一种可伸缩的机械装置[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710827322.7
(22)申请日 2017.09.14
(71)申请人 如皋市创锐机械有限公司
地址 226500 江苏省南通市如皋市如城街
道佩尔斯路98号
(72)发明人 陈修玲　
(51)Int.Cl.
B25J 18/02(2006.01)
(54)发明名称一种可伸缩的机械装置(57)摘要一种可伸缩的机械装置，该机械臂包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列相互铰接的链节组成，且伸缩链条具有弯曲单向性；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂。

各链节下部具有蜗轮齿，蜗轮齿与蜗杆啮合，紧密接触的链节下部形成连续的蜗轮齿廓，通过电机驱动蜗杆转动，实现机械臂沿蜗杆轴向伸出或收回。

同步带和伸缩链条经刮板强制分离后存储在竖直的圆筒内，机械臂能够随支撑转台绕圆筒中心线在水平面内旋转。

本发明解决了机械臂在
约束空间中长距离伸缩的难题。

权利要求书1页 说明书3页CN 107433619 A 2017.12.05
C N 107433619
A
1.一种可伸缩的机械装置，其特征在于，包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列链节组成；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂；链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿；
支撑嘴包括刮板、支撑壳板、压紧轮、支撑轮和导向板，导向板上方设有刮板，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移；在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮连接蜗杆。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩的机械装置，其特征在于，伸缩链条由一系列规格相同的链节交替铰接而成，在链节的下部含有两个通孔，销轴穿过通孔将所有链节连接为一体；链节采用中空结构。

3.根据权利要求1所述的一种可伸缩的机械装置，其特征在于，末端器安装在机械臂末端，末端器与链首连接并相对固定，末端器含有两个转动关节和抓手。

4.根据权利要求1所述的一种可伸缩的机械装置，其特征在于，机械臂安装在支撑转台上，能够支撑绕转台的轴线旋转。

5.应用如权利要求1-4任意一项所述的一种可伸缩的机械装置的方法，其特征在于，电机经一级齿轮减速将动力传递至蜗杆，蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴线方向伸出和收回；
当蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴向收回时，刮板强制将同步带和伸缩链条剥离，机械臂中的链节由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，伸缩链条能够向下弯曲；
在重力和蜗杆驱动力的作用下，彼此分离的同步带和伸缩链条向下运动。

权　利　要　求　书1/1页CN 107433619 A
一种可伸缩的机械装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种机械臂，具体说，涉及一种可伸缩的机械装置。

背景技术
[0002]机械臂是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器设备。

工业机器人等机械臂在自动化生产线中广泛应用，机械臂一般由多个转动关节组成，关节处容易夹持物品等，工业类机械臂难以应用在与人共融的服务机器人领域。

服务于人类的机器手臂需满足安全性高、占用空间小、操作空间大的要求，本发明的伸缩式机械臂占用空间小、伸缩距离大，并且不存在转动关节，在人类周围工作时安全性高。

发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种截面小、伸缩距离长的伸缩式机械臂，以解决上述问题。

[0004]一种可伸缩的机械装置，其特征在于，包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列链节组成；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂。

链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿；
支撑嘴包括刮板、支撑壳板、压紧轮、支撑轮和导向板，导向板上方设有刮板，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移。

在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮连接蜗杆。

[0005]进一步，伸缩链条由一系列规格相同的链节交替铰接而成，在链节的下部含有两个通孔，销轴穿过通孔将所有链节连接为一体；链节采用中空结构。

[0006]进一步，末端器安装在机械臂末端，末端器与链首连接并相对固定，末端器含有两个转动关节和抓手。

[0007]进一步，机械臂安装在支撑转台上，能够支撑绕转台的轴线旋转。

[0008]电机经一级齿轮减速将动力传递至蜗杆，蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴线方向伸出和收回；
当蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴向收回时，刮板强制将同步带和伸缩链条剥离，机械臂中的链节由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，伸缩链条能够向下弯曲；
在重力和蜗杆驱动力的作用下，彼此分离的同步带和伸缩链条向下运动。

[0009]进一步，伸缩链条由一系列规格相同的链节交替铰接而成，在链节的下部含有两个通孔，销轴穿过通孔将所有链节连接为一体；链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶
面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿。

[0010]进一步，支撑嘴包含三个压紧轮和两个支撑轮，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移。

[0011]进一步，同步带与伸出的链节啮合后，相邻两链节顶部被同步带拉紧，伸出的相邻两链节保持紧密接触，因此，紧密接触的链节形成具有一定刚度的机械臂，机械臂由支撑嘴的压紧轮和支撑轮共同支撑。

[0012]进一步，末端器安装机械臂末端，末端器与伸缩链连接并相对固定，末端器含有两个转动关节和抓手。

[0013]进一步，在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮减速将动力传递至蜗杆，蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴线方向伸出和收回。

[0014]进一步，当蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴向收回时，刮板强制将同步带和伸缩链条剥离，机械臂中的链节由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，伸缩链条能够向下弯曲。

[0015]与现有技术相比本发明的有益效果是：该伸缩式机械臂具有缩回占用空间小、安全性高、伸缩距离长的优点，且伸缩链条所形成的机械臂截面小；采用蜗轮蜗杆传动方式，机械臂伸出和收回运动速度平稳。

同时，所形成的机械臂能够承受任意方向的作用力，适用于伸缩式服务机器人领域。

具体实施方式
[0016]一种可伸缩的机械装置，该该机械臂包括伸缩链条100、同步带2、末端器4、支撑转台6、支撑嘴、蜗杆16及电机19，所述伸缩链条100由一系列链节1组成；所述同步带2位于所述伸缩链条的上部，所述同步带2的首端固定于链首3，所述同步带2与所述链节1上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的所述链节1依次形成长度可变的机械臂21。

[0017]在本实施例中，所述伸缩链条100由一系列规格相同的所述链节1交替铰接而成，在所述链节1的下部含有两个通孔，销轴11穿过通孔将所有所述链节1连接为一体，所述伸缩链条100的所述链节1彼此在一定范围内可相互转动。

所述链节1的两端面平行且垂直于底面，所述链节1的顶面均匀分布有齿形沟槽，所述链节1的底面均匀分布有蜗轮齿，所述链节1采用中空结构，以减轻所述伸缩链条100及所述机械臂21的重量。

[0018]在本实施例中，本发明的支撑嘴包括支撑壳板5、压紧轮8、支撑轮9和导向板10，所述压紧轮8和所述支撑轮9安装在所述支撑壳板5上，三个所述压紧轮8共同压紧所述同步带2和所述伸缩链条100，两个支撑轮9共同支撑所述伸缩链条100。

当所述同步带2和所述伸缩链条100经支撑嘴伸出时，所述支撑轮9支撑伸出的伸缩链条和所述末端器4，所述压紧轮8强制所述同步带2与所述链节1的齿形沟槽配合，且确保所述同步带2与所述链节1之间不产生相对位移。

所述导向板10用于对所述伸缩链条100导向，便于所述伸缩链条100平稳进入支撑嘴。

[0019]在本实施例中，所述同步带2与伸出的所述链节1啮合后，相邻两链节顶部被所述同步带2拉紧，伸出的相邻两链节保持紧密接触且具有较强的刚度，因此，伸出的所述链节1
形成具有一定刚度的所述机械臂21。

所述机械臂21的截面形态由所述链节1决定，所述机械臂21水平伸出后呈直线形态，且所述机械臂21的长度可任意变化。

所述压紧轮8和所述支撑轮9共同支撑所述机械臂21，在所述伸缩链条100伸出过程中，所述机械臂21与支撑嘴之间为滚动摩擦，从材料力学角度看，所述机械臂21为悬臂梁结构。

为所述机械臂21的最大伸展状态，所述伸缩链条100的所有所述链节1彼此保持近似刚性链节，所述同步带2位于所述机械臂21的上部，所述同步带2一端固定在所述链首3，另一端被所述压紧轮8压紧，所述同步带2拉紧所有所述链节1，以保持所述机械臂21具有足够的刚度。

[0020]在本实施例中，所述末端器4安装所述机械臂21末端，所述末端器4与链首2连接并相对固定，所述链首2与所述机械臂21最前端的所述链节1连接并固定。

所述末端器4包含一级关节12、二级关节13和抓手14，三者呈串联分布，所述抓手14能够在局部球面内任意位置可达，辅助所述机械臂21完成精细操作。

[0021]在本实施例中，所述机械臂21、所述支撑壳板5、所述末端器4安装在所述支撑转台6上，所述支撑转台6具有单转动自由度，三者能够绕所述支撑转台6的轴线旋转。

本发明一种可伸缩的机械装置能够通过所述支撑转台6安装在轮椅、多功能病床等上，与人共融地协助及服务人类。

[0022]在本实施例中，所述链节1底面含有沿所述蜗杆16轴向排列的蜗轮齿，在支撑嘴处的所述链节1呈直线排列，所述链节1的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，该蜗轮齿组与所述蜗杆16啮合，所述电机19经一级齿轮18和二级齿轮17减速，所述二级齿轮17与所述蜗杆16连接为一体，所述电机19的动力被传递至所述蜗杆16，所述蜗杆16驱动所述伸缩链条100沿所述蜗杆16的轴线方向伸出和收回。

[0023]在本实施例中，当所述蜗杆16驱动所述伸缩链条100沿所述蜗杆16轴向收回时，刮板15强制将所述同步带2和所述伸缩链条100剥离，所述链节1由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，所述伸缩链条100能够向下弯曲。

在重力和蜗杆驱动力的作用下，彼此分离的所述同步带2和所述伸缩链条100向下运动，所述同步带2和所述伸缩链条100储存在竖直的所述圆筒7中。

[0024]本发明提供一种可伸缩的机械装置，具有如下有益效果：
1)该伸缩式机械臂具有缩回占用空间小、安全性高、伸缩距离长的优点，且伸缩链条所形成的机械臂截面小。

[0025]2)采用蜗轮蜗杆传动方式，机械臂伸出和收回运动速度平稳。

[0026]3)所形成的机械臂能够承受任意方向的作用力，适用于伸缩式服务机器人领域。