24, die in einer teleskopischen Struktur (eine mehrstufige geschachtelte Struktur) zusammengebaut sind. Die zylindrischen Körper 21, 22, 23 und 24 weisen typischerweise eine kreiszylindrische Form auf, können aber auch eine polygonale zylindrische Form aufweisen.
Die Armeinheit 20 wird von einem Gehäuse 10 gestützt. Typischerweise weist das Gehäuse 10 im Wesentlichen die Form eines kurzen Zylinders auf, von dem etwa ein oberer Quadrant abgeschnitten ist. Wie in 3 und 4 gezeigt, wird der abgeschnittene obere Teil des Gehäuses 10 durch eine Deckelplatte 19 verschlossen. Ein hinteres Ende der Armeinheit 20 oder, mit anderen Worten, ein zylindrischer Körper 24 am hinteren Ende der Armeinheit 20 ist senkrecht an der Deckelplatte 19 an einem Flansch derselben befestigt. Die Deckelplatte 19, an der der zylindrische Körper 24 am hinteren Ende befestigt ist, weist eine darin ausgebildete Öffnung 191 auf. Durch die Öffnung 191 stehen das Innere des Gehäuses 10 und die hohlen Innenräume der zylindrischen Körper 21, 22, 23 und 24 miteinander in Verbindung. Die Öffnung 191 dient als Zugangsloch, durch das ein später beschriebener Blockzug 30 in das Gehäuse 10 eingeführt und herausgezogen wird.
Wie in 5 und 6 dargestellt, wird der Blockzug 30 in den Innenraum eingesetzt, der durch das Innere des Gehäuses 10 und die hohlen Innenräume der miteinander in Verbindung stehenden zylindrischen Körper 21, 22, 23 und 24 gebildet wird. Der Blockzug 30 besteht aus einer Vielzahl von Blöcken 40, die in einer Reihe aneinander gekoppelt sind. Der Block 40 am führenden Ende und des Blockzuges 30 ist durch ein Steckergehäuse 31 mit dem zylindrischen Körper 21 am führenden Ende der Vielzahl der zylindrischen Körper 21, 22, 23 und 24 verbunden. Der Block 40 am führenden Ende ist mit einem Teil des zylindrischen Körpers 21 am führenden Ende verbunden, wo der Blockzug 30, der von einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses 10 geliefert wird, sich linear entlang einer geraden Bahn CL2 (Bewegungsachse CL2) bewegen kann, die parallel zu einer Zylindermittellinie CL1 verläuft. Die oben beschriebene Öffnung 191 wird so positioniert, dass sich die Bewegungsachse CL2 mit der Ebene der Öffnung schneidet.
Der Gehäuseabschnitt des Gehäuses 10 ist im Gehäuse 10 vorgesehen, und der Gehäuseabschnitt beherbergt den Blockzug 30, der sich entlang einer bogenförmigen Trajektorie erstreckt, die um ein Gehäusezentrum Rc zentriert ist. Der Gehäuseabschnitt wird später ausführlich beschrieben. In dem Zustand, in dem die Armeinheit 20 eingefahren ist, ist fast der gesamte Blockzug 30 im Gehäuseteil im Gehäuse 10 untergebracht. Im Gehäuse 10 ist ein Antriebsmechanismus vorgesehen, der einen Abgabe- und einen Einziehvorgang für den Blockzug 30 bewirkt. Der Antriebsmechanismus kann ein beliebiger Mechanismus sein, beispielsweise ein Zahnstangenmechanismus oder ein Kugelgewindetrieb. Selbstverständlich kann der Antriebsmechanismus auch außerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen werden.
Eine grundlegende Ausdehnungs- und Kontraktionsoperation des linearen Ausdehnungsmechanismus 1 ist wie folgt.
Der im Gehäuse 10 untergebrachte Blockzug 30 wird vom Antriebsmechanismus durch die Öffnung 191 in die Armeinheit 20 geführt, und der Block 40 am führenden Ende bewegt sich entlang der Bewegungsachse CL2 vorwärts. Da der Block 40 am vorderen Ende mit dem zylindrischen Körper 21 am vorderen Ende verbunden ist, werden bei der Vorwärtsbewegung des Blocks 40 am vorderen Ende die zylindrischen Körper 21, 22 und 23 nacheinander aus dem zylindrischen Körper 24 am hinteren Ende herausgeschoben, der am Gehäuse 10 befestigt ist. Auf diese Weise dehnt sich die Armeinheit 20 entlang der Zylindermittellinie CL1 nach vorne aus.
Während der Antriebsmechanismus den in der Armeinheit 20 gelieferten Blockzug 30 durch die Öffnung 191 zurück in das Gehäuse 10 zieht, bewegt sich der Block 40 am führenden Ende entlang der Bewegungsachse CL2 nach hinten. Wenn sich der Block 40 am vorderen Ende nach hinten bewegt, wird der zylindrische Körper 21 am vorderen Ende in den hinteren zylindrischen Körper zurückgezogen, der ebenfalls in den hinteren zylindrischen Körper zurückgezogen wird, usw. Auf diese Weise zieht sich die Armeinheit 20 entlang der Zylindermittellinie CL1 nach hinten zusammen.
Wie oben beschrieben, stellt der Blockzug 30 einen Teil eines Aktuators dar, der die Ausdehnung und Kontraktion der Armeinheit 20 bewirkt. Da die Armeinheit 20 aus der Vielzahl von zylindrischen Körpern 21, 22, 23 und 24 besteht, die in einer mehrstufigen geschachtelten Struktur zusammengesetzt sind, und der Aktuator zum Ausdehnen und Zusammenziehen der Armeinheit 20 aus dem einzigen Blockzug 30 besteht, wird die Struktur vereinfacht, das Gewicht reduziert und die Festigkeit der Armeinheit 20 durch das Zusammenwirken der mehrstufigen geschachtelten Struktur und des Blockzuges verbessert.
Wie in 7 und 8 dargestellt, weist der Block 40 einen Blockhauptkörper 41 auf. Der Blockhauptkörper 41 weist beispielsweise die Form eines rechteckigen Parallelepipeds auf. Der Blockhauptkörper 41 weist zwei Lager 42 und 43 auf, die so vorgesehen sind, dass sie in einem unteren Teil seines vorderen Endes nach vorne ragen, und zwar so, dass die Lager 42 und 43 in Richtung der Breite des Blockhauptkörpers 41 voneinander beabstandet sind. Der Blockhauptkörper 41 weist Lager 44 und 45 auf, die einstückig mit dem Blockhauptkörper 41 in einem unteren Teil des hinteren Endes desselben vorgesehen sind, und zwar so, dass die Lager 44 und 45 in Breitenrichtung des Blockhauptkörpers 41 voneinander beabstandet sind. Die Lager 42 und 43 am vorderen Ende eines von zwei benachbarten Blöcken 40 werden in den Raum zwischen den Lagern 44 und 45 am hinteren Ende des anderen der beiden benachbarten Blöcke 40 eingepasst, und eine rotierende Welle (nicht abgebildet) wird in die Löcher der Lager eingeführt. Auf diese Weise werden die Blöcke 40 in einer Reihe drehbar miteinander gekoppelt. Die Blöcke 40 werden in einer Reihe in der Richtung (Koppelrichtung) senkrecht zur rotierenden Welle aneinander gekoppelt. Wie in 9 gezeigt, da die Lager 42, 43, 44 und 45 näher am Boden des Blockhauptkörpers 41 vorgesehen sind und die Blockhauptkörper 41 die Form eines rechteckigen Parallelepipeds aufweisen, stoßen zwei Blöcke 40, die einmal in einer geraden Linie angeordnet sind, an ihren Stirnflächen aneinander, und daher werden die Blöcke 40 daran gehindert, sich weiter nach oben zu drehen, obwohl die Blöcke 40 sich nach unten drehen können.
Der Blockhauptkörper 41 hat ein Paar Vorsprungkörper 46 und 47, die mit einem Paar der später beschriebenen bogenförmigen Schienen 13 und 14 in Eingriff gebracht werden sollen, eine auf jeder Seitenfläche davon. Typischerweise können die Vorsprungkörper 46 und 47 Nockenstößel („cam followers“) sein, die auf dem Paar der bogenförmigen Schienen 13 und 14 rollen können. Die Nockenstößel sind am Blockhauptkörper 41 so befestigt, dass die Drehachse des Außenrings jedes Nockenstößels parallel zur rotierenden Welle des Blocks 40 und mit dieser identisch ist. Die Vorsprungkörper 46 und 47 können einfache Vorsprünge mit zylindrischer oder anderer Form aufweisen. Die Beschreibung hierin erfolgt jedoch unter der Annahme, dass die Vorsprungkörper 46 und 47 Nockenstößel sind.
Wie in 10 dargestellt, sind die Nockenstößel 46 und 47 in Bezug auf den Blockhauptkörper 41 so positioniert, dass die Drehachse des Außenrings des Nockenstößels 46 (47) auf einem Kreis CO1 liegt, der konzentrisch zu einer bogenförmigen Bahn (bogenförmige Schienen 13 und 14, die später beschrieben werden) verläuft, die um den Gehäusemittelpunkt Rc zentriert ist, und zwar zusammen mit den rotierenden Wellen, die die Blöcke 40 in der Seitenansicht gesehen miteinander koppeln. Infolgedessen ist der Blockzug 30 entlang der bogenförmigen Bahn im Gehäuse 10 unter dem Zwang der bogenförmigen Schienen 13 und 14 untergebracht.
Die Schienen 13 und 14 schränken nur die Nockenstößel 46 und 47 des Blocks 40 ein. Die Nockenstößel 46 und 47 sind koaxial am Blockhauptkörper 41 auf jeder Seitenfläche desselben befestigt, so dass sich der Block 40 leicht um die Nockenstößel 46 und 47 drehen kann. Daher kann der Blockzug 30 im Gehäuseabschnitt verbogen werden und sich dadurch nicht leichtgängig bewegen.
Um dies zu vermeiden, weist gemäß dieser Ausführungsform, wie in 11 und 12 dargestellt, der Blockhauptkörper 41 des Blocks 40 am hinteren Ende des Blockzuges 30 auf einer Seitenfläche davon zwei Nockenstößel 46 und 48 und auf der anderen Seitenfläche davon zwei Nockenstößel 47 und 49 auf. Die beiden Nockenstößel auf jeder Seitenfläche des Blockhauptkörpers 41 sind in Bezug auf den Blockhauptkörper 41 so positioniert, dass sich die Nockenstößel auf dem Kreis CO1 befinden. Da der Blockhauptkörper 41 auf jeder seiner Seitenflächen zwei Nockenstößel aufweist, ist die Haltung des Blocks 40 am hinteren Ende entlang der Schienen 13 und 14 fixiert. Der am hinteren Ende an den Block 40 angrenzende Block 40 wird an zwei Teilen davon durch die Nockenstößel 46 und 47 von sich selbst und die rotierende Welle, die den Block 40 mit dem Block 40 am hinteren Ende koppelt, eingezwängt, so dass die Lage des Blocks 40 wie beim Block 40 am hinteren Ende entlang der Schienen 13 und 14 fixiert ist. Die anderen Blöcke 40, die sich vorne befinden, werden ebenfalls jeweils an zwei ihrer Teile durch die Nockenstößel 46 und 47 seiner selbst und die rotierende Welle, die den Block 40 mit dem folgenden Block 40 koppelt, so dass seine Lage entlang der Schienen 13 und 14 fixiert ist. Auf diese Weise werden die Lagen aller Blöcke 40 so eingestellt, dass sie mit der Lage des Blocks 40 am hinteren Ende kaskadenartig übereinstimmen. Daher wird der Blockzug 30 im Gehäuseabschnitt nicht geknickt und kann sich in fester Lage entlang der bogenförmigen Trajektorie problemlos bewegen.
Die mit den Schienen 13 und 14 in Eingriff zu bringenden Vorsprungkörper sind nicht auf die Nockenstößel beschränkt, soweit sie gewährleisten, dass sich die Blöcke 40 auf den Schienen 13 und 14 bewegen können. Der Vorsprungkörper kann je nach Fall ein Rollkörper sein, der auf der Schienenoberfläche abrollt, oder ein Gleitkörper, der auf der Schienenoberfläche gleitet. Der Wälzkörper kann verschiedene Lager aufweisen, beispielsweise zylindrische, nadelförmige, stabförmige, konische und kugelförmige Lager. Der Gleitkörper kann ein zylindrischer Körper oder ein stabförmiger Körper sein, von denen wenigstens eine Fläche, die mit der Schiene 13 oder 14 in Kontakt kommen soll, aus einem selbstschmierenden Harzmaterial besteht.
Der Block 40 mit zwei Nockenfolgern auf jeder Seitenfläche muss nicht der Block 40 am hinteren Ende sein, sondern kann jeder der Blöcke 40 sein, der sich im Gehäuse 10 (innerhalb der Schienen 13 und 14) befindet, wenn sich die Armeinheit 20 maximal ausdehnt. Alternativ können alle Blöcke 40 auf jeder ihrer Seitenflächen zwei Nockenstößel aufweisen, oder mehrere Blöcke 40 können auf jeder ihrer Seitenflächen zwei Nockenstößel aufweisen. Außerdem kann der Block 40 anstelle der Anbringung von zwei Nockenstößeln auf jeder Seitenfläche des Blocks 40 am hinteren Ende mit einem Nockenstößel 46 auf einer Seitenfläche desselben und einem Nockenstößel 47 auf der anderen Seitenfläche desselben versehen werden, wobei die Drehachsen derselben in Längsrichtung verschoben werden, wodurch die Stellung des Blocks 40 entlang der Schienen 13 und 14 fixiert wird.
Wie in 13 und 14 dargestellt, weist der Gehäuseabschnitt, um den Blockzug 30 entlang der bogenförmigen Bahn reibungslos unterzubringen, das Paar der bogenförmigen Schienen 13 und 14 auf, die die Nockenstößel 46 und 47 führen, die am Block 40 befestigt sind. Die bogenförmigen Schienen 13 und 13 weisen unterschiedliche Radien auf und sind um den gleichen Bogenmittelpunkt Rc angeordnet, so dass die bogenförmigen Schienen 13 und 14 die Nockenstößel 46 und 47 unabhängig voneinander von innen bzw. außen führen. Um eine Rückwärtsdrehung der Nockenstößel 46 und 47 entgegen der Bewegungsrichtung zu verhindern, sind die bogenförmigen Schienen 13 und 14 auf den gegenüberliegenden Seiten des Blockzuges 30 getrennt angeordnet und in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwas größer ist als die Breite des Blockes 40 in Richtung der Mittellinie des Gehäuses 10. Diese Anordnung wird im Folgenden ausführlich beschrieben. In 14 bezeichnen die Bezugszeichen 131 und 141 die Führungsflächen des bogenförmigen Schienenpaares 13 und 14, auf denen die Außenringe der Nockenstößel 46 und 47 rollen. Die Radien des Paares der bogenförmigen Schienen 13 und 14 sind so festgelegt, dass die Führungsflächen 131 und 141 in der Seitenansicht in einem Abstand voneinander liegen, der etwas größer ist als ein Durchmesser R1 (siehe 9) der Nockenstößel 46 und 47 über deren gesamte Fläche. Mit anderen Worten: Die Radien der Führungsflächen 131 und 141 der Nockenstößel 46 und 47 unterscheiden sich voneinander in einem Abstand, der etwas größer ist als der Durchmesser R1 der Nockenstößel 46 und 47. Eine bogenförmige Schiene 13 dient als Innenschiene 13, die einen kürzeren Radius als die andere aufweist, führt den Nockenstößel 46 an einer Seitenfläche des Blocks 40 von innen und definiert die Bahn des Blockzuges 30 von innen. Die andere bogenförmige Schiene 14 dient als Außenschiene 14, die einen größeren Radius aufweist als die Innenschiene 13, führt den Nockenstößel 47 auf der anderen Seitenfläche des Blocks 40 von außen und definiert die Bahn des Blockzuges 30 von außen.
Der Block 40 wird, wie später beschrieben, an seinen Seitenflächen durch die Schienen 101 und 102 begrenzt, und der Blockzug 30 wird zu einer bogenförmigen Bahn verformt, der Blockzug 30 wird an einer Drehung um seine Achse gehindert und löst sich daher nicht vom Paar der bogenförmigen Schienen 13 und 14.
Der Außenring des Nockenstößels 46 auf einer Seitenfläche des Blocks 40 rollt nur auf der äußeren Führungsfläche 131 der Innenschiene 13, und der Außenring des Nockenstößels 47 auf der gegenüberliegenden Seite des Blocks 40 rollt nur auf der inneren Führungsfläche 141 der Außenschiene 14. Das heißt, die Außenringe der Nockenstößel 46 und 47 auf den gegenüberliegenden Seiten drehen sich in Bezug auf die Führungsflächen 131 bzw. 141 in entgegengesetzter Richtung, obwohl sich die beiden Außenringe in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Blockzuges 30 in Vorwärtsrichtung drehen. Wenn sich der Blockzug 30 bewegt, während der Nockenstößel auf einer Seitenfläche des Blocks 40 zwischen der Innen- und der Außenschiene gehalten wird, dreht sich der Außenring des Nockenstößels in Vorwärtsrichtung in Bezug auf eine der Schienen, während sich der Außenring des Nockenstößels in entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die andere Schiene dreht, um die Bewegung des Blockzugs zu hemmen, und daher kann sich der Blockzug 30 nicht reibungslos bewegen. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Innenschiene 13 und die Außenschiene 14 getrennt auf den gegenüberliegenden Seiten des Blockzuges 30 angeordnet, und jeder der Außenringe der Nockenstößel 46 und 47 auf den gegenüberliegenden Seiten rollt nur auf einer der Innenschiene 13 und der Außenschiene 14, so dass sich die Nockenstößel 46 und 47 nicht in der Richtung drehen, um die Bewegung des Blockzuges 30 zu hemmen. Daher kann der Blockzug 30 entlang der bogenförmigen Bahn sanft ein- und ausgefahren werden, und somit kann auch die Armeinheit 20 sanft aus- und eingefahren werden.
Wie in 13 dargestellt, weisen die bogenförmigen Schienen 13 und 14 typischerweise eine Länge auf, die drei Viertel des Kreisumfangs entspricht. Die Umfangslänge der bogenförmigen Schienen 13 und 14 wird vorzugsweise um eine Länge, die 5 bis 15 Grad entspricht, reduziert, noch bevorzugter um eine Länge, die 8 Grad entspricht. Wenn die Länge der bogenförmigen Schienen 13 und 14 wie oben beschrieben verringert wird, wird auch die Deckelplatte 19 des Gehäuses 10 um einen tangentialen Abstand B0 zurückgezogen, der 8 Grad entspricht, um den die Länge der bogenförmigen Schienen 13 und 14 verringert wird, wobei die Ausrichtung parallel zum Radius oder, mit anderen Worten, senkrecht zur Zylindermittellinie CL1 gehalten wird. Da das hintere Ende der Armeinheit 20 an der Deckelplatte 19 befestigt ist, kann der bewegliche Abschnitt des Arms etwas näher an das Gehäuse 10 herangeführt werden, und gemäß wird der Zugang zum Basisabschnitt des Arms verbessert.
Da die Armeinheit 20 senkrecht an der zum Radius parallelen Deckelplatte 19 befestigt ist und die Umfangslänge der bogenförmigen Schienen 13 und 14 um eine Länge von 8 Grad reduziert ist, sind die Tangente an die bogenförmigen Schienen 13 und 14 an ihren führenden Enden und die Zylindermittellinie CL1 nicht parallel zueinander und schneiden sich leicht. Daher ändert sich bei der Bereitstellung des Blockzuges 30 die Trajektorie leicht, aber diskontinuierlich die Richtung an dem Punkt, an dem sich die Trajektorie von der bogenförmigen Trajektorie zur geraden Trajektorie verschiebt. In ähnlicher Weise ändert die Trajektorie des Blockzuges 30 beim Einfahren in den Gehäuseabschnitt diskontinuierlich die Richtung, wenn der Blockzug 30 in den Gehäuseabschnitt eingefahren wird. Die diskontinuierliche Richtungsänderung kann ein vertikales Klappern oder eine leichte Krümmung des Blockzuges 30 verursachen. Um ein solches Klappern oder eine Krümmung des Blockzuges 30 zu minimieren, werden die geraden Schienen 15 und 16 an die führenden Enden der bogenförmigen Schienen 13 und 14 gespleisst („spliced“). Wie in 13 und 14 dargestellt, verläuft die gerade Schiene 15 vom führenden Ende der bogenförmigen Schiene 13 parallel zur Zylindermittellinie CL1. In ähnlicher Weise erstreckt sich die gerade Schiene 16 vom führenden Ende der bogenförmigen Schiene 14 parallel zur Zylindermittellinie CL1. Damit die senkrechten und waagerechten Abstände zwischen dem Paar gerader Schienen 15 und 16 gleich sind wie die senkrechten und waagerechten Abstände zwischen den vorderen Enden des Paares bogenförmiger Schienen 13 und 14, sind die Führungsflächen 151 und 161 des Paares gerader Schienen 15 und 16 in der Seitenansicht über ihre gesamten Flächen um einen Abstand D1 voneinander beabstandet, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser R1 der Nockenstößel 46 und 47 ist.
Wie in 13 dargestellt, weisen die geraden Schienen 15 und 16 eine Länge L auf, die einem Abstand D zwischen den Drehachsen der Nockenstößel 47 von zwei benachbarten Blöcken 40 entspricht. Wenn der Blockzug 30 von den bogenförmigen Schienen 13 und 14 geliefert oder auf die bogenförmigen Schienen 13 und 14 zurückgezogen wird, begrenzen die geraden Schienen 15 und 16 immer nur die Nockenstößel 46 und 47 eines Blocks 40. Das heißt, wenn die Nockenstößel 46 und 47 eines Blocks 40 die geraden Schienen 15 und 16 verlassen, werden die Nockenstößel 46 und 47 des benachbarten Blocks 40 auf die geraden Schienen 15 und 16 eingeführt. Da die geraden Schienen 15 und 16 immer nur die Nockenstößel 46 und 47 eines Blocks 40 begrenzen, ändern sich, wenn dieser Block 40 und der benachbarte Block 40 durch die Verbindung zwischen den bogenförmigen Schienen 13 und 14 und den geraden Schienen 15 und 16 hindurchgehen, ihre relativen Positionen, aber die Änderung erfolgt immer auf die gleiche Weise. Mit anderen Worten, der Blockzug 30 durchfährt die Verbindungsstelle zwischen den bogenförmigen Schienen 13 und 14 und den geraden Schienen 15 und 16 immer auf der gleichen Bahnstrecke. Daher kann die Positionsgenauigkeit gewährleistet werden. Obwohl die geraden Schienen 15 und 16 eine beliebige Länge aufweisen können, die gleich oder größer ist als der Abstand D zwischen den Drehachsen zweier benachbarter Nockenstößel 46 oder 47, ist die Länge vorzugsweise gleich dem Abstand D zwischen den Drehachsen unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsreduzierung und der Drehbarkeit.
Die bogenförmigen Schienen 13 und 14 sind als Teil eines Torus konfiguriert. Unter dem Gesichtspunkt der Fertigungseffizienz werden die bogenförmigen Schienen 13 und 14 jedoch vorzugsweise durch Bildung bogenförmiger Nuten 111 und 121 in scheibenförmigen Schienenplatten 101 und 102, die eine feste Dicke aufweisen, gebildet. Wie in 15 dargestellt, sind die scheibenförmigen Schienenplatten 101 und 102 parallel zueinander in einem solchen Abstand angeordnet, dass der Abstand zwischen den Böden des Nutenpaares 111 und 121 etwas größer ist als die Gesamtbreite des Paares von Nockenstößeln 46 und 47. Die Tiefe des Paares der Nuten 111 und 121 ist gleich der Gesamtlänge (Höhe) der Außenringe der Nockenstößel 46 und 47. Die Breite des Paares der Nuten 111 und 121 ist ausreichend größer als der Durchmesser der Außenringe der Nockenstößel 46 und 47.
Eine bogenförmige Nut mit einem größeren Durchmesser (äußere Nut 111) ist in einer scheibenförmigen Schienenplatte 101, und eine bogenförmige Nut mit einem kleineren Durchmesser (innere Nut 121) konzentrisch zur äußeren Nut 111 ist in der anderen scheibenförmigen Schienenplatte 102 ausgebildet. In der Seitenansicht überlappen sich die äußere Nut 111 und die innere Nut 121 in ihrer Breitenrichtung um einen Abstand, der etwas größer ist als der Durchmesser R1 der Nockenstößel 46 und 47.
Wie in 16 dargestellt, dient eine Innenwand (Führungsfläche) der Nut 111 der Schienenplatte 101 mit dem größeren Radius als Führungsfläche 131, auf der der Außenring des Nockenstößels 46 auf einer Seitenfläche des Blocks 40 rollt. Eine Außenwand (Führungsfläche) 141 der Nut 121 der Schienenplatte 102, die den kleineren Radius aufweist, dient als Führungsfläche 141, auf der der Außenring des Nockenstößels 47 auf der gegenüberliegenden Seite des Blocks 40 rollt. Das heisst, die innere Seitenfläche der äusseren Nut 111 dient als Führungsfläche 131 der inneren Schiene 13, die den Nockenstößel 46 auf einer Seitenfläche des Blocks 40 von innen führt und die Bahn des Blockzuges 30 von innen definiert, und der innere Teil der scheibenförmigen Schienenplatte 61, der die innere Seitenfläche der äusseren Nut 111 umfasst, dient als die oben beschriebene innere Schiene 13. In ähnlicher Weise dient die äußere Seitenfläche der inneren Nut 121 als Führungsfläche 141 der äußeren Schiene 14, die den Nockenstößel 47 auf der gegenüberliegenden Seite des Blocks 40 von außen führt und die Bahn des Blockzuges 30 von außen definiert, und der äußere Teil der scheibenförmigen Schienenplatte 62 einschließlich der äußeren Seitenfläche der inneren Nut 121 dient als die oben beschriebene äußere Schiene 14.
Wie in 17 dargestellt, kann zur Führung des Blockzuges 30 auf die geraden Schienen 15 und 16 ein Paar von Hilfsschienen 17 und 18, die sich entlang der Vorwärtsrichtung in umgekehrt konischer Form ausdehnen, mit den führenden Enden der geraden Schienen 15 und 16 verbunden werden.
Wie aus 18 hervorgeht, weist der Blockzug 30 vorzugsweise eine solche Gesamtlänge auf, dass sich der Blockzug 30 bei Anlieferung des Blockzuges 30 über die weiteste Entfernung über wenigstens die Hälfte des Gehäuseabschnitts in Umfangsrichtung erstreckt, um die Armeinheit 20 maximal zu erweitern. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei Einwirkung einer äußeren Kraft um die Zylindermittellinie CL1, d.h. einer externen Torsionskraft auf die Armeinheit, die äußere Kraft vom Block 40 am führenden Ende, der mit der Armeinheit 20 verbunden ist, kaskadenartig auf den gesamten Blockzug 30 übertragen wird. Um den Torsionsfehler der Armeinheit 20 zu reduzieren, müssen natürlich die Steifigkeit der Armeinheit 20, die Steifigkeit des linearen Ausdehnungsmechanismus 1 und dessen Lagersteifigkeit verbessert werden. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Blockzug 30 jedoch eine Gesamtlänge auf, die ausreicht, dass sich der im Gehäuseabschnitt verbleibende Blockzug 30 über wenigstens die Hälfte des Umfangs des Gehäuseabschnitts, wie oben beschrieben, erstreckt, was eine Voraussetzung für eine wirksame Reduzierung des Torsionsfehlers ist.
Dies wird ausführlicher beschrieben. Wie in 19 dargestellt, wird beispielsweise bei Einwirkung einer äußeren Kraft F0 auf die Armeinheit 20 im Uhrzeigersinn auf dem Blatt der Zeichnung über die Zylindermittellinie CL1 die äußere Kraft F0 als Kräfte F1 und F2 auf den Blockzug 30 ausgeübt. Die äußere Kraft F1, die auf einen Block 40 näher an der Öffnung 191 wirkt, wird in der Richtung ausgeübt, um die Nockenstößel 46 und 47 von den Führungsflächen 131 und 141 der bogenförmigen Schienen 13 bzw. 14 zu trennen. Die äußere Kraft F2, die auf einen unterhalb des oberen Blocks 40 verbleibenden Block 40 wirkt, wird jedoch in der Richtung ausgeübt, dass die Nockenstößel 46 und 47 gegen die Führungsflächen 131 und 141 der bogenförmigen Schienen 13 bzw. 14 gedrückt werden. Daher kann der Blockzug 30 nicht nur bei nicht voll ausgefahrener Armeinheit 20, sondern auch bei maximal ausgefahrener Armeinheit 20 wirksam dazu beitragen, ein Verdrehen der Armeinheit 20 im Zusammenwirken mit den Schienen 13 und 14 zu verhindern. Andererseits, wenn die äußere Kraft F0 auf die Armeinheit 20 gegen den Uhrzeigersinn im Blatt der Zeichnung auf die Armeinheit 20 ausgeübt wird, wird die äußere Kraft F2, die auf einen unteren Block 40 wirkt, in der Richtung ausgeübt, um die Nockenstößel 46 und 47 von den Führungsflächen 131 und 141 der bogenförmigen Schienen 13 bzw. 14 zu trennen, während die äußere Kraft F1, die auf einen oberen Block 40 wirkt, in der Richtung ausgeübt wird, um die Nockenstößel 46 und 47 gegen die Führungsflächen 131 und 141 der bogenförmigen Schienen 13 bzw. 14 zu drücken. Auch in diesem Fall kann der Blockzug 30 dazu beitragen, ein Verdrehen der Armeinheit 20 zu verhindern.
Die Armeinheit 20 gemäß dieser Ausführungsform ist nicht auf die teleskopische Struktur beschränkt. Zum Beispiel kann eine Armeinheit 60, wie in 20 und 21 dargestellt, aus einer Vielzahl von kaskadierten linearen Bewegungsmechanismen 61, 62 und 63 bestehen. Von der Vielzahl der Linearbewegungs-Führungsmechanismen 61, 62 und 63 ist der Linearbewegungs-Führungsmechanismus 63 am hinteren Ende in horizontaler Position an der Deckelplatte 19 an einer Basis befestigt, die eine Schiene trägt, und der Linearbewegungs-Führungsmechanismus 61 am vorderen Ende ist mit dem Block 40 am vorderen Ende des Blockzuges 30 durch einen L-förmigen Stecker 64 an einem Schlitten davon verbunden. Während sich der Blockzug 30 entlang der Bewegungsachse CL2 hin und her bewegt, dehnt sich die Armeinheit 60 aus und zieht sich zusammen. Der lineare Ausdehnungsmechanismus, bei dem die Armeinheit 60 eine andere Struktur aufweist, genauer gesagt, die durch die Vielzahl der linearen Bewegungsmechanismen 61, 62 und 63 gebildet wird, hat die gleichen Vorteile wie der lineare Ausdehnungsmechanismus 1, bei dem die Armeinheit 20 eine teleskopische Struktur aufweist.
Bestimmte Ausführungsformen sind zwar beschrieben worden, aber diese Ausführungsformen wurden nur beispielhaft dargestellt und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindungen einzuschränken. In der Tat können die hier beschriebenen neuartigen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Änderungen abdecken, die in den Anwendungsbereich und Geist der Erfindungen fallen würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5435679 [0005]
JP 2015213974 [0005]

Claims

Linearer Ausdehnungsmechanismus, umfassend: eine Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen, die in Reihe zueinander angeordnet sind; einen Blockzug, der eine Vielzahl von Blöcken umfasst, die in einer Reihe miteinander gekoppelt sind, wobei ein Block an einem führenden Ende der Vielzahl von Blöcken mit einem Linearbewegungsmechanismus an einem führenden Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist; und einen Gehäuseabschnitt, in dem der Blockzug untergebracht ist, wobei der Gehäuseabschnitt mit einem Linearbewegungsmechanismus an einem hinteren Ende der Vielzahl von Linearbewegungsmechanismen verbunden ist, wobei der Gehäuseabschnitt ein Paar bogenförmiger Schienen aufweist, die es dem Blockzug ermöglichen, sich in einer bogenförmigen Bahn zu bewegen, wobei die bogenförmigen Schienen getrennt auf gegenüberliegenden Seiten des Blockzugs angeordnet sind, und wobei ein Paar Vorsprungkörper, die mit dem Paar bogenförmiger Schienen in Eingriff zu bringen sind, auf gegenüberliegenden Seitenflächen jedes der Blöcke vorgesehen sind.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach Anspruch 1, wobei das Paar bogenförmiger Schienen eine innere Schiene, die eine Bahn des Vorsprungkörpers im Gehäuseabschnitt von innen definiert, und eine äußere Schiene, die die Bahn des Vorsprungkörpers im Gehäuseabschnitt von außen definiert, umfasst.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vorsprungkörper auf dem Block an einer Stelle vorgesehen ist, wo in Seitenansicht gesehen eine Mittellinie des Vorsprungkörpers auf einem Kreis liegt, der konzentrisch zu den bogenförmigen Schienen verläuft, zusammen mit rotierenden Wellen, die die Blöcke im Gehäuseabschnitt miteinander koppeln.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Vielzahl von Blöcken, die den Blockzug bilden, wenigstens ein Block auf jeder Seitenfläche davon zwei Vorsprungkörper aufweist und die anderen Blöcke auf jeder Seitenfläche davon einen Vorsprungkörper aufweisen.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Vielzahl von Blöcken, die den Blockzug bilden, ein Block an einem hinteren Ende des Blockzuges zwei Vorsprungkörper auf jeder Seitenfläche desselben aufweist und die anderen Blöcke einen Vorsprungkörper auf jeder Seitenfläche desselben aufweisen.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der beiden bogenförmigen Schienen mit einer geraden Schiene als Verlängerung versehen ist.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach Anspruch 6, wobei die geraden Schienen mit einem Paar Hilfsschienen versehen sind, die sich beim Vorwärtsfahren in Seitenansicht allmählich voneinander trennen, um den Ein- und Ausfahren des Blockzuges zu erleichtern.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Blöcke so miteinander gekoppelt sind, dass benachbarte Blöcke an ihren vorderen und hinteren Endflächen aneinander stoßen und dadurch daran gehindert werden, sich in einer Vorwärtsrichtung zu drehen, jedoch in einem Zustand, in dem der Blockzug gerade ausgerichtet ist, in einer Rückwärtsrichtung drehen können.
Linearer Ausdehnungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Blockzug eine Länge aufweist, die ausreicht, dass sich der in dem Gehäuseabschnitt untergebrachte Teil des Blockzuges in einem Zustand, in dem sich die Vielzahl der Linearbewegungsmechanismen maximal ausdehnt, über wenigstens die Hälfte der bogenförmigen Trajektorie erstreckt.