專利名稱：用于蛇形機(jī)械臂的連接件組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一改進(jìn)的在工作環(huán)境內(nèi)定位加工工具和傳感器的機(jī)械手臂，并且特別地涉及一用于定位一加工工具或傳感器的改進(jìn)的機(jī)械的和軟件工具。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)技術(shù)中，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)和包括一外殼的機(jī)器之類的機(jī)械設(shè)備按定期的保養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行保養(yǎng)。在故障的情況下，一操作者或工程師將按故障排除程序通過(guò)一系列的功能試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器或發(fā)動(dòng)機(jī)，并記錄下機(jī)器或發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)每一試驗(yàn)功能的反應(yīng)。從觀察機(jī)器對(duì)給定試驗(yàn)功能的反應(yīng)或反作用，至少部分地可診斷機(jī)器故障的大致區(qū)域。此后，一定程度地拆卸機(jī)器，以能對(duì)可能的故障進(jìn)行識(shí)別和實(shí)施修理。
我們的未決的英國(guó)專利申請(qǐng)No.0020461.0(本文援引該公開專利以供參考)描述和提出一種包括一工作頭的裝置，其適于承載一工具或檢查元件，以便在機(jī)器內(nèi)的某一部位進(jìn)行工作或檢查，該裝置包括一用于工作頭的支承臂，所述臂適于進(jìn)入到所述機(jī)器內(nèi)，以將工作頭定位在要求操作的位置，用于所述工作頭的操作控制的操作裝置，以及用于控制所述機(jī)器內(nèi)的臂的姿勢(shì)和定位的控制裝置，其中，支承臂包括至少一個(gè)具有多個(gè)連接件的段節(jié)，各連接件與其相鄰的連接件環(huán)接，以及用來(lái)根據(jù)一數(shù)據(jù)來(lái)控制所述段節(jié)的位置和/或姿勢(shì)的裝置，由此，能使臂在機(jī)器內(nèi)隨從和適于一預(yù)定的路徑，從機(jī)器外殼的進(jìn)口到達(dá)工作的部位。
在該應(yīng)用中描述的本發(fā)明的一特定方面，各段節(jié)包括多個(gè)連接件，相鄰連接件之間存在一定程度的環(huán)接。通過(guò)在張力狀態(tài)下保持各段節(jié)中諸連接件的環(huán)接，可精確地控制各段節(jié)的空間定位，以使臂能循一回旋的路徑引導(dǎo)工作工具進(jìn)入到機(jī)器內(nèi)。因?yàn)槠渚哂心芤陨叩姆绞窖仄浔旧淼妮S向延伸、并繞過(guò)障礙流動(dòng)從而循著一回旋的路徑前進(jìn)的能力，所以，這種類型的臂有時(shí)稱之為“蛇”，“蛇形”或蜿蜒臂。
在英國(guó)專利申請(qǐng)No.0020461.0中描述的發(fā)明，要求對(duì)各部件進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，以將各對(duì)連接件之間的環(huán)接點(diǎn)上的摩擦損失減小到最小。在一多連接件的段節(jié)中，這些摩擦損失累積增大，因此，在一多段節(jié)的機(jī)械手臂中，在操縱臂的過(guò)程中，須克服的全部的摩擦損失可以是相當(dāng)大。因此，要求有一種裝置，其中，諸部件的制造相當(dāng)?shù)睾?jiǎn)單直接，且可減小摩擦損失。在英國(guó)專利申請(qǐng)No.0020461.0中特別描述的裝置中，可設(shè)置彈簧裝置來(lái)偏壓各連接件，以抵抗由控制電纜作用的壓縮張力。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)配置諸彈簧，并代之以插入一層橡膠或彈性體材料，或粘結(jié)或鍵接到構(gòu)成一段節(jié)內(nèi)相鄰連接件之間的環(huán)接的兩個(gè)元件上。橡膠可在環(huán)接的部件之間構(gòu)成一固定摩擦的接觸，而同時(shí)提供產(chǎn)生接頭“剛度”所必須的彈性剪切能力。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，為一機(jī)械臂或蛇形臂設(shè)置一連接件組件，其包括第一和第二連接件件，各適于作一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的有限制的運(yùn)動(dòng)，以及彈性體裝置，其設(shè)置在所述第一和第二連接件之間，與其粘結(jié)或鍵接，結(jié)構(gòu)布置為所述第一和第二連接件之間的運(yùn)動(dòng)致使設(shè)置在其間的彈性體裝置內(nèi)產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)。
彈性體可以是天然橡膠或合成橡膠，或任何其它合適的彈性或彈性體的材料。彈性體較佳地設(shè)置成在所述第一和第二連接件之間的一夾層。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一和第二連接件可構(gòu)造成互相合作匹配的關(guān)系，而彈性體裝置作為一薄層可設(shè)置在它們之間，由此，一在連接件之間的彎曲運(yùn)動(dòng)在彈性體裝置內(nèi)形成剪切運(yùn)動(dòng)，由于所述第一和所述第二連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，可將任何的壓縮運(yùn)動(dòng)減小到最小。彈性體可起作產(chǎn)生軸向剛度和兩連接件之間接頭的彎曲柔度的作用。
較佳地是，層的厚度盡可能薄，層厚1mm或不到1mm是較佳的。層可粘結(jié)到一個(gè)或兩個(gè)連接件上，或鍵接到一個(gè)或兩個(gè)連接件上。鄰近連接件的各表面在操作中較佳地固定，以使連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在彈性體內(nèi)產(chǎn)生一剪切運(yùn)動(dòng)。層的厚度將減小壓縮的趨勢(shì)，因此，提供改進(jìn)的定位部件的穩(wěn)定性，并提高段節(jié)中各連接件環(huán)接的軸向剛度。
彈性體裝置可包括多個(gè)彈性體層，其中，粘結(jié)或鍵接到鄰近彈性體層的剛性層可用來(lái)將各彈性體層與其鄰近層分離。彈性體裝置可以是層合的，各彈性體層之間交叉或剛性層可以是任何的剛性層，或可粘結(jié)到或鍵接到彈性體上的材料。交叉層應(yīng)有足夠的剛度以將彈性體的壓縮運(yùn)動(dòng)減小到最小。用于交叉層的典型的材料可以是薄的金屬層、樹脂或玻璃纖維，或可以是紡織的或無(wú)紡的碳纖維或凱夫拉爾(Kevlar)的墊子。
本發(fā)明還包括一包含至少一個(gè)段節(jié)的機(jī)械臂，其包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的連接件，以及用來(lái)控制段節(jié)內(nèi)的所述連接件的運(yùn)動(dòng)的控制裝置，其中，控制裝置將所述連接件保持在張緊或壓縮狀態(tài)下?？刂蒲b置可以是從段節(jié)的一端延伸到另一端的至少一條線。
在本發(fā)明的一較佳的方面，控制裝置可包括三條線，各從段節(jié)的一端延伸到另一端，由此，改變一條相對(duì)于另一條的線內(nèi)的張力，致使或允許連接件彎曲，由此，控制段節(jié)的運(yùn)動(dòng)。線較佳地張緊以使連接件保持在壓縮狀態(tài)下。諸線之間的差動(dòng)張力的應(yīng)用致使或允許段節(jié)移動(dòng)或彎曲。
在本發(fā)明的一較佳的實(shí)施例中，各連接件可由三個(gè)部件形成，一外圓盤，其較佳地具有用于控制線的諸孔，這樣，控制線較佳地在連接件的其它部件的外面延伸。
一內(nèi)圓盤，其適于設(shè)置在外圓盤的大致的內(nèi)部，并具有一中心鉆孔來(lái)容納用于工作頭的控制裝置和/或電源裝置，以及在各內(nèi)和外圓盤之間延伸的彈性體圓盤或?qū)?，其粘結(jié)到或鍵接到各個(gè)圓盤上，但其以另外方式自由地浮在所述內(nèi)圓盤和外圓盤之間，以使內(nèi)圓盤不受組件的其它部件的約束。
一機(jī)械臂可包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的段節(jié)，其中，各段節(jié)設(shè)置有控制裝置。各連接的諸桿中的至少一個(gè)可設(shè)置有用來(lái)將線從段節(jié)的一端導(dǎo)向到另一端的裝置。線可設(shè)置在段節(jié)連接件的外面。各線可終止在一金屬箍上，其適于接合在一段節(jié)的端帽內(nèi)的對(duì)應(yīng)的凹陷，以便張緊線，金屬箍與端帽接合，以將一壓縮載荷施加在各段節(jié)上，從而保持段節(jié)內(nèi)的連接件的剛度。
各控制線可由一致動(dòng)器進(jìn)行操作在有用于多個(gè)段節(jié)的控制線的地方，所述致動(dòng)器以一個(gè)或多個(gè)弧形間隔，弧形圍繞一個(gè)致動(dòng)器板或鄰近第一段節(jié)的一端的工作頭板。通常致動(dòng)器陣列可提供一用于各線的致動(dòng)器，它們可以間隔弧形關(guān)系進(jìn)行設(shè)置以形成一截頭錐。從各致動(dòng)器引出的線可圍繞一諸如滑輪的導(dǎo)向器穿過(guò)，以對(duì)控制線提供一平直的引出線。
在本發(fā)明的另一方面，至少某些致動(dòng)器可位于段節(jié)組件內(nèi)，在此情形中，用于致動(dòng)致動(dòng)器的裝置是必要的。這樣的裝置可包括數(shù)據(jù)連接電纜，或在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)通常熟知的類型的無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸裝置。在后一種情形中，必須考慮使用環(huán)境，以便確定控制的最佳裝置。
一段節(jié)可從一系列連接件逐步地形成，或完成的段節(jié)可以模板進(jìn)行組裝，并用彈性體注入到呈一模具工具形式的諸部件之間的空隙內(nèi)。這樣，可相當(dāng)容易地和快捷地形成連接的完全的段節(jié)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，各連接件可由成對(duì)的半連接形成，然后，可背對(duì)背地進(jìn)行組裝。這樣，一內(nèi)半連接和一外半連接可用其連接橡膠層進(jìn)行組裝。然后，諸連接半部可背對(duì)背地或前對(duì)前地進(jìn)行組裝，以形成一體的連接部件，多個(gè)部件一起形成段節(jié)。
本申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，可以三個(gè)分離的單獨(dú)的部件形成各半連接的部件，即，一外連接部分，一內(nèi)連接部分，以及橡膠軸承。要求軸承應(yīng)鍵接到各連接部件上，以使一個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，在橡膠部件內(nèi)產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)或力。然后，不同的半連接部件可借助于設(shè)置在各部件上的匹配孔內(nèi)的定位銷釘“銷接”在一起。組件可形成“松動(dòng)”，且諸電纜可旋入通過(guò)連接在致動(dòng)器或頭部板上的外連接周緣上的各種操作孔?；蛘?，部件可用膠固定地連接在一起。一旦致動(dòng)器反應(yīng)而在板內(nèi)產(chǎn)生一定程度的張力，全部的組件保持在一起，以便通過(guò)變化線內(nèi)的張力，可致使段節(jié)適當(dāng)?shù)貜澢?。?gòu)成各連接部件的第一和第二連接件，或部分的連接可形成其中間的橡膠部件，或者是球形或錐形殼，或介于球形或錐形之間的中間物，或甚至是環(huán)形的。如果部件是球形的，則隨著內(nèi)圓盤相對(duì)于外圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，球形部件的所有變形通過(guò)剪切而實(shí)施。如果變化部件的設(shè)計(jì)以使其不再是球形，則一部分相對(duì)于另一部分的轉(zhuǎn)動(dòng)，致使彈性體行使其體積模量，即，剪切部件；平行于連接件軸線存在一合成的局部的拉伸和壓縮。這使任何非球形的接頭比大致相當(dāng)基本尺寸的球形接頭更剛。
如上所述，用多層來(lái)代替各連接的橡膠部分，以便引入兩個(gè)以上較薄的金屬片，這樣的做法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。這使這樣一連接件比簡(jiǎn)單地加倍每段節(jié)的連接件的數(shù)量，可更有效地具有較大的運(yùn)動(dòng)范圍。以二倍增加彎曲角度而添加到一連接件上的長(zhǎng)度，小于加倍的原始的連接間距。這個(gè)想法可在合理的限度內(nèi)擴(kuò)展。在兩個(gè)橡膠層之間的薄而剛的殼起作約束橡膠部分的作用，這樣，兩個(gè)橡膠部分提供與加倍厚度的單一橡膠部分大約相同的剪切剛度，但與加倍厚度的單一部分相比，較小厚度的兩個(gè)橡膠部分更剛。
在此特定的實(shí)施例中，如果兩個(gè)相鄰的連接件彎曲，以使外周緣相遇，則直徑上相對(duì)的位置移開，因此，起作限定一環(huán)形段節(jié)的作用。在這些情形中，內(nèi)圓盤相對(duì)于外圓盤可自由地移動(dòng)。本設(shè)計(jì)的目的在于，保持部件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心靜止不動(dòng)，并處于在未變形位置內(nèi)的內(nèi)圓盤的球形表面的中心處的一位置上。實(shí)質(zhì)上，這種情況類似于球和凹穴的接頭，其中沒(méi)有摩擦而只有在橡膠內(nèi)的粘滯損失和為了保持接頭的剛度而施加的小量的軸向壓縮。
通過(guò)使用彈性體的圓盤或在各連接件的移動(dòng)部分之間的軸承，顯著地減小摩擦，同時(shí)，裝置變得極其容易地進(jìn)行批量制造。一旦已制作出工具和模板，大量的復(fù)制就變得相當(dāng)?shù)厝菀?。可形成由大量的連接件組成的段節(jié)，且對(duì)各段節(jié)的較佳的控制是3線。盡管有可能在一個(gè)段節(jié)內(nèi)配置一個(gè)線，或在一個(gè)段節(jié)內(nèi)至少一個(gè)操作線，但較佳地使用至少3個(gè)控制線，以便獲得段節(jié)的優(yōu)化的操縱。對(duì)于多段節(jié)的機(jī)械臂，將對(duì)每一個(gè)要求三組控制線，這樣，八個(gè)段節(jié)臂將總共要求24個(gè)控制線，每一個(gè)具有一單獨(dú)的致動(dòng)器控制。
在本發(fā)明的另一方面，可圍繞各段節(jié)設(shè)置一外部的套筒，而在本發(fā)明的一特定的實(shí)施例中，該套筒可以是一波紋管型的外殼。使用這樣一外殼具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，它提高連接件的扭轉(zhuǎn)/彎曲剛度。由于其可使用波紋管外殼的合適的結(jié)構(gòu)來(lái)增加臂的扭轉(zhuǎn)剛度而增加非常小的彎曲剛度，所以，這就顯得特別有利。
該外殼的另一益處在于，保護(hù)線和其它的部件免遭外部損壞的原因，并能使全部的段節(jié)填充以潤(rùn)滑劑。典型的潤(rùn)滑劑可以是干粉末或諸如油脂和/或油的液體。包含在臂內(nèi)的潤(rùn)滑劑的物理特性可根據(jù)機(jī)械臂操作的環(huán)境進(jìn)行選擇。本發(fā)明的該實(shí)施例的一特別的特征在于，隨著臂彎曲，相鄰連接件之間的空隙的幾何形狀發(fā)生變化，這具有將潤(rùn)滑劑從段節(jié)的一個(gè)區(qū)域移置或“泵送”到另一區(qū)域的效果，并由于潤(rùn)滑劑在各段節(jié)內(nèi)的循環(huán)，可確保諸部件的有效的潤(rùn)滑。在本發(fā)明的給特定的特征的另一方面，臂可設(shè)置有一潤(rùn)滑劑箱，潤(rùn)滑劑可連續(xù)地泵送通過(guò)臂，并再循環(huán)回到潤(rùn)滑劑箱。該實(shí)施例在臂使用在侵蝕的環(huán)境中以及臂需要冷卻的情況下特別有用。在此情形中，冷卻裝置可包含有潤(rùn)滑劑箱。
通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的裝置，通過(guò)使用用來(lái)點(diǎn)擊制導(dǎo)的操縱桿控制組件，或者，通過(guò)提出環(huán)境的CAD模型對(duì)計(jì)算機(jī)控制提供不在線或在線的技術(shù)，可形成諸路徑。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面是參照根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例的附圖進(jìn)行的描述。
在諸附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一段節(jié)中的多個(gè)連接件的立體圖。
圖2是圖1的“半個(gè)”連接件的分解的示意圖。
圖3是圖1和2中的“半個(gè)”連接件的端視圖；而圖3A是在圖3的線A-A上的截面圖。
圖4是一端帽的立體圖，示出在一段節(jié)的遠(yuǎn)端處的金屬箍的連接組件。
圖5是在圖6的線A-A上的截面圖。
圖6是本發(fā)明的另一實(shí)施例的端視圖。
圖7是圖5和6的實(shí)施例中的“半個(gè)”連接件的分解的視圖。
圖8是示出用于單一段節(jié)的三個(gè)致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的頭板。
圖9是用于多個(gè)致動(dòng)器的截頭錐的結(jié)構(gòu)，以控制具有多個(gè)段節(jié)的機(jī)械臂的控制線。
圖10是用于根據(jù)本發(fā)明的臂的護(hù)套的段節(jié)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
一根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械臂包括端對(duì)端排列以形成一延伸的“蛇形”臂的多個(gè)段節(jié)10。各段節(jié)包括多個(gè)連接件部件11。各連接件部件包括一內(nèi)圓盤12和一外圓盤和線引導(dǎo)裝置13。內(nèi)圓盤12成形為提供一弧形的環(huán)形表面14，且外圓盤13具有一匹配的弧形表面15。
如圖1所示地進(jìn)行組裝，內(nèi)圓盤12和外圓盤13被一可在原處形成的橡膠層16分離。橡膠層16粘結(jié)到各外圓盤13和內(nèi)圓盤12上，以允許其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。各內(nèi)圓盤設(shè)置有-中心鉆孔17，以形成一通過(guò)裝置中心的中心內(nèi)腔，用來(lái)容納用于位于臂端頭處的工作頭的電源和控制機(jī)構(gòu)。各連接件11可由一對(duì)“半連接”形成，它們?cè)趫D2中最清晰地示出。各半連接包括一外連接構(gòu)件13，一內(nèi)連接構(gòu)件12，以及一適于插入在兩者之間的橡膠盤或殼16。諸部件可粘結(jié)在一起以形成一半連接部分，然后，與相鄰的部件連接在一起以形成連續(xù)的連接件端接。應(yīng)該指出的是，外連接構(gòu)件13的凹表面21適于與對(duì)應(yīng)的元件12的下表面(如圖2所示)合作。盤16的形狀適于容納在兩者之間，諸部件可粘結(jié)在一起。這可從示出通過(guò)粘結(jié)部件的截面的圖3A中清晰地可見(jiàn)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，外圓盤和線導(dǎo)向裝置13設(shè)置有多個(gè)沿圓周間隔的銷孔23，而內(nèi)圓盤12也設(shè)置有對(duì)應(yīng)的直徑向間隔開的銷孔24。當(dāng)組件分別用位于孔23和24內(nèi)的銷放置在一起時(shí)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，如果組件通過(guò)控制線而保持在張緊的狀態(tài)下，則永久的固定將顯得不必要。外圓盤13設(shè)置有多個(gè)適于構(gòu)成線導(dǎo)向孔的通孔25，以容納該裝置的控制線。
各段節(jié)可設(shè)置有一端帽30(見(jiàn)圖4)，其設(shè)置有周緣間隔的線容納孔，和一放大的凹陷26，其包括一連接在控制線28的端部上的金屬箍27。在組裝該裝置過(guò)程中，端帽30固定在端部連接件的相鄰的外圓盤部分13上，且控制線28旋入通過(guò)在端帽30內(nèi)的合適的凹陷26內(nèi)，然后，通過(guò)在各段節(jié)內(nèi)的連接件的各外圓盤部分13內(nèi)的匹配孔25中。
然后，若干個(gè)段節(jié)端對(duì)端地連接在一起，以產(chǎn)生一適用于用途的合適長(zhǎng)度的機(jī)械臂。這“蛇樣”的機(jī)械臂具有操縱的能力沿其長(zhǎng)度軸向地流動(dòng)，并以蛇的方式循著一盤旋的路徑前進(jìn)。
線端穿過(guò)返回到致動(dòng)器并張緊，直到金屬箍27抵靠在背板上，以將組件保持在張緊的狀態(tài)下。以這樣方式張緊組件，可避免如圖5、6和7所示的部件的連接，內(nèi)和外圓盤的匹配面可合適地形成槽，以容納一相應(yīng)外形的橡膠盤16。這些槽或外形分別在內(nèi)和外圓盤12和13之間的位置處用來(lái)鍵接盤16，并響應(yīng)于控制線28內(nèi)的張力的變化允許一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)運(yùn)動(dòng)。這可不必連接圓盤，并在任何給定的段節(jié)內(nèi)允許容易地更換損壞的部件。
在組裝好的段節(jié)中，盤的外表面和控制線可被密封，合成的凹腔和線導(dǎo)向裝置填充以潤(rùn)滑劑，這樣，控制線在潤(rùn)滑的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)。這又起到在使用中減小損失和摩擦的作用。
調(diào)整在各線上的張力可控制各段節(jié)的操作。圖8示出一簡(jiǎn)化的三致動(dòng)器控制板，它包括一底板件40，其朝向底板的一端具有一豎立的安裝板組件41，該組件適于安裝一段節(jié)42的端板?？刂凭€28穿過(guò)安裝板組件41延伸到各致動(dòng)器44的操作管43。中心致動(dòng)器44對(duì)從段節(jié)到致動(dòng)器本身的線28提供一直接的饋送，而在中心致動(dòng)器兩側(cè)的致動(dòng)器通過(guò)滑輪裝置45來(lái)將操作中的任何摩擦或磨損減小到最小。
各致動(dòng)器44可手工地或通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，以改變?nèi)€28中的張力。根據(jù)張力的變化，各單個(gè)的連接件響應(yīng)于線中張力的變化而尋求移動(dòng)，由此，在段節(jié)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以允許引導(dǎo)段節(jié)的端部導(dǎo)向到工作地方的給定部位。
當(dāng)然，對(duì)于在延伸的“蛇”形臂中的多個(gè)段節(jié)，可要求更多的致動(dòng)器，通常每段節(jié)三個(gè)。在這些情形中，必須構(gòu)造致動(dòng)器在一相當(dāng)小的空間內(nèi)提供通道接近從第一段節(jié)的端部出來(lái)的出口處的控制線。因此，致動(dòng)器可排列成一弧形，這樣，對(duì)于各致動(dòng)器的控制線或包含控制線的管道形成一頗如圖9中所示的一錐形。
橡膠盤16可以是單件的橡膠，或可以是呈一復(fù)合的剛性層的彈性體的形式，本申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，單個(gè)橡膠層的厚度越薄，則最終層越有效，而且內(nèi)圓盤和對(duì)應(yīng)的外圓盤之間的連接也越剛性。
根據(jù)本發(fā)明的該裝置還在內(nèi)和外圓盤之間提供一軸承表面的密封，以防止有害物質(zhì)從大氣中侵入(見(jiàn)圖10)。此外，中心鉆孔或內(nèi)腔17有效地進(jìn)行密封，并為位于機(jī)械臂的端部處的工作頭的電源和控制裝置提供準(zhǔn)備的通道。
密封可受到設(shè)置有周向波紋101的外殼100的影響。該外殼100在各外圓盤和線導(dǎo)向裝置13的外表面的外面延伸。外殼100密封各外圓盤和線導(dǎo)向裝置13之間的空隙，且外殼填充以油或其它的潤(rùn)滑劑，由此，允許控制線在一潤(rùn)滑劑的環(huán)境中操作。合適的潤(rùn)滑劑是油、粉末和油脂，其粘度和其它的物理特性將根據(jù)使用臂的環(huán)境進(jìn)行選擇。
使用具有一波紋形結(jié)構(gòu)的外殼100具有提高連接件相互之間的扭轉(zhuǎn)和/或彎曲剛度的效果。這可導(dǎo)致臂以非常小的彎曲剛度的增加顯著地提高臂扭轉(zhuǎn)剛度。該結(jié)構(gòu)起到保護(hù)線和其它部件免遭外部損壞的原因。
外殼100對(duì)潤(rùn)滑劑的包容，在操作中具有主要的優(yōu)點(diǎn)。如上所述，隨著段節(jié)的彎曲，外圓盤和線導(dǎo)向裝置13的相鄰的周緣移動(dòng)緊密地靠攏在一起，而同一圓盤13的直徑上相對(duì)的部分移離開。其結(jié)果，包含潤(rùn)滑劑的腔室變化形狀，從基本上連續(xù)的和大致均勻橫截面的環(huán)形腔變化到一“楔形”的形狀。這致使?jié)櫥瑒男ㄐ蔚膬?nèi)或“窄”側(cè)移動(dòng)，并有效地泵送到在弧形外部上的楔形的“寬”側(cè)上。這樣，潤(rùn)滑劑通過(guò)各根線。因此，每次段節(jié)彎曲時(shí)，或每次曲率平面變化時(shí)，這種泵送效應(yīng)起到對(duì)臂內(nèi)的諸部件、尤其是各線提供有效的潤(rùn)滑。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，潤(rùn)滑劑可以多種不同的方式引入到機(jī)械臂內(nèi)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，腔室可在組裝時(shí)填充以潤(rùn)滑劑，并長(zhǎng)期地被有效地密封。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，臂的單獨(dú)的連接件或諸段節(jié)可被隔絕，而潤(rùn)滑劑通過(guò)諸如滑油加注嘴的通道點(diǎn)引入，通過(guò)附加的端口或壓力釋放閥釋放過(guò)量的潤(rùn)滑劑。在本發(fā)明的另一方面，整個(gè)臂可使用在外連接件上的線孔使?jié)櫥瑒┭乇鄣娜L(zhǎng)通過(guò)而進(jìn)行一體地潤(rùn)滑。液體潤(rùn)滑劑可連續(xù)地泵送通過(guò)臂，并再循環(huán)回到中心油箱。這樣一結(jié)構(gòu)將允許通過(guò)加熱或冷卻潤(rùn)滑劑來(lái)對(duì)臂內(nèi)的潤(rùn)滑劑進(jìn)行溫度控制，而且本發(fā)明包括提供容納在臂內(nèi)的用于液體的溫度控制裝置。
權(quán)利要求
1.一用于機(jī)械臂的連接件組件，其包括第一和第二連接件，各適于作一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的有限制的運(yùn)動(dòng)，以及彈性體裝置，其設(shè)置在所述第一和第二連接件之間，與其粘結(jié)或鍵接，由此，所述第一和第二連接件之間的運(yùn)動(dòng)致使設(shè)置在其間的彈性體裝置內(nèi)產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的連接件組件，其特征在于，彈性體是天然橡膠或合成橡膠。
3.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的連接件組件，其特征在于，彈性體設(shè)置成在所述第一和第二連接件之間的一夾層。
4.如權(quán)利要求3所述的連接件組件，其特征在于，第一和第二連接件構(gòu)造成互相合作匹配的關(guān)系，而彈性體裝置作為一薄層設(shè)置在它們之間，由此，一在連接件之間的彎曲運(yùn)動(dòng)在彈性體裝置內(nèi)形成剪切運(yùn)動(dòng)，由于所述第一和所述第二連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，將任何的壓縮運(yùn)動(dòng)減小到最小。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的連接件組件，其特征在于，層的厚度是3mm或不到3mm。
6.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的連接件組件，其特征在于，彈性體層可粘結(jié)和/或鍵接到一個(gè)或兩個(gè)所述的連接件上。
7.如權(quán)利要求6所述的連接件組件，其特征在于，鄰近連接件的彈性體層的各表面有效地進(jìn)行固定，以使連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在操作中在彈性體內(nèi)產(chǎn)生一剪切運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)使層的厚度有減小壓縮的趨勢(shì)，由此，提供改進(jìn)的定位部件的穩(wěn)定性。
8.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的連接件組件，其特征在于，彈性體裝置包括多個(gè)彈性體層。
9.如權(quán)利要求8所述的連接件組件，其特征在于，一剛性層粘結(jié)或鍵接到鄰近的彈性體層，以將一層與其相鄰層分離。
10.如權(quán)利要求8或9所述的連接件組件，其特征在于，彈性體裝置是層合的。
11.如權(quán)利要求8至10中任何一項(xiàng)所述的連接件組件，其特征在于，各彈性體層之間交叉或剛性層是一種材料，其可粘結(jié)到或鍵接到彈性體上。
12.如權(quán)利要求15所述的組件，其特征在于，交叉層有足夠的剛度，以在連接件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將彈性體的壓縮減小到最小。
13.如權(quán)利要求8至12中任何一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，交叉層可以包括薄的金屬層、樹脂或玻璃纖維層，或可以是紡織的或無(wú)紡的材料的墊子。
14.如權(quán)利要求13所述的組件，其特征在于，紡織的或無(wú)紡的材料可以是碳纖維或凱夫拉爾(Kevlar)。
15.一用于機(jī)械臂的連接件組件基本上如參照附圖所描述的和如附圖中所圖示的。
16.一機(jī)械臂，包括一具有如權(quán)利要求1至15中任何一項(xiàng)所述的多個(gè)連接件，以及用于控制段節(jié)內(nèi)的所述連接件的運(yùn)動(dòng)的控制裝置，其中，控制裝置將所述連接件保持在張緊或壓縮的狀態(tài)下。
17.如權(quán)利要求16所述的機(jī)械臂，其特征在于，控制裝置可包括至少一條線，其從段節(jié)的一端延伸到另一端。
18.如權(quán)利要求16或17所述的機(jī)械臂，其特征在于，控制裝置可包括三條線，各從段節(jié)的一端延伸到另一端，由此，改變一條相對(duì)于另一條的線內(nèi)的張力，致使或允許連接件彎曲，由此，控制段節(jié)的運(yùn)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求16至18中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，線較佳地張緊以使連接件保持在壓縮狀態(tài)下，該結(jié)構(gòu)使諸線之間的差動(dòng)張力的應(yīng)用致使或允許段節(jié)移動(dòng)或彎曲。
20.如權(quán)利要求16至19中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，各連接件包括一外圓盤，其具有用于控制線的諸孔，這樣，控制線在連接件的其它部件的外面延伸，一內(nèi)圓盤，其適于設(shè)置在外圓盤的大致的內(nèi)部，并具有一中心鉆孔來(lái)容納用于工作頭的控制裝置和/或電源裝置，以及一在各內(nèi)和外圓盤之間延伸的橡膠圓盤或?qū)?，其粘結(jié)到或鍵接到各個(gè)圓盤上，但其以另外方式自由地浮在所述內(nèi)圓盤和外圓盤之間，以使內(nèi)圓盤不受組件的其它部件的約束。
21.如權(quán)利要求16至20中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，包括多個(gè)如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的根據(jù)本發(fā)明的段節(jié)，其中，對(duì)各段節(jié)設(shè)置控制裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的機(jī)械臂，其特征在于，各段節(jié)終止在一具有線管道裝置的、用于臂的其它段節(jié)的控制線的端帽上，以及圍繞端帽弧形地間隔開的錨固裝置，以用來(lái)固定所述段節(jié)的控制線。
23.如權(quán)利要求16至22中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，各連接件的至少一個(gè)設(shè)置有用來(lái)引導(dǎo)線從段節(jié)的一端到另一端的裝置。
24.如權(quán)利要求16至23中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，各線設(shè)置在段節(jié)連接件的外面，并終止在一金屬箍上，該金屬箍適于接合在一段節(jié)的端帽內(nèi)的對(duì)應(yīng)的凹陷，以便張緊線，金屬箍與端帽接合，以將一壓縮載荷施加在各連接件上，從而保持段節(jié)內(nèi)的連接件的剛度。
25.如權(quán)利要求21至24中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，各控制線由一致動(dòng)器進(jìn)行操作，其中，與各控制線相關(guān)的致動(dòng)器圍繞鄰接第一段節(jié)的一端的頭板間隔開在一個(gè)或多個(gè)弧形中。
26.如權(quán)利要求25所述的機(jī)械臂，其特征在于，致動(dòng)器陣列提供一用于各線的致動(dòng)器，它們可以間隔的弧形關(guān)系進(jìn)行設(shè)置以形成一截頭錐，此外，從各致動(dòng)器引出的線圍繞一導(dǎo)向器或滑輪穿過(guò)，以對(duì)從致動(dòng)器到進(jìn)入段節(jié)的入口的控制線提供一引出線。
27.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的組件或臂，其特征在于，各連接件可由成對(duì)的半連接件形成，它們可背對(duì)背地進(jìn)行組裝，這樣，一內(nèi)半連接件和一外半連接件可用其連接的橡膠層進(jìn)行組裝，以形成一體的連接件部件，多個(gè)部件一起可組裝形成一段節(jié)。
28.如權(quán)利要求27所述的組件或臂，其特征在于，各半連接的部件包括三個(gè)分離的單獨(dú)的部件，即，一外連接元件，一內(nèi)連接元件，以及橡膠軸承，其中，軸承鍵接到或粘結(jié)到各連接部件上，以使一個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，在橡膠部件內(nèi)產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)或力。
29.如權(quán)利要求28所述的組件或臂，其特征在于，各半連接部件可借助于設(shè)置在各組裝的半連接部件上的匹配孔內(nèi)的定位銷釘進(jìn)行定位，由此，組件可不需半連接部件之間的進(jìn)一步連接而形成，且諸電纜可旋入通過(guò)連接在致動(dòng)器板上的外連接周緣上的各種操作孔，該結(jié)構(gòu)使致動(dòng)器致動(dòng)而在板內(nèi)和電纜內(nèi)產(chǎn)生一定程度的張力，由此，全部的組件保持在一起，以便通過(guò)變化線內(nèi)的張力，可適當(dāng)?shù)夭倏v段節(jié)。
30.如權(quán)利要求16至29中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，一外套筒圍繞各段節(jié)設(shè)置。
31.如權(quán)利要求16至30中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，套筒可以是波紋型外殼。
32.如權(quán)利要求16至31中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，選擇外殼的材料及其結(jié)構(gòu)來(lái)提高臂的扭轉(zhuǎn)剛度而增加非常小的彎曲剛度。
33.如權(quán)利要求30至32中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，外殼封閉的段節(jié)填充以潤(rùn)滑劑。
34.如權(quán)利要求30至33中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，潤(rùn)滑劑可以是干粉末或諸如油脂和/或油的液體，其中，包含在臂內(nèi)的潤(rùn)滑劑的物理特性根據(jù)機(jī)械臂操作的環(huán)境進(jìn)行選擇。
35.如權(quán)利要求32或34中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于，臂可設(shè)置有一潤(rùn)滑劑箱，以及一用來(lái)泵送潤(rùn)滑劑通過(guò)臂、并再循環(huán)回到潤(rùn)滑劑箱的裝置。
36.如權(quán)利要求35所述的機(jī)械臂，其特征在于，當(dāng)臂使用在侵蝕的環(huán)境中時(shí)，設(shè)置潤(rùn)滑劑冷卻裝置來(lái)冷卻臂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一用于機(jī)械臂的連接件組件，該臂包括第一連接件(12)和第二連接件(13)，各適于作一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的有限制的運(yùn)動(dòng)，以及彈性體裝置(16)設(shè)置在所述第一(12)和第二(13)連接件之間，與其粘結(jié)或鍵接，由此，所述第一(12)和第二(13)連接件之間的運(yùn)動(dòng)致使設(shè)置在其間的彈性體裝置內(nèi)產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J9/10GK1533321SQ02814461
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2002年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月13日
發(fā)明者R·O·布金哈姆, A·C·格拉哈姆, R O 布金哈姆, 格拉哈姆 申請(qǐng)人:奧利弗克里斯品機(jī)器人有限公司