直动伸缩机构及机械臂机构的制作方法

本发明的实施方式涉及一种直动伸缩机构及机械臂机构。

背景技术：

以往，多关节机械臂机构被用于产业用机器人等各种领域。这样的多关节机械臂机构中，例如，装备有直动伸缩机构。直动伸缩机构具备例如能够弯曲地排状连结的多个连结链节。当臂伸展时，多个连结链节从收纳在支撑体内的状态其弯曲被限制，由此，成为具有一定刚性的柱状体并送出。另一方面，当臂收缩时，柱状体被拉回，在支撑体内解除其弯曲的限制，变得能够弯曲并被收纳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提高直动伸缩机构的臂部的刚性。

本实施方式所涉及的直动伸缩机构，具有：第一连结链节排，所述第一连结链节排由能够弯曲地连结的、具有平板形状的多个第一连结链节构成；第二连结链节排，所述第二连结链节排由能够弯曲地连结的、具有剖面“コ”字形的多个第二连结链节构成，所述多个第二连结链节中的最前头的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的最前头的第一连结链节连接，通过所述第一、第二连结链节排的接合构成弯曲受限制且筒状的柱状体，通过所述第一、第二连结链节排的分离，解除所述柱状体；以及射出部，将所述第一连结链节排与所述第二连结链节排接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，所述第一连结链节具有与所述第二连结链节的侧板的间隔大致相等的宽度，嵌入所述第二连结链节中。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图；

图2是通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构的图；

图3是图1的机械臂机构的侧面图；

图4是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的第一连结链节的结构的侧面图；

图5是表示图4的第一连结链节的后方的结构的立体图；

图6是表示图4的第一连结链节的前方的结构的立体图；

图7是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的第二连结链节的结构的侧面图；

图8是图7的第二连结链节24的a-a´剖面图；

图9是表示图7的第二连结链节的后方的结构的立体图；

图10是表示图7的第二连结链节的前方的结构的立体图；

图11是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的臂部的结构的立体图；

图12是表示图11的臂部的特征部分的剖面图；

图13是表示第一变形例所涉及的机械臂机构的臂部的结构的立体图；

图14是表示图13的臂部的特征部分的剖面图；

图15是表示第二变形例所涉及的机械臂机构的臂部的结构的立体图；

图16是表示图15的臂部的特征部分的剖面图；

图17是表示第三变形例所涉及的机械臂机构的臂部的特征性结构的剖面图；以及

图18是表示第四变形例所涉及的机械臂机构的臂部的特征性结构的剖面图。

具体实施方式

图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图。图2通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构。机械臂机构包含：大致圆筒形状的基部1；以及与基部1连接的臂部2。在臂部2的前端安装有被称为末端执行器的末端效应器3。图1表示把可把持住对象物的手部作为末端效应器3。作为末端效应器3，不限定于手部，还可以是其他工具，或照相机、显示器。也可以在臂部2的前端设置可以更换为任意种类的末端效应器3的转接器。

臂部2具有多个、在此是6个关节部j1、j2、j3、j4、j5、j6。多个关节部j1、j2、j3、j4、j5、j6从基部1依序配设。一般而言，第一、第二、第三关节部j1、j2、j3被称为根部3轴，第四、第五、第六关节部j4、j5、j6被称为改变手部3的姿势的腕部3轴。构成根部3轴的关节部j1、j2、j3中的至少一个是直动关节。这里，第三关节部j3构成为直动关节，特别是伸缩距离比较长的关节部。

第一关节部j1是以例如被基座面垂直支撑的第一旋转轴ra1为中心的扭转关节。第二关节部j2是以相对于第一旋转轴ra1垂直配置的第二旋转轴ra2为中心的弯曲关节。第三关节部j3是以相对于第二旋转轴ra2垂直配置的第三轴（移动轴）ra3为中心，直线地伸缩的关节。第四关节部j4是以与第三移动轴ra3一致的第四旋转轴ra4为中心的扭转关节，第五关节部j5是以相对于第四旋转轴ra4正交的第五旋转轴ra5为中心的弯曲关节。第六关节部j6是以相对于第四旋转轴ra4正交、且相对于第五旋转轴ra5垂直配置的第六旋转轴ra6为中心的弯曲关节。

形成基部1的臂支撑体（第一支撑体）11a具有以第一关节部j1的旋转轴ra1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第一关节部j1安装在未图示的固定台上。第一关节部j1旋转时，第一支撑体11a与臂部2的旋转一同轴旋转。另外，第一支撑体11a也可以固定在接地层上。在此情形时，设置成与第一支撑体11a分开，臂部2独立旋转的构造。在第一支撑体11a的上部连接有第二支撑部11b。

第二支撑部11b具有与第一支撑部11a连续的中空构造。第二支撑部11b的一端安装在第一关节部j1的旋转部上。第二支撑部11b的另一端开放，第三支撑部11c在第二关节部j2的旋转轴ra2转动自如地嵌入。第三支撑部11c具有与第一支撑部11a及第二支撑部连通的鳞状的外包装构成的中空构造。第三支撑部11c伴随着第二关节部j2的弯曲旋转，其后部被收纳或送出至第二支撑部11b。构成臂部2的直动关节部的第三关节部j3的后部通过其收缩，被收纳在第一支撑部11a与第二支撑部11b的连续的中空构造的内部。

形成基部1的臂支撑体（第一支撑体）11a具有以第一关节部j1的旋转轴ra1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第一关节部j1安装在未图示的固定台上。当第一关节部j1旋转时，第一支撑体11a与臂部2的旋转一同轴旋转。另外，第一支撑体11a也可以固定在接地层上。在此情形时，设置成与第一支撑体11a分开，臂部2独立旋转的构造。在第一支撑体11a的上部连接有第二支撑部11b。

第三支撑部11c在其后端下部以旋转轴ra2为中心能够转动自如地嵌入第二支撑部11b的开放端下部。由此，构成作为以旋转轴ra2为中心的弯曲关节部的第二关节部j2。如果第二关节部j2转动，那么，臂部2与手部3一同以第二关节部j2的旋转轴ra2为中心在垂直方向转动，即进行起伏动作。

第四关节部j4是具有沿臂部2的伸缩方向的臂中心轴，即与第三关节部j3的移动轴ra3典型地一致的旋转轴ra4的扭转关节。如果第四关节部j4旋转，那么，从第四关节部j4至前端，手部3以旋转轴ra4为中心旋转。第五关节部是具有相对于第四关节部j4的移动轴ra4正交的旋转轴ra5的弯曲关节部。如果第五关节部旋转，那么，从第五关节部j5至前端与手部3一同上下转动。第六关节部j6是具有与第四关节部j4的旋转轴ra4正交，并且与第五关节部j5的旋转轴ra5垂直的旋转轴ra6的弯曲关节。如果第六关节部j6旋转，那么，手部3左右旋转。

如上所述，作为关节部的第三关节部j3是构成臂部2的主要构成部分。在臂部2的前端安装的手部3通过第一、第二、第三关节部j1、j2、j3能够移动至任意位置，通过第四、第五、第六关节部j4、j5、j6能够配置成任意姿势。特别是第三关节部j3的直动伸缩距离的长度可实现手部3对基部1的附近位置至远距离位置的大范围的对象的作用。第三关节部j3的特征在于通过构成其的直动伸缩机构所实现的直动伸缩距离的长度。

图3是表示图1的机械臂机构的侧面图。如图3所示，直动伸缩机构具有第一连结链节排21和第二连结链节排22。第一连结链节排21由多个第一连结链节23构成。前后的第一连结链节23通过销在相互的端部位置弯曲自如地连结成排状。第一连结链节排21能够向内侧和外侧自如地弯曲。

第二连结链节排22由多个第二连结链节24构成。前后的第二连结链节24通过销在相互的底面端部位置弯曲自如地连结成排状。第二连结链节排22能够向内侧弯曲。第二连结链节24的剖面是“コ”字形，因此，第二连结链节排22的相邻的第二连结链节24的侧板彼此冲突，因此，第二连结链节排22无法向外侧弯曲。另外，将第一连结链节23（第二连结链节24）、第一连结链节23（第二连结链节24）的朝向第二旋转轴ra2的面作为内面，将其相对侧的面作为外面。

第一连结链节排21中的最前头的第一连结链节23与第二连结链节排22中的最前头的第二连结链节24通过结合链节26连接。例如，结合链节26具有将第二连结链节24和第一连结链节23合成的形状。

臂伸展时，结合链节26成为始端，第一、第二连结链节排21、22从第三支撑部11c的开口向外送出。第一、第二连结链节排21、22通过第三支撑体11c的开口附近的射出部30相互接合。当维持第一、第二连结链节排21、22的接合状态时，第一、第二连结链节排21、22的弯曲相互限制。由此，第一、第二连结链节排21、22构成具备一定刚性的柱状体。柱状体是指对第二连结链节排22接合第一连结链节排21而成的柱状的棒体。该柱状体将第二连结链节24与第一连结链节23一同作为整体，构成各种剖面形状的筒状体。筒状体是指上下左右由顶板、底板及两侧板包围，前端部和后端部开放的形状。

臂收缩时，第一、第二连结链节排21、22被拉回至第三支撑体11c的开口。构成柱状体的第一、第二连结链节排21、22在射出部30的后方相互分离。分离的第一、第二连结链节排21、22分别恢复能够弯曲的状态，分别弯曲，收纳在第一支撑体11a的内部。

如图3所示，第一连结链节排21和第二连结链节排22通过设置在第三支撑体11c的开口附近的射出部30接合。

射出部30是由多个上部辊31和多个下部辊32被方管形状的框架35支撑而成。例如，多个上部辊31间隔与第一连结链节23的长度大致相等的间隔，沿臂中心轴排列。同样地，多个下部辊32间隔与第二连结链节24的长度大致相等的间隔沿臂中心轴排列。在射出部30的后方，导辊40和驱动齿轮50以夹着第一连结链节排21相对的方式而设置。驱动齿轮50通过未图示的减速器与马达55连接。在第一连结链节23的内面沿连结方向形成有线性齿轮239。当多个第一连结链节23排列成直线状时，相互的线性齿轮239连结成直线状，构成长的线性齿轮。驱动齿轮50与直线状的线性齿轮啮合。连结成直线状的线性齿轮239与驱动齿轮50一同构成齿条与齿轮机构。

臂伸展时，如果马达55驱动，驱动齿轮50正向旋转，那么，第一连结链节排21通过导辊40成为与臂中心轴平行的姿势，被引导至上部辊31与下部辊32之间。伴随着第一连结链节排21的移动，第二连结链节排22被配置在射出部30的后方的未图示的导轨引导至射出部30的上部辊31与下部辊32之间。射出部30通过上部辊31和下部辊32，将第一连结链节排21和第二连结链节排22相互按压，构成柱状体的同时，在上下左右支撑其柱状体。基于第一连结链节排21和第二连结链节排22的接合的柱状体沿第三移动轴ra3被直线地送出。

臂收缩时，如果马达55驱动，驱动齿轮50逆向旋转，那么，与驱动齿轮50卡合的第一连结链节排21被拉回至第一支撑体11a内。伴随着第一连结链节排的移动，柱状体被拉回至第三支撑体11c内。被拉回的柱状体在射出部30后方分离。例如，构成柱状体的第一连结链节排21被导辊40与驱动齿轮50夹持，构成柱状体的第二连结链节排22被重力拉向下方，由此，第二连结链节排22和第一连结链节排21相互分离。分离的第二连结链节排22和第一连结链节排21收纳在第一支撑体11a中。

以下，参照图4至11对本实施方式所涉及的机械臂机构的臂部2的结构进行说明。首先，参照图4至6，对构成第一连结链节排21的第一连结链节23的结构进行说明。

图4是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的第一连结链节23的结构的侧面图。图5是表示图4的第一连结链节23的后方的结构的立体图。图6是表示图4的第一连结链节23的前方的结构的立体图。

第一连结链节23构成大致平板形。在第一连结链节23的后方中央设置有针孔壳231。第一连结链节23的前方两端分别设置有针孔壳232、233。针孔壳231、232、233的各个针孔在第一连结链节23的宽度方向平行地开放。针孔壳232、233间隔与后方的针孔壳231的宽度大致相等的距离分散在宽度方向的两端。后方的针孔壳231插入前方的针孔壳232、233之间。在该状态下，前方的针孔壳232、233的针孔与后方的针孔壳231的针孔连续地连接。连续地连接的针孔中插入单一的销。如此，多个第一连结链节23连结成排状，构成第一连结链节排21。前后的第一连结链节23能够以针孔为中心相互地旋转。由此，第一连结链节排21能够弯曲。第一连结链节排21的弯曲角度能够通过第一连结链节23的剖面形状、针孔的位置、针孔壳231、232、233的形状等进行限制。例如，第一连结链节排21能够向内侧弯曲，但是不能向外侧弯曲地构成。

在第一连结链节23的内面的两侧中央分别设置有剖面梯形的针孔块234、235。针孔块234、235上，锁针孔开放。

接着，参照图7至9，对构成第二连结链节排22的第二连结链节24的结构进行说明。另外，参照图10、11对第一连结链节排21和第二连结链节排22的接合结构进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的第二连结链节24的结构的侧面图。图8是图7的第二连结链节24的a-a´剖面图。图9是表示图7的第二连结链节24的后方的结构的立体图。图10是表示图7的第二连结链节24的前方的结构的立体图。图11是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的臂部2的结构的立体图。图12是表示图11的臂部2的特征部分的剖面图。

第二连结链节24构成为短槽状体。第二连结链节24具有大致“コ”字形的剖面。在第二连结链节24上，针孔壳241、242、243；刀轮架244、245；及锁销块246、247一体成型。

在第二连结链节24的后方中央设置有针孔壳241。在第二连结链节24的前方两端分别设置针孔壳242、243。针孔壳241、242、243的每一个的针孔在第二连结链节24的宽度方向平行地开放。针孔壳242、243间隔与后方的针孔壳241的宽度大致相等的距离分散在宽度方向的两端。后方的针孔壳241插入前方的针孔壳242、243之间。在该状态下，前方的针孔壳242、243的针孔与后方的针孔壳241的针孔连续地连接。连续地连接的针孔中插入单一的销。如此，多个第二连结链节24连结成排状，构成第二连结链节排22。前后的第二连结链节24能够以针孔为中心相互地旋转。由此，第二连结链节排22能够向内侧和外侧弯曲。第二连结链节排22的弯曲角度能够根据剖面形状、针孔的位置、针孔壳241、242、243的形状等进行限制。本实施方式所涉及的第二连结链节24是剖面大致“コ”字形，因此，第二连结链节排22具有能够向外侧，但是无法向内侧弯曲的性质。

刀轮架244、245分别形成在第二连结链节24的后端的、两侧板的上方的内侧。锁销块246、247分别形成在第二连结链节24的前端的、两侧板的上方的内侧。锁销块246、247具有分别插入上述的针孔块234、235的针孔的锁销。锁销在第二连结链节24的长度方向具有平行的中心轴。锁销的形状及轴长配合针孔而设计。如果第二连结链节排22排列成直线状，那么前面的第二连结链节24的刀轮架244、245与后面的第二连结链节24的锁销块246、247之间形成特定形状的嵌合接收部。刀轮架244、245和锁销块246、247以嵌合接收部成为与第一连结链节23的针孔块234、235大致一致的形状的方式进行其形状和位置的设计。

针孔块234、235与刀轮架244、245和锁销块246、247一同构成锁定机构。针孔块234、235在第一、第二连结链节排21、22排列成直线状，相互按压时，分别嵌入嵌合接收部中。这时，锁销块246、247的锁销分别插入中针孔块234、235的针孔。由此，第一连结链节23相对第二连结链节24锁定。该锁定状态通过针孔块234、235嵌入嵌合接收部中的方式维持。如图11所示，如上所述的接合的第一、第二连结链节排21、22构成具有一定刚性的柱状体。该柱状体具有剖面大致口字形状的筒形状。

以下，对本实施方式所涉及的直动伸缩机构的第一连结链节排21嵌入第二连结链节排22的结构进行说明。本实施方式中，作为第一连结链节排21嵌入第二连结链节排22的结构，将高低差嵌合结构作为例子进行说明。

第二连结链节24的两侧板的边部248、249由两种厚度构成，加工成台阶状。由此，设置从边部248、249的内侧朝向外侧上升的一段高低差。为了方便说明，边部248、249的各面区分称为与第二连结链节24的侧面（表面）垂直的上段面及下段面、以及与第二连结链节24的侧面平行的高低差面。边部248、249的上段面称为第二连结链节24的侧板的外侧的边面。边部248、249的下段面称为第二连结链节24的侧板的内侧的边面。边部248、249的高低差面介于上段面与下段面之间，较佳的是，垂直介于上段面与下段面之间。

较佳的是，上段面与下段面设置为相同宽度，换言之，分别具有侧板的厚度的1/2的宽度。高低差面的深度d21（以下，称为高低差d21。）是与第一连结链节23的厚度t11大致相等的深度。另外，边部248、249的高低差面间的距离w21与第一连结链节23的宽度w11大致相等。由此，如图11所示，能够将第一连结链节23嵌入第二连结链节24的两侧板的高低差部分。这时，第二连结链节24的上方开口被第一连结链节23盖住。边部248、249的上段面与第一连结链节23的外面连续。因此，基于第一、第二连结链节排21、22的接合的柱状体的外周显示为几乎没有凹凸的口字。边部248、249的下段面接收第一连结链节23。边部248、249的高低差面从侧方抑制第一连结链节23。换言之，第二连结链节24的侧板从内侧被第一连结链节23支撑。

通过上述的第一、第二连结链节排21、22的高低差嵌合结构，能够得到以下的效果。即，通过第一、第二连结链节排21、22的接合构成柱状体。在该柱状体中，第一连结链节排21嵌入设置在第二连结链节排22的两侧板上的高低差部分，即，在第二连结链节排22的上方开口。由此，第二连结链节排22的侧面从内侧被第一连结链节排21支撑。因此，本实施方式所涉及的直动伸缩机构在臂部2的侧方能够提高刚性。

另外，设置在本实施方式所涉及的第二连结链节24的两侧板上的高低差的深度d21不限定于与第一连结链节23的厚度t11大致相等。

（第一变形例）

图13是表示第一变形例所涉及的机械臂机构的臂部2的结构的立体图。图14是表示图13的臂部2的特征性结构的剖面图。如图14所示，设置在第二连结链节24的两侧板的边部248、249上的高低差d22可以比第一连结链节23的厚度t11深。如图13所示，在第一、第二连结链节排21、22的接合的柱状体中，嵌入第二连结链节排22的两侧板的高低差部分的第一连结链节排21的表面比第二连结链节排22的两侧板的边面更收纳在内侧。换言之，第一连结链节排21埋入第二连结链节排22中。因此，第一变形例也可以提高臂部2的刚性。

（第二变形例）

图15是表示第二变形例所涉及的机械臂机构的臂部2的结构的立体图。图16是表示图15的臂部2的特征性结构的剖面图。如图16所示，设置在第二连结链节24的边部248、249上的高低差d23可以比第一连结链节23的厚度t11浅。如图15所示，基于第一、第二连结链节排21、22的接合的柱状体中，第一连结链节排21的表面比第二连结链节排22的两侧板的边面更向外侧突出。但是，第二连结链节排22的侧面被第一连结链节排21从内侧支撑。因此，第二变形例也可以提高臂部2的刚性。另外，因为柱状体能够构成为槽形状，所以，能够活用槽部分。

（第三变形例）

当设置在第二连结链节24的边部248、249上的高低差d23比第一连结链节23的厚度t11浅时，使第一连结链节23称为图17所示的结构，由此，能够将臂部2的刚性进一步提高。

图17是表示第三变形例所涉及的机械臂机构的臂部2的特征性结构的剖面图。如图17所示，第一连结链节23加工成与第二连结链节24的边部248、249的台阶形状相同的台阶形状。由此，在第一连结链节23的侧面设置一段高低差。设置在第一连结链节23的侧面上的高低差具有与设置在第二连结链节24的两侧板的高低差d23大致相等的深度t12。第一连结链节23的外面具有与第二连结链节24的两侧板的外寸w22大致相等的宽度w12。第一连结链节23的内面具有与第二连结链节24的边部248、249的高低差面间的距离w21大致相等的宽度w11。第二连结链节24的侧板的台阶状的边部248、249与第一连结链节23的台阶状的侧面边部啮合。由此，第二连结链节24的上方开口被第一连结链节23完全覆盖。基于第一、第二连结链节排21、22的接合的柱状体的外周表示出基本没有凹凸的剖面口字。因此，图17所示的嵌入结构相比图15、16所示的嵌入结构，能够提高臂部2的刚性。

（第四变形例）

至此，作为第一连结链节23嵌入第二连结链节24的结构，以高低差嵌合结构作为例子进行了说明。但是，如果是将第一连结链节23嵌入第二连结链节24的结构，那么其结构可以是其他结构。例如，作为将第一连结链节排21嵌入第二连结链节排22的结构，可以使用锥形嵌合结构。

图18是表示第四变形例所涉及的机械臂机构的臂部2的特征性结构的剖面图。如图18所示，第一连结链节23具有剖面等腰梯形形状。第一连结链节23的两侧面从内侧朝向外侧扩大地倾斜。带有从外面朝向内面，宽度变窄的锥形。第一连结链节23的外面具有比第一连结链节23的内面的宽度w13更大的宽度w14。

第二连结链节24的两侧板的边部248、249加工成开口扩大的锥形形状。具体而言，第二连结链节24的两侧板的边部248、249带有从内侧朝向外侧扩大的倾斜。也就是说，边部248、249上形成朝向边面，侧板的厚度变薄的斜面。两侧板的锥形部分是第一连结链节23的厚度t13以上，较佳的是，具有大致相等的深度d31。两侧板的锥形部分具有与第一连结链节23的内面的宽度w13大致相等的内部宽度w31。两侧板的锥形部分具有与第一连结链节24的外面的宽度w14大致相等的外部宽度w32。由此，如图18所示，第一连结链节23的两侧面与第二连结链节24的两侧板的锥形部分嵌合。因此，基于第一、第二连结链节排21、22的接合的柱状体的外周显示为几乎没有凹凸的剖面口字。形成在边部248、249上的斜面接收第一连结链节23，从外侧抑制第一连结链节23。换言之，第二连结链节24的侧板从内侧被第一连结链节23支撑。因此，第四变形例也可以提高臂部2的刚性，进而，能够顺畅地进行第一连结链节23相对第二连结链节24的接合和分离。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

附图标记说明

1：基部

2：臂部

3：末端效应器

j1、j2、j4、j5、j6：旋转关节部

j3：直动关节部

11a：第一支撑体

11b：第二支撑体

11c：第三支撑体

21：第一连结链节排

22：第二连结链节排

23：第一连结链节

24：第二连结链节

26：结合链节

30：射出部

40：导辊

50：驱动齿轮

55：马达。