TW201536492A - 伸縮臂機構以及機械臂 - Google Patents

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TW201536492A
TW201536492A TW104108127A TW104108127A TW201536492A TW 201536492 A TW201536492 A TW 201536492A TW 104108127 A TW104108127 A TW 104108127A TW 104108127 A TW104108127 A TW 104108127A TW 201536492 A TW201536492 A TW 201536492A
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Woo-Keun Yoon
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Life Robotics Inc
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Abstract

一種伸縮臂機構，其包含多個第1構造體(22)連結而成的一第1構造體組(20)以及多個第2構造體(23)連結而成的一第2構造體組(21)。第1構造體(22)分別具有固定第2構造體(23)的鎖止部(22b1，22b2)。當第1、第2構造體組(20，21)伸展時，鎖止部(22b1，22b2)將第2構造體(23)固定於第1構造體(22)。

Description

伸縮臂機構以及機械臂
本發明係關於一種機器人等所使用的臂的伸縮臂機構以及機械臂。
在工廠等中，為了節省勞動力而採用大量的機器人。 這些機器人大多數情況下優選速度、準確度、效率等進行動作。
近年來，也有為了照顧人而使用機器人。在這樣的領域中，機器人在人的旁邊活動，因此，需要從另一方面考慮對人不會帶來危險等。
例如，在機械臂中，考慮代替旋轉關節而採用臂伸縮，當伸長時直線狀地伸長，當收縮時比較節省空間的直動關節的直動伸縮臂機構，並且正在實用化。
作為該直動伸縮臂機構，例如，如在下述專利文獻1中記載的那樣，知道有由兩個構造體組構成，這兩個構造體通過驅動機構重合並延伸時，構成剛性的臂部，當驅動機構反旋轉分離時，彎曲收容於臂支承體。
但該直動伸縮臂機構還可能重合的兩個構造體在過程中分離，不能形成十分穩定的剛體。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開號WO2011-152265號公報
目的在於提供一種能夠切實且平滑地伸展以及縮短的伸縮臂機構以及機械臂。
本發明係關於一種伸縮臂機構，具有多個第1構造體連結而成的一第1構造體組以及多個第2構造體連結而成的一第2構造體組。第1構造體分別具有固定第2構造體的鎖止部。當伸展時，鎖止部將第2構造體固定於第1構造體。
1‧‧‧臂支承體
2‧‧‧臂部
3‧‧‧手部
10‧‧‧機械臂
11a‧‧‧第1支承部
11b‧‧‧第2支承部
11c‧‧‧第3支承部
J1‧‧‧第1旋轉關節部
J2‧‧‧第2旋轉關節部
J3‧‧‧直動伸縮臂關節部
J4‧‧‧第4旋轉關節部
J5‧‧‧第5旋轉關節部
J6‧‧‧第6旋轉關節部
J7‧‧‧第7旋轉關節部
16‧‧‧二指手
20‧‧‧上部構造體組
21‧‧‧下部構造體組
22，42‧‧‧上部構造體
22a‧‧‧凹凸構造
22b1，22b2‧‧‧鎖止部
23，43‧‧‧下部構造體
24a‧‧‧齒輪
24b‧‧‧導向部
25a‧‧‧旋轉軸
25b1，25b2‧‧‧軸承部
26‧‧‧共用框體
26b1，26b2‧‧‧突起
27b1，27b2、47b1，47b2‧‧‧鎖止卡合部
X，Y‧‧‧旋轉軸中心
29a‧‧‧垂直面
29b‧‧‧斜面
29‧‧‧貫通孔
31‧‧‧凹部
32‧‧‧彈性突起
46b1，46b2‧‧‧突出部
圖1係第1實施例之伸縮臂機構縮短時的構造之立體圖。
圖2係第1實施例之伸縮臂機構縮短時的構造之側剖面圖。
圖3係第1實施例之伸縮臂機構伸展時之立體圖。
圖4係第1實施例之伸縮臂機構之下部構造體組的構造之側視圖。
圖5A係第1實施例之下部構造體的構造之側視圖。
圖5B係第1實施例之下部構造體之立體圖。
圖5C係從第1實施例之下部構造體的其他位置觀察之立體圖。
圖5D係第1實施例之下部構造體之旋轉軸的另一個例子的圖。
圖5E係第1實施例之下部構造體之軸承部的另一個例子的圖。
圖6係從第1實施例之上部構造體組的下方觀察之立體圖。
圖7A係第1實施例之上部構造體的構造之側視圖。
圖7B係第1實施例中設置於上部構造體的鎖止部的構造之側視圖。
圖7C係從第1實施例之上部構造體的下方觀察之立體圖。
圖7D係從下方其他位置觀察第1實施例之上部構造體之立體圖。
圖7E係第1實施例之上部構造體之軸承部的另一個例子的圖。
圖8A係表示下部構造體與第1實施例之上部構造體之鎖止部之嚙合動作的說明圖。
圖8B係表示下部構造體與第1實施例之上部構造體之鎖止部之嚙合動作的說明圖。
圖9A係第2實施例之上部構造體的構造之側視圖。
圖9B係第2實施例之上部構造體的構造之主視圖。
圖10係第2實施例之下部構造體的構造之側視圖。
圖11A係表示第2實施例中下部構造體與上部構造體之鎖止部之嚙合狀態的說明圖。
圖11B係第2實施例中下部構造體與上部構造體之連結狀態之側視圖。
圖12A係第1實施例之上部構造體的其他的鎖止構造例之後方立體圖。
圖12B係圖12A所示上部構造體之前方立體圖。
圖13A係與圖12A所示上部構造體對應的下部構造體之前方立體圖。
圖13B係圖13A所示下部構造體之後方立體圖。
以下，針對本發明之實施例，參閱附圖進行說明。
<第1實施例>
圖1係第1實施例的伸縮臂機構縮短時的構造之立體圖，圖2為側剖面圖。機械臂10大多數情況下具有臂支承體1、臂部2、以及手部3。
作為主要構造物，臂部2具備由具有能夠彎曲地連結的平板形的多個上部構造體(第1構造體)22構成的上部構造體組(第1構造體組)20、由在底板側具有能夠彎曲地連結的剖面字等槽形的多個下部構造體(第2構造 體)23構成的下部構造體組(第2構造體組)21。多個上部構造體22中前端的上部構造體22與多個下部構造體23中前端的下部構造體23連接。通過保持上部構造體組20與下部構造體組21的接合狀態，從而限制各自的彎曲，構成作為具備規定的剛性的柱狀體的臂部2。通過上部構造體組20與下部構造體組21分離來解除柱狀體，上部構造體組20與下部構造體組21分別恢復到彎曲狀態。為了保持上部構造體組20與下部構造體組21的接合狀態而設置鎖止構造。鎖止構造由設置於上部構造體22之鎖止部22b1，22b2的貫通孔(鎖銷孔)29、與設置於下部構造體23之鎖止卡合部27b1，27b2的突起(鎖銷)26b1，26b2構成。通過將鎖銷26b1，26b2插入鎖銷孔29，從而保持上部構造體組20與下部構造體組21的接合狀態，通過將鎖銷26b1，26b2從鎖銷孔29中拔出，從而，恢復到上部構造體組20與下部構造體組21可彎曲的狀態。
(臂支承體)
臂支承體1具有以安裝於未圖示的固定台的第1旋轉關節部J1為中心形成的中空構造，支承臂部2以及手部3。另外，也考慮不使用固定台而設G為接地面固定於床等的臂支承體1。
臂支承體1具有安裝於未圖示的台的第1支承部11a、第2支承部11b、第3支承部11c、第1旋轉關節部 J1(旋轉關節裝置)以及第2旋轉關節部J2。
如圖1所示，第1支承部11a以及第2支承部11b分別成為中空構造。第2支承部11b之一端固定於第1旋轉關節部J1而配置。
第3支承部11c也具有中空構造，與第1支承部11a以及第2支承部連通。後述的臂部2的構成要素的一部分構成為能夠收容於第1支承部11a、第2支承部11b、以及第3支承部的內部。
第1旋轉關節部J1被配置在第1支承部11a與第2支承部11b之間。第1旋轉關節部J1被配置在臂支承體1的上部中心附近，支承第2支承部11b作為旋轉關節來發揮作用。例如，第1旋轉關節部J1構成為具有以臂支承體1的中心軸，即，第1支承部11a以及第2支承部11b的中心軸為中心的旋轉軸的旋轉關節。當第1旋轉關節部J1旋轉時，第2支承部11b、第3支承部11c、臂部2以及手部3以該旋轉軸為中心在水平方向旋轉。
第2旋轉關節部J2位於第2支承部11b的臂部2側的端部，構成為具有相對於臂支承體1的軸正交的旋轉軸的旋轉關節。當第2旋轉關節部J2旋轉時，第3支承體11c、臂部2以及手部3相對於臂支承體1以第2旋轉關節部J2的旋轉軸為中心在垂直方向轉動。
第2旋轉關節部J2構成為保持不會有力地夾著位於臂支承體1與臂部2的部件的程度的角度與距離臂支承體1的中心軸的距離。
在該實施例中，臂支承體1從接地面G向鉛直方向延伸，但本發明並不限定於鉛直方向，從接地面G具有規定的角度亦可。
(手部)
如圖1所示，手部3被配置於臂部2的前端。手部3具有第4旋轉關節部J4、第5旋轉關節部J5、第6旋轉關節部J6、第7旋轉關節部J7與第1指16a以及第2指16b。該第1指16a以及第2指16b構成二指手16。第4旋轉關節部J4為具有以沿著臂部2的伸縮方向的臂部2的中心軸(也可稱為臂軸)為中心的旋轉軸的旋轉關節。當第4旋轉關節部J4旋轉時，從第4旋轉關節部J4朝向前端，手部3以該旋轉軸為中心轉動。
第5旋轉關節部J5為具有相對於臂軸正交的旋轉軸的旋轉關節。當第5旋轉關節旋轉時，從第5旋轉關節部J5朝向前端的二指手16以該旋轉軸為中心轉動。
第6旋轉關節部J6為具有相對於臂軸與第5旋轉關節部J5這兩者正交的旋轉軸的旋轉關節。當第6旋轉關節部J6旋轉時，二指手16以該旋轉軸為中心轉動。
第7旋轉關節部J7使二指手16的第1指16a與第2指16b轉動。即，通過第7旋轉關節部J7進行轉動，以使得第1指16a與第2指16b的前端部相互接近，從而，成為二指手16閉合，二指手16把持某一物體的動作。
另一方面，通過進行動作，以使得第1指16a與第2 指16b的前端部相互遠離，從而，成為二指手16打開，二指手16離開想要把持的物體的動作。另外，還能夠對杯子的內面等筒狀物插入二指手16，通過伸展來保持物體。
另外，在本實施例中作為手部3使用二指手16，但本發明並不限定於此，也可以為具有3個以上的手指的手部。
另外，本發明並不限定於具有指部的結構，還能夠代替手部3，使用臂部、將想要配置在所希望的位置、姿勢的所有的種類的構造物與臂部的前端連接。例如，能夠代替手部3與具有攝像功能的設備進行連接。
在本發明中所述的伸縮臂機構為該手部的基礎的部分，手也可以不連接。
(臂部)
臂部2具有直動伸縮臂關節部J3，該手部3設置於臂部2的前端。能夠通過臂支承體1、臂部2以及手部3使二指手16處於所希望的姿勢、位置。通過使圖1所示的直動伸縮臂關節從收縮的狀態伸展，能夠使手部3向遠方伸展抓住或者鬆開物體，另外，能夠通過使該關節收縮來把持或者鬆開附近的物體。
圖2係以圖1中所示的剖面線A-A切斷機械臂的伸縮臂機構的部分的剖面圖。
臂部2的主要的構成要素為構成直動伸縮臂關節部J3 的上部構造體組20以及下部構造體組21、與驅動該直動伸縮臂關節部J3的驅動機構24。
如圖1所示，直動伸縮臂關節部J3構成為，能夠構成從收容於向機械臂10的鉛直方向延伸的臂支承體1內部的狀態，經由第3支承部11c伸縮的臂部2，此時，下部構造體組21位於上部構造體組20的重力方向下方。
通過上部構造體組20與下部構造體組21重合，從而兩構造體形成被固定的臂部2。臂部2通過第2旋轉關節部J2，以第2旋轉關節部J2為中心轉動。
如圖1以及圖6所示，構成上部構造體組20的各上部構造體22在內面具有凹凸構造22a。該凹凸機構(線性齒輪(齒條))22a在所連結的上部構造體22成為直線狀時連續，如圖2所示，齒輪(行星齒輪)24a與該連續的凹凸構造22a嚙合，通過驅動該齒輪的執行器，上部構造體22移動。在該凹凸構造22a的兩側設置有能夠在圖7D中觀察之鎖止部22b1，22b2。當上部構造體22與下部構造體23嚙合時，如之後詳述的那樣，該鎖止部22b1，22b2發揮重要的功能。
上部構造體組20在垂直部分上下移動，水準部分向左右方向移動，與其連結的下部構造體組也向相同的方向移動。通過該動作，如箭頭AR1所示，進行臂部2的伸縮。圖3係臂部2之伸展狀態。齒輪24a被設置於上部構造體22成為直線狀的位置的附近。
(共用框體)
在上部構造體組20與下部構造體組21的前端部分，如圖2以及圖6所示，設定有共用框體26，與共用框體26相鄰的上部構造體22與該共用框體26連結，與共用框體26相鄰的下部構造體23也與該共用框體26連結。共用框體26具有一個上部構造體22與一個下部構造體23成為一體的形狀。當臂部伸展時，該共用框體26成為起始端，上部構造體22與下部構造體23連結，形成一個剛體。
另外，在本實施例中，共用框體26成為一體的形狀。但本發明並不限定於此，只要當上部構造體20與下部構造體21的前端部分在直動伸縮臂關節部J3伸縮時不是無意識地分離亦可。
從而，並不限定於上述結構，例如，也可以將對一個上部構造體22與一個下部構造體23通過黏結劑或焊接、基於螺栓的固定等手段進行固定得到的部件作為共用框體26來使用。
(下部構造體組(第2構造體組))
圖4係下部構造體組21之側視圖。下部構造體組21由多個下部構造體(第2構造體)23構成，所有的下部構造體23從一端的下部構造體23到另一端的下部構造體連接成一排。下部構造體23彼此間經由旋轉軸X在與其正交的方向連結。沿著與該旋轉軸平行的方向的下部構造 體的寬度均相等。
圖5A~圖5E係相鄰設置的下部構造體23之構造。圖5A係下部構造體23的側視圖，圖5B係從圖5A的箭頭AR2方向觀察下部構造體23的立體圖，圖5C係從圖5A的箭頭AR3方向觀察下部構造體23的立體圖。圖5D以及圖5E係相鄰的下部構造體的變形例，係與圖5B、圖5C對應的一部分立體圖。
下部構造體23為上面開放的中空框構造，與移動方向垂直具有剖面U字形的構造，相對於移動方向在底側面的一方設置能夠轉動地支承相鄰的下部構造體23的貫通孔的旋轉軸25a，在另一方設置從兩側支承另一方所相鄰的下部構造體23的旋轉軸25a的軸承部25b1，25b2。在軸承部25b1，25b2以及旋轉軸25a上設置有貫通孔，通過使銷釘通過該共用的貫通孔，從而，下部構造體23可旋轉地連結。另外，即使不具有該貫通孔，只需軸承部25b1，25b2以及旋轉軸25a能夠相對地旋轉亦可。
即，旋轉軸25a與軸承部25b1，25b2在相鄰彼此的下部構造體23的邊界形成同一旋轉軸X，由此，下部構造體被連結，下部構造體23能夠以旋轉軸X為中心旋轉。
在軸承部25b1，25b2的上方，具有被插入上部構造體22的孔的突起26b1，26b2。另外，在旋轉軸25a的上方的兩側具有支承鎖止部22b1，22b2的鎖止卡合部27b1，27b2。
另外，在圖5B以及圖5C的構造中，通過一個旋轉軸，兩個軸承部來連結。但旋轉軸也可以分成2個，與之對應軸承部成為3個亦可。即，如圖5D以及圖5E所示，在一下部構造體具有旋轉軸25c1，25c2，與之對應在相鄰的下部構造體上具有3個軸承部25d1，25d2，25d3。同樣地，旋轉軸以及與其對應的軸承部也可以更多。
如上述那樣，各下部構造體的底面部連結，因此，下部構造體組21能夠向下方彎曲，相反，各下部構造體的側面的相鄰下部構造體彼此碰撞，因此，即使想向上方彎曲也不會彎曲，而是底面成為直平面的程度。
另外，當下部構造體如上述那樣成為中空框構造(框體)時，除去中央部分的材料，因此，優點在於能夠實現輕量化。
(上部構造體組(第1構造體組))
圖6係從下方仰視上部構造體組20與共用框體26之立體圖。這樣，上部構造體組20的一端固定於共用框體26。連結的上部構造體(第1構造體)22在中央附近具有規定寬度的凹凸構造22a。
上部構造體組20由多個上部構造體22構成，所有的上部構造體22從一端的上部構造體到另一端的上部構造體連結成一排。上部構造體彼此經由旋轉軸中心Y在與該旋轉軸中心Y正交的方向連結。沿著與旋轉軸中心Y平 行的方向的上部構造體22的大小、即，上部構造體22的寬度均相等。
通過圖7A~圖7D說明各個上部構造體22的構造。圖7A係上部構造體22的側視圖，圖7B係鎖止部之構造圖。另外，圖7C係從圖7A的箭頭AR5方向觀察之上部構造體22的立體圖，圖7D係從圖7A的箭頭AR6方向觀察之上部構造體22的立體圖。
上部構造體22為平板狀的構造，在其移動方向的中央附近具有規定寬度的凹凸構造22a，在其兩側具備一對鎖止部22b1，22b2。上部構造體22還具有旋轉軸28a以及在兩側支承該旋轉軸28a的軸承部28b1，28b2。當然，也可以不在兩側而只在一側具有軸承部的構造。
在軸承部28b1，28b2以及旋轉軸28a上設置有貫通孔，通過使銷釘通過該共用的貫通孔，從而上部構造體22可旋轉地連結。
即，旋轉軸28a與軸承部28b1，28b2在相鄰彼此的下部構造體22的邊界形成同一旋轉軸中心Y，由此，上部構造體連結，上部構造體22能夠以旋轉軸中心Y為中心旋轉。旋轉軸28a以及軸承部28b1，28b2通過共用的旋轉軸中心Y連結。另外，即使不存在貫通孔，上部構造體22能夠旋轉即可。
另外，如圖7E所示，也可以設置三個軸承部，即，28d1，28d2，28d3，設對應的旋轉軸為2個。
相鄰的上部構造體22在其邊界共用地具有旋轉軸， 以該旋轉軸中心Y為中心旋轉。
各上部構造體22為板狀體，與相鄰的上部構造體22連結，因此，上部構造體組20能夠向下方彎曲，相反，即使想向上方彎曲也不能彎曲，限度為底面成為直平面的程度。使上部構造體22的連結部構成為不會向上方彎曲的構造。
另外，設置於上部構造體22的凹凸構造22a的兩側的一對鎖止部22b1，22b2如由圖7B所示的側視圖所理解的那樣，為台形，在上部構造體22的移動方向的大致中央，設置於凹凸構造22a的兩側。這樣，一對鎖止部22b1，22b2相對於與上部構造體的伸展縮短方向成直角的方向左右對稱。在本發明中，也可以不需要這樣左右對稱。
一對鎖止部22b1，22b2的台形的一面(相對於伸長時移動方向的後面)為垂直面29a，另一面(相對於伸長時移動方向的前面)為斜面29b。並且。在其大致中央設置有貫通孔29。當上部構造體組20與下部構造體組21的一系列的構造體嚙合時，一對鎖止部22b1，22b2的一對斜面29b與下部構造體23的一對鎖止卡合部27b1，27b2抵接，下部構造體23的突起26b1，26b2從左方(箭頭AR7)嵌合(插入)貫通孔29。
通過該機構，當臂部伸展時上部構造體22與下部構造體23嚙合，上部構造體組20與下部構造體組21鎖閉成為剛體。
另外，亦可將鎖止部的貫通孔29插入突起26b1，26b2，因此，不一定需要為通過斜面29b的貫通孔，也可以為左方(相對於伸長時移動方向的後面)空缺的凹部。
上述突起26b1，26b2可以交替設置，也可以只設置一方。
這樣，設置於下部構造體的上部角附近的嵌合部(在該實施例中，突起)與設置於上部構造體的鎖止機構嵌合併鎖閉。
另外，這樣，與設置於上部構造體的鎖止機構嵌合的嵌合部不一定需要設置於下部構造體的上部角附近。
(驅動機構)
接著，針對使臂部伸展縮短時的驅動機構，即，針對齒輪24a與使其旋轉時的動作進行說明。齒輪24a與固設在上部構造體22的下面的凹凸構造22a嚙合。
如圖2所示，齒輪24a通過皮帶BL與作為驅動裝置的電動機M1連結。通過該電動機M1的正反旋轉，齒輪24a旋轉，通過與上部構造體22的凹凸構造22a的嚙合，上部構造體組20在其水平部分向箭頭AR1方向移動。
首先，說明臂部2伸展時的動作。當電動機M1使齒輪24a向順時針方向正旋轉時，相鄰的上部構造體22彼此向水平方向延伸。上部構造體組20與下部構造體組21由共用框體26將右端固定。並且，上部構造體組20的背面(上面)通過上滾輪R1，R2支承，下部構造體組21 的背面(下面)通過下滾輪R4支承。上滾輪R1，R2也可以對下方向，下滾輪R4對上方向作用按壓力。另外，也可以在側面設置側面滾輪，從橫向來支承。在此，示出兩個上滾輪，一個下滾輪，當然，也可以設置其數量以上或者數量以下的上滾輪、下滾輪。所設置的側面滾輪的個數並沒有限定。
兩個構造體組被上滾輪R1，R2以及下滾輪R4夾持，從被共用框體26固定的一端，上部構造體22與下部構造體23嚙合。另外，上部構造體22與下部構造體23在移動方向只錯開其長度的一半並嚙合。
此時，下部構造體23的突起26b1，26b2與上部構造體22的鎖止部22b1，22b2嵌合。通過表示該部分的模式圖的圖8A、圖8B說明該機構的動作。鎖止部22b2與突起26b2的關係與鎖止部22b1與突起26b1的關係相同，因此，在此，代表性地針對鎖止部22b1與突起26b1的關係進行敘述。
圖8A係相鄰的下部構造體231，232接近上部構造體221之鎖止部22b1之狀態。另外，圖8B係下部構造體231與上部構造體221接觸的狀態。
在圖8A的狀態下，下部構造體231還不與上部構造體221的下面抵接。但隨著上部構造體組20以及下部構造體組21向右方移動，如圖8B所示，下部構造體231逐漸地向上方上升，下部構造體231的上面與上部構造體221抵接。下一下部構造體232也逐漸地向上方上升，下 部構造體231的上面與上部構造體221的下面抵接。此時，下部構造體的突起26b1或者26b2插入上部構造體的鎖止部的貫通孔29並鎖閉。
由此，從這個角度看，其結果是從兩側由上部構造體22的鎖止部固定下部構造體23的上端彼此。
接著，說明臂部2收縮(縮短)時的動作。當電動機M1使齒輪24a向反時針方向逆旋轉時，相鄰的上部構造體22彼此在水平方向中收縮成為向鉛直方向垂下的狀態。上部構造體組20與下部構造體組21由共用框體26固定其右端，因此，下部構造體組的下部構造體也從與上部構造體組的上部構造體的嚙合狀態變成脫離狀態。此時，為了切實、容易地使上部構造體從下部構造體脫離，每當上部構造體組20與下部構造體組21分離時，將導向部24b設置在移動方向的垂直方向。
導向部24b的剖面為三角形，如圖2所示，被設計成厚度薄的部分為右側，厚的部分為左側。由此，下部構造體組向下側彎曲，朝向各下部構造體的下側的轉動平滑地進行。即。插入上部構造體的貫通孔29的突起26b1，26b2平滑地分離。
該解除動作正好與圖8A、圖8B所示的嵌合動作相反。即，如圖8B所示，首先，下部構造體232從上部構造體221分離，接著，如圖8A所示，下部構造體231從上部構造體221分離。這樣，被上部構造體221的鎖止部22b1鎖閉的下部構造體232，231被解除鎖定。
另外，導向部24b並不限定於三角形，也可以為軸承等旋轉體或圓形等。
如以上敘述的那樣，上部構造體22與下部構造體23在其移動方向具有相同的長度，只偏移其1/2的長度，兩構造體組被手部的端部固定並嚙合。嚙合時的鎖止通過在上部構造體的大致中央相對於移動方向在直角方向對稱設定的一對鎖止部的貫通孔中，接受在下部構造體的相同的位置向移動方向突出設定的一對突起而形成。
另一方面，在下部構造體的上部的另一端還設置有相對於移動方向在直角方向具有斜面的鎖止卡合部，該鎖止卡合部在下部構造體向上方轉動時與設置於鎖止部前方的斜面抵接，確保保持鎖止部中的鎖。通過該機構，當上部構造體組與下部構造體組嚙合時，成為固定狀態。
另外，當上部構造體組與下部構造體組分離時，與上部構造體的凹凸構造嚙合的齒輪24a向圖2中逆時針方向旋轉驅動。並且，下部構造體組向下方彎曲，即，各下部構造體以位於下部的中心軸為中心旋轉，從而，下部構造體的鎖止卡合部從設置於鎖止部前進方向前面的斜面打開，接著，下部構造體的上方所具有的突起從鎖止部成為脫離狀態。
這樣，在伸展時，作為一體成為剛性狀態的上部構造體組與下部構造體組從剛性狀態解除。
在該實施例中，鎖止部相對於其所具有的貫通孔從後方將突起插入並鎖閉，因此，具有能夠確實地鎖止的優 點。
通過該機構，當臂部伸展時，上部構造體22與下部構造體23嚙合，上部構造體組20與下部構造體組21鎖閉成為剛體。
另外，亦可將鎖止部的貫通孔29插入突起26b1，26b2，因此，不一定需要為通過斜面28b的貫通孔，也可以為左方開放的凹部。
另外，鎖止部所具有的貫通孔不一定需要為貫通孔，也可以為接受該突起的、突起的長度以上的凹部。
另外，如圖8B所示，在上述實施例中，與相鄰的下部構造體彼此碰撞的位置對應，能夠對一方設置一對半圓球形的凹部31，在另一方的對應的位置配置由半圓球形的具有彈性的材料、例如由橡膠構成的一對彈性突起32。當臂伸展時，下部構造體組伸展，當與上部構造體組嚙合時，下部構造體彼此轉動並碰撞，但上述彈性突起32與上述凹部31嵌合。當然，即使不為半圓形，凹部與彈性突起不正好是半圓形，設置對應的凹部與與其對應的具有彈性的突起亦可。
在圖8B中，示出在伸展時位於前方的下部構造體的兩側大致中央附近設置凹部31，在與後方連結的下部構造體的兩側的大致中央附近設置對應的橡膠突起32的情況。也可以對位於伸展時前方的下部構造體的兩側的大致中央附近設置橡膠突起32，對與後方連結的下部構造體的兩側的大致中央附近設置對應的凹部31。
如果採用這樣的構造，具有通過彈性突起的彈性抑制下部構造體彼此接觸時所產生的碰撞以及發出聲音的效果。
另外，除了下部構造體彼此之外，在上部構造體彼此、上部構造體與下部構造體彼此的接觸部分中，也同樣能夠設置彈性突起與凹部。由此，具有能夠抑制接觸時的碰撞以及發出聲音的效果。
(變形例)
在上述說明中，對上部構造體22的鎖止部22b1，22b2設置貫通孔29，通過將下部構造體23的突起26b1，26b2插入該貫通孔29，從而下部構造體23被固定於上部構造體22。但如圖12A、圖12B所示，對上部構造體22的鎖止部22b1，22b2設置突起(鎖銷)26b1，26b2，如圖13A、圖13B所示，也可以對下部構造體23的鎖止卡合部27b1，27b2設置鎖銷孔29b1，29b2。當上部構造體組20與下部構造體組21接合時，上部構造體22的鎖止部22b1，22b2被相鄰的下部構造體23的鎖」上卡合部27b1，27b2夾持，上部構造體22的鎖銷26b1，26b2與下部構造體23的鎖銷孔29b1，29b2嵌合，下部構造體23被固定於上部構造體22。由此，保持上部構造體組20與下部構造體組21的接合狀態，構成作為具備規定的剛性的柱狀體的臂部2。
<第2實施例>
在上述第1實施例中，嵌合部成為通過下部構造體的突起與上部構造體鎖止部的貫通孔嵌合，從而，上部構造體與下部構造體成為鎖閉的構造。但並不限定於這樣的構造，還能夠使用通過其他的構造將上部構造體與下部構造體鎖定的嵌合部。
例如，固定於上部構造體的凹凸構造的兩側的鎖止部為在水平方向設置彎曲部，將設置於下部構造體上部的棒狀體鎖定於該凹部的構造。接著，針對該實施例進行敘述。在第1實施例中，針對臂支承體、手部、臂部、共用框體、驅動機構敘述的部分除了針對上部構造體或下部構造體敘述的部分之外，在該第2實施例中也相同。針對上部構造體以及下部構造體以外的部分使用與上述第1實施例之編號相同的編號進行說明。
圖9A以及圖9B係該實施例之上部構造體42之構造，圖10係下部構造體43之構造。圖9A係上部構造體42之側視圖，圖9B係上部構造體42之相對於前進方向之主視圖。圖10係下部構造體43之側視圖。圖11A係下部構造體43與上部構造體42連結狀態下的相對於其前進方向之主視圖，圖11B係下部構造體43與上部構造體42連結狀態下的側視圖。
在該實施例中，平板狀的上部構造體42連結構成上部構造體組，下部構造體43連結構成下部構造體組。
(下部構造體組(第2構造體組))
圖10係下部構造體43之側視圖。下部構造體組由多個下部構造體(第2構造體)43構成，所有的下部構造體43從一端的下部構造體43到另一端的下部構造體連成一排。構成下部構造體組的下部構造體43的寬度均相等。圖10係下部構造體43與上部構造體連結之前的狀態，通過以旋轉軸中心X為中心向箭頭AR8方向轉動，從而與上部構造體42嚙合。
如圖11A所示，在當轉動時成為上部的下部構造體43的上角部的內側，具有從兩側向內部突出的突出部46b1，46b2。另一方面，如圖10所示，在下部構造體43的其他的上角部的兩側，具有接受鎖止部42b1，42b2的鎖止卡合部47b1，47b2。
各下部構造體的底面部與旋轉軸中心X連結。從而，下部構造體組雖然能夠向下方彎曲，但各下部構造體的側面所相鄰的下部構造體彼此接觸，因此，即使想向上方彎曲也不能彎曲，底面成為直平面的程度為限度。
(上部構造體組(第1構造體組))
上部構造體組由多個上部構造體(第1構造體)42構成，所有的上部構造體42從一端的上部構造體到另一端的上部構造體連結成一排。上部構造體42彼此能夠經由旋轉軸中心Y以該旋轉軸中心Y為中心向下方向旋轉。從而，當臂部2處於伸張的狀態時，最大限度地向上 方旋轉，但成為水平的狀態為限界，這意味著上部構造體組成為直線狀的狀態。
上部構造體組的一端固定於共用框體26。所連結的上部構造體42在其中央附近具有規定寬度的凹凸構造42a。構成上部構造體組的上部構造體42的寬度均相等。
上部構造體42為平板形的構造，在該移動方向的中央所具有的凹凸構造42a的兩側具備鎖止部42b1，42b2。
相鄰的上部構造體42在其邊界的下部共用地具有旋轉軸，以該旋轉軸中心Y為中心旋轉。
各上部構造體42為板狀體，與相鄰的上部構造體42連結。使上部構造體42的連結部構成為不會向上方彎曲的構造。從而，上部構造體組雖然能夠向下方彎曲，但限度為即使想向上方彎曲也不會彎曲，底面成為直平面的程度。
另外，設置於上部構造體42的凹凸構造42a的兩側的鎖止部42b1，42b2為台形，台形的一面為垂直面49a，另一面為斜面49b。並且，在其中央附近，設置有在橫方向柱狀地彎曲的凹部49。
如圖11B所示，當上部構造42體與下部構造體43嚙合時，鎖止部42b1，42b2的斜面49b與下部構造體43的鎖止卡合部47b1，47b2抵接，下部構造體43的突出部46b1，46b2從左方插入凹部49。
在該實施例中，如由表示第1實施例的圖8B所示的 那樣，與相鄰的下部構造體彼此所接觸的位置對應，對一方設置一對半圓球形的凹部，對另一方的對應的位置設置半圓球形的由具有彈性的材料、例如由橡膠構成的一對彈性突起。當臂伸展時，當下部構造體組伸展，與上部構造體組嚙合時，下部構造體彼此轉動並碰撞，但上述彈性突起與上述凹部嵌合。當然，即使不是半圓形，凹部與彈性突起不正好是半圓形，設置對應的凹部與與其對應的具有彈性的突起亦可。
示出在伸展時位於前方的下部構造體的兩側大致中央附近設置凹部，對與後方連結的下部構造體的兩側的大致中央附近設置對應的橡膠突起的情況。也可以在伸展時位於前方的下部構造體的兩側的大致中央附近設置橡膠突起，也可以設置與後方連結的下部構造體的兩側的大致中央附近對應的凹部。
在實施例中，如果採用這樣的構造，也存在通過彈性突起的彈性來抑制下部構造體彼此接觸時所產生聲音的效果。
另外，除了下部構造體彼此之外，在上部構造體彼此、上部構造體與下部構造體彼此的接觸部分中也同樣地設置彈性突起與凹部。由此，具有能夠抑制接觸時的碰撞以及產生聲音的效果。
另外，在本發明中，為了簡便，嚙合的構造體被稱為上部構造體與下部構造體。但上部構造體不一定通常位於下部構造體的上方，在動作中，例如，在通過旋轉關節等 使臂部旋轉時等情況下，也會有下部構造體位於上部構造體的上方的位置的場合。
在上述實施例中，上部構造體與下部構造體只錯開大致一半的長度嚙合。這樣，存在強度強的優點。但在本發明中，也可以不這樣只錯開一半的長度，而錯開一部分、或者使上部構造體與下部構造體完全一致地嚙合。另外。上部構造體與下部構造體的長度也不一定需要相同。
在上述實施例中，在上部構造體的下面中央設置凹凸槽，在其兩側設置鎖止部。但也可以不設置於上部構造體的下面的中央而偏移設置。另外，鎖止部也沒必要在對稱的位置設置兩個，也可以設置在不對稱的位置，還可以對上部構造體設置一個鎖止部。
根據本發明的實施例，得到能夠切實且平滑地伸展以及縮短的伸縮臂機構以及機械臂。
雖然說明了本發明的幾個實施例，但這些實施例為作為例子而提示的，並不意圖限定本發明的範圍。這些實施例能夠以其他的各種方式進行實施，在不脫離發明的要旨的範圍內，能夠進行各種的省略、置換、變更。這些實施例或其變形與包含於發明的範圍或要旨中一樣，包含於權利要求書記載的發明及其均等的範圍中。
22b1‧‧‧鎖止部
26b1‧‧‧突起
27b1‧‧‧鎖止卡合部
29‧‧‧貫通孔
29a‧‧‧垂直面
29b‧‧‧斜面
221‧‧‧上部構造體
231‧‧‧下部構造體
232‧‧‧下部構造體

Claims (25)

  1. 一種伸縮臂機構，包括：多個第1構造體連結而成的一第1構造體組、以及多個第2構造體連結而成的一第2構造體組，該第1構造體分別具有固定該第2構造體的鎖止部，當伸展時，通過該鎖止部將該第2構造體固定於該第1構造體。
  2. 如請求項1所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體組以及該第2構造體組能夠向下方彎曲；當伸展時，該第1構造體組直線狀地伸展，該第2構造體組隨著該第1構造體組的移動而伸展。
  3. 如請求項2所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體組與該第2構造體組的端部通過共用框固定而成。
  4. 如請求項3所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體所具有的該鎖止部具有在伸展時相對於伸展方向，前面成為斜面，後面大致垂直的構造。
  5. 如請求項4所述的伸縮臂機構，其中該第2構造體具有：嵌合部，當伸展時相對於伸展方向與設置於上部的前方的角附近的該鎖止機構嵌合；以及鎖止卡合部，設置於上部的後方的角附近，與該第1構造體的該斜面抵接。
  6. 如請求項5所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部在與伸展縮短方向垂直的方向至少設置有一個。
  7. 如請求項6所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體在其連結方向連續地具備凹凸機構。
  8. 如請求項7所述的伸縮臂機構，其中使該第1構造體組移動的移動機構為與該凹凸機構嚙合的齒輪。
  9. 如請求項8所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體具有平板狀，相鄰的該第1構造體在其一端具有相對於該伸展縮短的方向在垂直方向能夠轉動的構造。
  10. 如請求項9所述的伸縮臂機構，其中該第2構造體與在連結方向的下部相鄰的第2構造體可轉動地連結。
  11. 如請求項10所述的伸縮臂機構，其中該第2構造體具有中空框構造。
  12. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部相對於伸展時的移動方向在後面具有凹部；該第2構造體具有嵌合部，為當該臂部伸展時與該凹部嵌合的突起。
  13. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部具有相對於伸展時的移動方向朝向後面的彎曲部；該第2構造體的該嵌合部為當伸展時與該彎曲部嵌合的柱狀體。
  14. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部具有相對於伸展時的移動方向朝向後面的彎曲部；該第2構造體的該嵌合部為當伸展時與該彎曲部嵌合的半球形。
  15. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中該第2構 造體在該第2構造體組成為直線狀時，對相鄰設置的該第2構造體所接觸的部分所對應的位置，在任一方具有凹部，在另一方的該第2構造體上具有與該凹部嵌合的彈性突起。
  16. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體在該第1構造體組成為直線狀時，在相鄰設置的該第1構造體所接觸的部分所對應的位置，在任一方的該第1構造體上具有凹部，在另一方的該第1構造體上具有與該凹部嵌合的彈性突起。
  17. 如請求項11所述的伸縮臂機構，其中當該第1構造體組與該第2構造體組嵌合時，該第1構造體與該第2構造體在相鄰設置的該第1構造體與該第2構造體接觸的部分所對應的位置，在任一方具有凹部，在另一方具有與該凹部嵌合的彈性突起。
  18. 一種伸縮臂機構，包括：由多個第1構造體連結而成的一第1構造體組、以及多個第2構造體連結而成的一第2構造體組構成，該第1構造體具有在移動方向連續地設置的凹凸機構與在其左右固定該第2構造體的鎖止部，該第2構造體與在連結方向的下部相鄰的第2構造體連結，在其上部的一角附近具備與該鎖止部嵌合的嵌合部，同時具備在該第2構造體的上部的其他的角附近具有斜面的鎖止卡合部，當伸展時，使齒輪正旋轉，通過與該凹凸機構嚙合的 齒輪的旋轉使該第1構造體向連結方向移動，通過該第2構造體的該嵌合部與該鎖止卡合部將該第2構造體固定於該第1構造體。
  19. 如請求項18所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部相對於伸展時的移動方向在後面具有凹部；該第2構造體的該嵌合部為當伸展時與該凹部嵌合的突起。
  20. 如請求項18所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部具有相對於伸展時的移動方向朝向後面的彎曲部；該第2構造體的嵌合部為當伸展時與該彎曲部嵌合的柱狀體。
  21. 如請求項18所述的伸縮臂機構，其中該第1構造體的該鎖止部具有相對於伸展時的移動方向朝向後面的彎曲部；該第2構造體的該嵌合部為在伸展時與該彎曲部嵌合的半球形。
  22. 如請求項18所述的伸縮臂機構，其中當該第2構造體組成為直線狀時，該第2構造體在相鄰設置的該第2構造體所接觸的部分所對應的位置，在任一方具有凹部，在另一方的該第2構造體具有與該凹部嵌合的彈性突起。
  23. 一種機械臂，包括：多個第1構造體連結而成的一第1構造體組、以及多個第2構造體連結而成的一第2構造體組，該第1構造體分別具有固定該第2構造體的鎖止部， 當伸展時，通過該鎖止部使該第2構造體固定於該第1構造體。
  24. 一種伸縮臂機構，包括：第1構造體組，由具有能夠彎曲地連結的平板形狀的多個第1構造體構成；第2構造體組，由具有能夠彎曲地連結的槽形的多個第2構造體構成，該多個第1構造體中前端的第1構造體與該多個第2構造體中前端的該第2構造體連接，通過保持該第1構造體組與該第2構造體組的接合狀態來限制各個彎曲從而構成作為具備規定的剛性的柱狀體的臂部，通過該第1構造體組與該第2構造體組的分離來解除柱狀體，使該第1，第2構造體組分別恢復到彎曲狀態，以及鎖止構造，用於保持該第1構造體組與該第2構造體組的接合狀態，該鎖止構造具有分別設置於該第1構造體的鎖止部與設置於該第2構造體各自的前後的一對鎖止卡合部，當該第1、第2構造體組伸展時，該第1構造體的鎖止部被相鄰的該第2構造體的一對鎖止卡合部夾持，保持與該第1、該第2構造體組的接合狀態，當該第1、第2構造體組收縮時，該第1構造體的鎖止部從相鄰的該第2構造體的一對鎖止卡合部脫離，解除該第1、該第2構造體組的接合狀態，該第1、該第2構造體組分別恢復到能夠彎曲的狀態。
  25. 如請求項24所述的伸縮臂機構，其中該鎖止部與該鎖止卡合部的一方具有鎖銷，該鎖止部與該鎖止卡合 部的另一方具有鎖銷孔，通過將該鎖銷插入該鎖銷孔，從而保持與該第1、該第2構造體組的接合狀態，通過從該鎖銷孔將該鎖銷拔出，從而該第1、該第2構造體組分別恢復到能夠彎曲的狀態。
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