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：

发明要解决的问题

具备直动伸缩机构的机械臂机构能够在各种情形下使用。因此，本实施方式的目的在于提供一种具备根据用途的直动伸缩臂的机械臂机构。

用于解决问题的方案

本实施方式所涉及的直动伸缩机构，具备：多个第一连结链节，能够弯曲地连结；多个第二连结链节，能够弯曲地连结，所述多个第二连结链节中的前端的第二连结链节与所述多个第一连结链节中的前端的第一连结链节连接，所述第一连结链节在其上部与所述第二连结链节接合，由此，弯曲被限制，构成柱状体，通过所述第一、第二连结链节的分离，解除所述柱状体；以及射出部，将所述第一连结链节与所述第二连结链节接合，构成所述柱状体的同时，支撑所述柱状体，所述第一连结链节与所述第二连结链节一同作为整体具有剖面大致圆形状或剖面大致椭圆形状的筒形状。

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二连结链节的构造的图；

图5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构造的图；

图6是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的柱状体的构造的图；

图7是用于说明本实施方式所涉及的、构成剖面大致圆形状的第一连结链节和第二连结链节的补充说明图；

图8是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面三角形状的柱状体的第一构成例的补充说明图；

图9是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面三角形状的柱状体的第二构成例的补充说明图；

图10是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面梯形状的柱状体的构成例的补充说明图；

图11是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面平行四边形状的柱状体的构成例的补充说明图；

图12是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面六角形状的柱状体的构成例的补充说明图；

图13是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有将长方形状变形后的形状的剖面的柱状体的构成例的补充说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本实施方式所涉及的直动伸缩机构进行说明。另外，本实施方式所涉及的直动伸缩机构能够作为单独的机构(关节)使用。但是，以下的说明中，将组装了本实施方式所涉及的直动伸缩机构的多关节机械臂机构作为例子对本实施方式所涉及的直动伸缩机构进行说明。以下的说明中，对于具有大致相同的功能及构成的构成要素，附加相同符号，重复说明仅在必要时进行。

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表示图1的机械臂机构的内部构造。机械臂机构具备：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、在此是六个关节部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、第三轴ra1、ra2、ra3被称为根部三轴，第四、第五、第六轴ra4、ra5、ra6被称为改变手部3的姿势的腕部三轴。构成根部三轴的关节部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。第一支撑体11a的上部与第二支撑部11b连接。

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。

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。

直动伸缩机构具有第一连结链节排21和第二连结链节排20。第一连结链节排21由具有相同剖面形状的多个第一连结链节23构成。前后的第一连结链节23在相互的表面位置通过销排状连结。第一连结链节排21具有能够弯曲的性质。第二连结链节排20由具有相同剖面形状的多个第二连结链节22构成。前后的第二连结链节22通过销排状连结。第二连结链节排20具有能够弯曲的性质。第二连结链节22具有与第一连结链节23大致相等的宽度。另外，第一连结链节23的背面与第二连结链节22的背面相对。因此，后述的第一连结链节23的背面方向是与第二连结链节22的表面方向相同的方向。同样地，第一连结链节23的表面方向是与第二连结链节22的背面方向相同的方向。

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20中的最前头的第二连结链节22通过结合链节26连接。结合链节26具有将第一连结链节23和第二连结链节22合成的形状。结合链节26为始端，在从第三支撑部11c的开口将第一、第二连结链节排20、21送出时，第一、第二连结链节排21、20在彼此背面相互接合。在维持第一、第二连结链节23、22的接合状态时，第一连结链节排21和第二连结链节排20的弯曲被相互限制。由此，第一、第二连结链节23、22构成具有一定刚性的柱状体。第一、第二连结链节排21、20相互分离时弯曲的限制被解除，柱状体分离。分离的第一、第二连结链节排21、20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。

臂伸展时，驱动马达m1，驱动齿轮24a正向旋转，由此，第二连结链节排20被导辊40以与臂中心轴平行的姿势引导至射出部30。另外，在第二连结链节22的背面形成用于与驱动齿轮24a啮合的单独的线性齿轮23a。前后的第二连结链节22成为直线状时，各个线性齿轮连结，构成连续的线性齿轮(齿条)。驱动齿轮24a旋转，由此，第二连结链节排20直线地移动。第一连结链节排21伴随着第二连结链节排20的移动，沿射出部30的后方的未图示的导轨被引导至射出部30。射出部30将第一连结链节排21和第二连结链节排20接合后构成柱状体的同时，支撑其柱状体。因此，引导至射出部30的第一连结链节排21与第二连结链节排20接合，成为柱状体，沿第三移动轴ra3直线地被送出。

臂收缩时，驱动马达m1，如果驱动齿轮24a逆向旋转，与驱动齿轮24a卡合的第二连结链节排20一同，柱状体朝向第三支撑体11c被拉回。拉回的柱状体在射出部30的后方被分离。例如，构成柱状体的第二连结链节排20被导辊40和驱动齿轮24a夹持，构成柱状体的第一连结链节排21通过例如重力被拉向下方，由此，第一连结链节排21与第二连结链节排20分离。分离的第一连结链节排21和第二连结链节排20收纳在第一支撑体11a中。

以下，参照图4至6对本实施方式所涉及的机械臂机构的臂部2的构造进行说明。图4是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的第二连结链节22的构造的图。图4(a)是表示第二连结链节22的后端的立体图，图4(b)是表示第二连结链节22的前端的立体图，图4(c)是第二连结链节22的后方图，图4(d)是第二连结链节22前方图，图4(e)是第二连结链节22的侧面图，图4(f)是表示第二连结链节排20的图。图5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的构造的图。图5(a)是表示第一连结链节23的后端的立体图，图5(b)是表示第一连结链节23的前端的立体图，图5(c)是第一连结链节23的后方图，图5(d)是第一连结链节23前方图，图5(e)是第一连结链节23的侧面图，图5(f)是表示第一连结链节排21的图。图6是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的柱状体的构造的图。图6(a)是柱状体的立体图，图6(b)是表示柱状体的剖面图。

通过第一连结链节23和第二连结链节22的接合，构成柱状体。柱状体是指，第一连结链节排21与第二连结链节排20接合而成的具有一定刚性的柱状的棒体。该柱状体是第一连结链节23与第二连结链节22一同作为整体，构成各种剖面形状的筒状体。筒状体被定义为，上下左右被顶板、底板及两侧板包围，前后开放的形状。

第一连结链节23以将柱状体的剖面形状分割为二的、成为一方的剖面形状的方式而构成，第二连结链节22以成为另一方的剖面形状的方式而构成。柱状体的剖面形状可以采用圆形状、椭圆形状，多边形状等的各种形状。作为典型的一个例子，如图6所示，对具有大致圆形状的剖面的柱状体的结构进行说明。将大致圆形状的剖面用直线分割为二，由此，大致圆形状的剖面被分割为二。第一连结链节23以成为其一方的剖面形状的方式而构成，第二连结链节22以成为另一方的剖面形状的方式而构成。例如，如图6所示，大致圆形状的剖面通过将其直径分割为1：2的垂线，被分割为二。第一连结链节23以成为对应其1/3部分的剖面形状的方式而构成，第二连结链节22以成为剩下的2/3部分的剖面形状的方式而构成。

如图4所示，第二连结链节22是其表面在圆弧上突出的平板。该形状可以称为半月形状也可以称为新月形状。在第二连结链节22上销孔壳221、222、223一体成型。销孔壳221、222、223具有用于连接前后的第二连结链节22的插入销的销孔。具体而言，在第二连结链节22的后端面的中央背面侧销孔壳221一体成型。另外，在第二连结链节22的前端两侧销孔壳222、223一体成型。销孔壳221、222、223的销孔具有与第二连结链节22的宽度方向平行的中心轴。在前方的第二连结链节22的销孔壳221的销孔中，后方的第二连结链节22的销孔壳222、223一同插入单一销。由此，前后的第二连结链节22连接。连接后的前后的第二连结链节22的表面及背面彼此连续。通过前后的第二连结链节22的连接的位置及第二连结链节22的剖面形状，第二连结链节排20具有能够在背面方向弯曲，但是在表面方向无法弯曲的性质。

如图5所示，第一连结链节23构成短槽状体。第一连结链节23具有大致圆弧形状的剖面。在第一连结链节23上销孔壳231、232、233一体成型。销孔壳231、232、233具有用于连接前后的第一连结链节23的插入销的销孔。具体而言，在第一连结链节23的后端面的中央背面侧上销孔壳231一体成型。另外，在第一连结链节23的前端两侧一体成型了销孔壳232、233一体成型。销孔壳231、232、233的销孔具有与第一连结链节23的宽度方向平行的中心轴。在前方的第一连结链节23的销孔壳231的销孔中，与后方的第一连结链节23的销孔壳232、23一同插入单一销。由此，前后的第一连结链节23连接。由此，第一连结链节排21的背面235、236连续。另外，第一连结链节排21的表面彼此连续。通过前后的第一连结链节23的连接的位置及第一连结链节23的剖面形状，第一连结链节排21具有在表面方向能够弯曲，但是在背面方向无法弯曲的性质。

如图6所示，第一连结链节排21和第二连结链节排20以第一连结链节排的连续的背面235、236和第二连结链节22的背面接触的状态接合。如图6所示，通过具有大致圆弧形状的剖面的第一连结链节排21与表面突出为圆弧状的半月型的第二连结链节排20的接合，构成具有大致圆形状的剖面的柱状体。

如上所述，第一连结链节排21具有在表面方向(内侧)能够弯曲的性质，第二连结链节排20具有在背面方向(内侧)能够弯曲的性质。即，第一、第二连结链节排21、20具有在相同内侧能够弯曲的性质。第一、第二连结链节排21、20相互接合时，各自的弯曲被限制。由此，第一、第二连结链节排21、20能够构成具有一定刚性的柱状体。

通过以上说明的本实施方式所涉及的机械臂机构，通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，能够构成具有一定刚性的剖面大致圆形状的柱状体(臂部2)。另外，如图3所示，第一连结链节排21在支撑体11b内向其表面方向弯曲的同时移动。此时，即使对第一连结链节排21施加在其背面方向弯曲的外力，通过前后的第一连结链节23的端面彼此的干扰，在背面方向具有无法弯曲的性质，因此，在背面方向不弯曲。即，通过第一连结链节排21的其背面方向的无法弯曲的性质，不需要用于防止向背面方向的弯曲的机构。因此，能够减少部件数量，降低成本。同样地，第二连结链节排20在支撑体11b内向其背面方向弯曲的同时移动。

另外，柱状体的其剖面的外轮廓可以是大致圆形状。因此，第一、第二连结链节23、22的剖面不限定于图4至6所示的形状。

图7是用于说明构成本实施方式所涉及的剖面大致圆形状的第一连结链节23和第二连结链节22的补充说明图。图7是从后方观察柱状体的剖面的图。

相比本实施方式(参照图6)，在柱状体的剖面中，第一连结链节23的剖面所占的比例可以较多。例如，如图7(a)所示，大致圆形状的剖面通过将其直径分割为1：7的垂线，被分割为两个剖面部分。第二连结链节22构成为与圆的1/8部分对应的剖面形状，第一连结链节23构成为与剩下的7/8部分对应的剖面形状。由此，能够使构成柱状体的材料变少，具有柱状体的轻量化、成本削减等效果。另外，中空部分变大，因此，利用其中空部分的用途变广。例如，能够使多条电缆通过中空部分与手部3连接。

另外，相比本实施方式(参照图6)，在柱状体的剖面中，第二连结链节22的剖面所占的比例可以较多。具体而言，如图7(b)所示，第一连结链节23和第二连结链节22分别具有剖面半圆形状。如图7(c)所示，第二连结链节22还可以形成为具有中空部分229的筒状。由此，不需要与中空部分229对应的量的材料，因此，具有第二连结链节22的轻量化、成本削减等效果。另外，如图7(d)所示，可以在第二连结链节22的外框一体成型有销孔壳221a、221b。由此，具有第二连结链节22的轻量化、成本削减等效果。另外，因为中空部分变大，所以能够扩大利用其中空部分的用途。

本实施方式中，作为典型例，以具有剖面大致圆形状的柱状体为例，说明了第一、第二连结链节排21、20的构造。当然，也可以是剖面大致椭圆形状。但是，通过第一连结链节23及第二连结链节22构成的柱状体的剖面形状不限定于大致圆形状、大致椭圆形状。柱状体的剖面形状也可以是多边形状。例如，柱状体的剖面形状可以采用大致三角形状、梯形状、平行四边形状、六角形状等。以下，作为变形例，对构成具有这些剖面形状的柱状体的第一、第二连结链节23、22进行说明。

图8是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面三角形状的柱状体的第一构成例的补充说明图。图8(a)是柱状体的立体图，图8(b)是表示柱状体的剖面图。如图8所示，柱状体作为整体具有三角形状，较佳的是，具有正三角形状的剖面的筒形状。三角形状的剖面被与底边平行的直线分割为二，第一连结链节23以成为其一方的剖面形状的方式构成，第二连结链节22以成为另一方的剖面形状的方式构成。例如，如图8所示，三角形状的剖面被将高度分割为1：2的垂线分割为二。第2连结链节22以成为与包含与底边相对的顶点的1/3部分对应的剖面形状的方式构成，第一连结链节23以成为与包含底边的剩下的2/3部分对应的剖面形状的方式构成。这样构成的第二连结链节22形成为正三角柱，第一连结链节23形成为具有没有上底的梯形形状的剖面的槽状体。由此，与本实施方式的说明同样地，能够通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具有一定刚性的剖面三角形状的柱状体(臂部2)。

图9是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面三角形状的柱状体的第二构成例的补充说明图。图9(a)是柱状体的立体图，图9(b)是表示柱状体的剖面图。如图9所示，柱状体作为整体具有三角形状，较佳的是，正三角形状的剖面。例如，如图9所示，三角形状的剖面被分割为底边和其他部分。第二连结链节22构成为成为与底边部分对应的剖面形状的板状体，第一连结链节23构成为成为与其他部分对应的剖面形状的v字槽状体。由此，与本实施方式的说明同样地，能够通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具有一定刚性的剖面三角形状的柱状体(臂部2)。

图10是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面梯形状的柱状体的构成例的补充说明图。图10(a)是柱状体的立体图，图10(b)是表示柱状体的剖面图。如图10所示，柱状体作为整体形成为剖面梯形状的筒状。梯形状的剖面被与上底(下底)平行的直线分割为二，第一连结链节23以成为其一方的剖面形状的方式构成，第二连结链节22以成为另一方的剖面形状的方式构成。例如，梯形状的剖面被分割为上底和其他部分。第二连结链节22构成为成为与上底部分对应的剖面形状的板状体，第一连结链节23构成为成为与其他部分对应的剖面形状的槽状体。与上述同样地，能够通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具有一定刚性的梯形状的剖面形状，并且作为整体的筒形状的柱状体(臂部2)。另外，柱状体的梯形状的剖面也可以被分割为下底和其他部分。这时，下底部分由第二连结链节22构成，其他部分由第一连结链节23构成。

图11是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面平行四边形状的柱状体的构成例的补充说明图。图11(a)是柱状体的立体图，图11(b)是表示柱状体的剖面图。如图11所示，柱状体作为整体具有平行四边形状的剖面。平行四边形状的剖面被与底边平行的直线分割为二，第一连结链节23以成为其一方的剖面形状的方式构成，第二连结链节22以成为另一方的剖面形状的方式构成。例如，平行四边形状的剖面被分割为底边和其他部分。第二连结链节22构成为成为与底边部分对应的剖面形状的板状体，第一连结链节23构成为成为与其他部分对应的剖面形状的槽状体。由此，与本实施方式的说明同样地，通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，能够构成具有一定的刚性的平行四边形的剖面形状，并且作为整体的筒形状的柱状体(臂部2)。

图12是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有剖面六角形状的柱状体的构成例的补充说明图。如图12所示，柱状体作为整体具有正六角形状的剖面。六角形状的剖面被与某一边平行的直线分割为二，第一连结链节23构成为成为其一方的剖面形状的板状体，第二连结链节22构成为成为另一方的剖面形状的槽状体。如图12所示，正六角形状的剖面也可以被将从底边的高度分割为1：4的垂线分割为二。其中，通过成为正六角形的一边的板状体构成第二连结链节22，通过成为其他五边的槽状体构成第一连结链节23。与本实施方式的说明同样地，能够通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成为具有一定刚性的六角形状的剖面形状，作为整体的六角筒状的柱状体(臂部2)。

图13是用于说明本实施方式的变形例所涉及的、具有ii字形状的剖面的柱状体的构成例的补充说明图。这时，柱状体的剖面被分割为包含底边和两个侧边的部分以及顶边部分。第二连结链节22构成为成为与其顶边部分对应的剖面形状的板状体，第一连结链节23构成为成为与包含底边和两个侧边的部分对应的剖面形状的槽状体。与本实施方式的说明同样地，能够通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具有一定刚性的大致ii字的剖面形状的柱状体(臂部2)。因此，即便在具有其他多边形状的剖面中，构成其多边形的边也可以在多边形的内侧偏置。另外，柱状体的剖面的外框形状可以不是完全的多边形状。例如，可以进行倒角加工。另外，虽没有图示，但是，柱状体可以是具有h型形状的剖面。h型形状的剖面被分割为相互平行的两边中的一边和其他部分。第二连结链节22以成为与其一边部分对应的剖面形状的方式构成，第一连结链节23以成为与其他部分对应的剖面形状的方式构成。

以上，通过图8至13中说明的变形例，通过第一连结链节排21及第二连结链节排20，能够构成具有一定刚性的剖面多边形状的柱状体。即，通过本实施方式及变形例中说明的机械臂机构，通过第一连结链节排21及第二连结链节排20，能够构成具有一定刚性，并且具有各种剖面形状的柱状体。

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

20：第二连结链节排

21：第一连结链节排

22：第二连结链节

23：第一连结链节

24a：驱动齿轮

26：结合链节

30：射出部

40：导辊