專利名稱：一種自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板 (指上層樓板的下底面)和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的 借力助力機(jī)械臂。
技術(shù)背景機(jī)械臂系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，大到吊塔、吊車(chē)、挖掘機(jī)等大型 機(jī)械，小到車(chē)間的零件裝配生產(chǎn)線等都可以看到機(jī)械臂的英姿。機(jī)械臂系統(tǒng)一 般包括機(jī)械臂、機(jī)械臂運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)、動(dòng)力裝置、控制系統(tǒng)等，在人工或自動(dòng)控制 下，實(shí)現(xiàn)空間上的旋轉(zhuǎn)、平移、升降，完成夾取、推送、釋放等動(dòng)作，能夠代 替人手完成單調(diào)、繁重、重復(fù)性的勞動(dòng)或者危險(xiǎn)性的工作，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度， 減少意外傷害，提高工作效率。大型機(jī)械臂一般用于重型機(jī)械設(shè)備，如塔式起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)、車(chē)載式 輸漿泵等，由于要吊起或轉(zhuǎn)移的材料質(zhì)量巨大，因此其機(jī)械臂動(dòng)作緩慢，而且 要求設(shè)備自重大，底盤(pán)面積大。 一般底部需要固定在預(yù)制的樁基上或者用多條 支撐腿支撐以增大底盤(pán)面積。這類(lèi)應(yīng)用主要是室外大型工地作業(yè)。小型自動(dòng)化機(jī)械臂主要應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，通過(guò)研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與控制信 號(hào)的關(guān)系，可以編制程序讓機(jī)器記住并模仿、重復(fù)進(jìn)行某種動(dòng)作。它采用復(fù)雜 的算法，由電腦指揮機(jī)械臂的動(dòng)作和路徑，完成規(guī)定的工作，比人手速度更快， 更準(zhǔn)確。這些設(shè)備一般是專用設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)線的規(guī)格、需求和工作內(nèi)容度身 定做，價(jià)格昂貴，不具備通用性。目前廣泛應(yīng)用的還有一種簡(jiǎn)化的助力機(jī)械手，主要應(yīng)用在工地或工廠物流 輸送、裝配、加工等領(lǐng)域，在空間環(huán)境受限或工位不定的情況下，助力機(jī)械手將幫助操作者輕松地移載物品，極大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì) 量和工作安全舒適性。助力機(jī)械手又稱平衡器，是一種幫助操作者搬運(yùn)重物的 半自動(dòng)機(jī)械臂，其原理是杠桿， 一般是通過(guò)氣動(dòng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡，并通過(guò) 人工參與破壞其平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)重物的移載設(shè)備。助力機(jī)械手由主機(jī)、控制系 統(tǒng)和夾具構(gòu)成，在一定的重力范圍內(nèi)，能自動(dòng)平衡工件的重量，準(zhǔn)確地保持所 需要的工件姿態(tài)，協(xié)助操作者輕松快速完成重復(fù)、繁重的抓取、搬運(yùn)和裝配任 務(wù)。這種機(jī)械臂一般移動(dòng)性差，需要專門(mén)的供氣系統(tǒng)；或者因?yàn)榈跗鹬匚镄枰?平衡設(shè)計(jì)，所以底盤(pán)大，移動(dòng)不便。而且這類(lèi)機(jī)械臂比較粗壯，費(fèi)用較高，不 適合于一些簡(jiǎn)單的勞動(dòng)場(chǎng)合。
工業(yè)生產(chǎn)中有很多手持工具，如砂漿粉抹機(jī)，電動(dòng)打磨機(jī)，氣動(dòng)角磨機(jī)等，
工具本身質(zhì)量較重，勞動(dòng)強(qiáng)度大；長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，對(duì)工人的體力是一個(gè)嚴(yán)重的 挑戰(zhàn)，不但會(huì)使工作效率降低，而且會(huì)影響到工作質(zhì)量。這些工作一般是室內(nèi) 作業(yè)，工作范圍不寬，工作環(huán)境較好，但需要經(jīng)常變換工作場(chǎng)地，工作面復(fù)雜 多樣，操作規(guī)律性不強(qiáng)，短期內(nèi)很難采用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)代替人工進(jìn)行操作。
綜上分析可以看出，開(kāi)發(fā)和制作一種小型、輕便、耐用、低成本、易操作、 方便移動(dòng)的助力機(jī)械臂是非常必須的。借助天花板(指上層樓板的下底面)和 地板固定立柱和機(jī)械臂，把手持工具安裝在機(jī)械臂末端，由機(jī)械臂把工具懸吊 空中，人手持工具作業(yè)時(shí)，工具根據(jù)人手的移動(dòng)自由伸縮、旋轉(zhuǎn)、升降；能夠 極大的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，提高工作質(zhì)量，提高工作安全性，而且 移動(dòng)方便，操作容易，因此這樣一種助力機(jī)械臂不僅是必要的而且是必須的。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種小型、輕便、耐用、低成本、易操作、方便移動(dòng)的助力機(jī)械臂，特別是一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓 板的下底面)和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī) 械臂。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種小型、輕便、 耐用、低成本、易操作、方便移動(dòng)的借力助力機(jī)械臂，特別是一種具有自行走 底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自 由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征在于包括行走底盤(pán)l、牽引系統(tǒng)2、 立柱調(diào)整系統(tǒng)3、立柱4、齒條5、升降電機(jī)9、升降套管IO、旋轉(zhuǎn)套環(huán)ll、防滑
落裝置12、升降伸縮臂15、多方位輔助移動(dòng)臂17、多方位旋轉(zhuǎn)臂20、手持工具 接口21、自吸式液壓支撐模塊23，其連接關(guān)系為立柱調(diào)整系統(tǒng)3固定在行走底盤(pán) l上，立柱4底端固定在立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸縮柱塞3-7上，伸縮柱塞3-7上下移動(dòng) 時(shí)，能夠帶動(dòng)立柱4上下行進(jìn)。立柱4有不同長(zhǎng)度的多條，組合連接起來(lái)使用， 齒條5平行固定在立柱4的外表面。升降套管10套裝在立柱4的外部，在其上開(kāi)槽， 使齒條5從槽內(nèi)伸出。升降電機(jī)9固定在升降套管10上，電機(jī)齒輪與齒條5嚙合， 升降電機(jī)9帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)能夠帶動(dòng)升降套管10沿立柱上下升降。旋轉(zhuǎn)套環(huán)ll固定 在升降套管10的兩端，能夠圍繞升降套管10作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。升降伸縮臂15由平行 的雙連桿構(gòu)成，起始端固定在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)套環(huán)ll上，多節(jié)升降伸縮臂15通過(guò)伸縮 臂關(guān)節(jié)16連接，升降伸縮臂15能夠圍繞伸縮臂關(guān)節(jié)16水平折合，也能夠帶動(dòng)旋 轉(zhuǎn)套環(huán)11圍繞立柱4整體做水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；多方位輔助移動(dòng)臂17連接在升降伸縮 臂15的末端，由平衡拉力彈簧19維持一定重力范圍內(nèi)的平衡，多方位輔助移動(dòng) 臂17能夠繞十字旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)18上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)。多方位旋轉(zhuǎn)臂20固定在多方位輔助 移動(dòng)臂17末端，以增加末端臂上下移動(dòng)的幅度和角度；手持工具接口21連接在 多方位旋轉(zhuǎn)臂20的末端，能夠在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，另外它能夠掛接手持工具，實(shí)現(xiàn)手持工具的連接固定。防滑落裝置12固定在升降套管10上，用來(lái)防止電機(jī)故障或失效情況下機(jī)械臂的意外滑落。自吸式液壓支撐模塊23與立柱調(diào)整系統(tǒng)3— 起配合使用，保障在立柱調(diào)整系統(tǒng)3故障或失效時(shí)的安全支撐。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其基本特征為 借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板垂直固定立柱4，使立柱頂部和底部 與地板緊密連接產(chǎn)生的摩擦力力矩，抵消工作臂展開(kāi)工作時(shí)產(chǎn)生的重力力矩， 從而減少機(jī)械臂系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)底盤(pán)的面積和自身重量的要求；工作結(jié)束后機(jī)械 臂能夠折疊合攏并降落到立柱根部，此時(shí)機(jī)械臂重力的力矩很小，對(duì)底盤(pán)和自 身重量要求也很??；因此系統(tǒng)小型化，輕便化，移動(dòng)方便。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，設(shè)計(jì)有行走底 盤(pán)l、牽引系統(tǒng)2和立柱固定架17。立柱4拆卸下來(lái)以后安放在立柱固定架17上。 機(jī)械臂折疊合攏、立柱拆卸之后承載在行走底盤(pán)l上，系統(tǒng)在外力牽引下能夠自 己行走移動(dòng)轉(zhuǎn)彎。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其行走底盤(pán)l上 設(shè)計(jì)有立柱調(diào)整系統(tǒng)3。立柱調(diào)整系統(tǒng)3包括底部支撐盤(pán)3-1、彈簧3-2、彈簧倉(cāng) 3-3、彈簧壓縮板3-4、連接桿3-5、柱塞外殼3-6、伸縮柱塞3-7、水平儀3-8、 頂部支撐盤(pán)3-9。彈簧倉(cāng)3-3固定在行走底盤(pán)l臺(tái)面上，彈簧3-2裝在彈簧倉(cāng)3-3內(nèi)， 彈簧3-2在彈簧壓縮板3-4作用下會(huì)向下壓縮。頂部支撐盤(pán)3-9固定在伸縮柱塞 3-7頂部，伸縮柱塞3-7在柱塞外殼3-6內(nèi)，柱塞外殼3-6與底部支撐盤(pán)3-l固定在 一起，底部支撐盤(pán)3-l通過(guò)連接桿3-5連接彈簧壓縮板3-4。即柱塞外殼3-6和伸縮柱塞3-7通過(guò)連接桿3-5、彈簧壓縮板3-4、彈簧3-2、彈簧倉(cāng)3-3組成的懸掛結(jié) 構(gòu)懸掛在行走底盤(pán)l上，由于彈簧3-2的彈性，能夠小幅自由擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)水平調(diào)整。 水平儀3-8固定在頂部支撐盤(pán)3-9上，協(xié)助進(jìn)行立柱垂直度調(diào)整。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，設(shè)計(jì)有立柱4、 齒條5和調(diào)整絲杠6。立柱4由多根套接組合而成，包括底部立柱4-1、頂部立柱 4-2及多根不同長(zhǎng)度的中間立柱4-3。立柱4表面有平行固定的齒條5，多根立柱4 組合連接時(shí)，齒條5實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。底部立柱4-l固定在立柱調(diào)整系統(tǒng)3的頂部支 撐盤(pán)3-9上，頂部立柱4-2連接調(diào)整絲杠6。調(diào)整絲杠6的絲帽6-3套接入頂部立柱 4-2內(nèi)孔，絲桿6-2能夠在絲帽6-3內(nèi)部旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)絲杠頂板6-l上下調(diào)整。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，設(shè)計(jì)有升降電 機(jī)9、升降套管10和旋轉(zhuǎn)套環(huán)11。其升降電機(jī)9固定在升降套管10外殼上，電機(jī) 軸上安裝有齒輪，與齒條5緊密?chē)Ш?。升降電機(jī)9啟動(dòng)后能夠帶動(dòng)升降套管10沿 立柱4上下升降運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)套環(huán)11套接固定在升降套管10的兩端，能夠圍繞升降 套管10旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臂圍繞立柱的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其工作臂系統(tǒng) 由多節(jié)升降伸縮臂15、多方位輔助移動(dòng)臂17、多方位旋轉(zhuǎn)臂20組成，升降伸縮 臂15能夠圍繞伸縮臂關(guān)節(jié)16做水平轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作臂伸縮和旋轉(zhuǎn)；十字旋轉(zhuǎn)臂關(guān) 節(jié)18具有兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，使多方位輔助移動(dòng)臂17、多方位旋轉(zhuǎn)臂20能夠上下、左右 旋轉(zhuǎn)。各節(jié)臂能夠圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了工作臂的水平、前后、上下、旋轉(zhuǎn)多 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。各節(jié)臂能夠圍繞關(guān)節(jié)折疊后合攏在一起。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其設(shè)計(jì)有防滑落裝置12。防滑落裝置12由防滑落齒輪12-1，齒輪偏心轉(zhuǎn)軸12-2，齒輪固定架 12-3，壓合分離操作裝置12-4組成。防滑落齒輪12_1設(shè)計(jì)有偏心轉(zhuǎn)軸12-2，偏 心轉(zhuǎn)軸12-2通過(guò)齒輪固定架12-3固定在升降套管10上。防滑落齒輪12-1模數(shù)和 齒條5模數(shù)相同。壓合分離操作裝置12-4固定在防滑落齒輪12-l上，它協(xié)助完成 防滑落齒輪12-1和齒條5的壓合和分離，其動(dòng)作可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)自動(dòng) 化來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板 進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，設(shè)計(jì)有自吸式 液壓支撐模塊23，包括下缸體23-1、上缸體23-2、截止閥23-3、截止閥頂桿23-8、 截止閥復(fù)位彈簧23-11、彈簧壓板23-12。下缸體23-l與下固定壓板23-4連接， 下固定壓板23-4通過(guò)球形連接23-5與下固定壓板23-6連接，并用帶彈墊螺栓 23-7進(jìn)行緊固。上缸體23-2同時(shí)作為柱塞能夠在下缸體23-l中上下行運(yùn)動(dòng)，上缸 體23-2頂部與立柱調(diào)整系統(tǒng)3的上部支撐盤(pán)3-9連接。上缸體23-2的底部設(shè)計(jì)有 截止閥23-3，截止閥23-3連接有截止閥頂桿23-8，截止閥頂桿23-8另一端通過(guò) 截止閥復(fù)位彈簧23-11和彈簧壓板23-12固定在上部支撐盤(pán)3-9上方。下固定板 23-4連接到立柱調(diào)整系統(tǒng)3的底部支撐盤(pán)3-l上。上下固定板中的球形連接23-5， 使上下缸體能夠隨立柱調(diào)整系統(tǒng)3有一定的擺動(dòng)調(diào)整空間。上下缸體內(nèi)部充液壓 油。有益效果本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了一種借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板進(jìn)行固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂。借 助工作環(huán)境的天花板(指上層樓板的下底面)和地板進(jìn)行固定，減少了對(duì)系統(tǒng) 底盤(pán)面積和系統(tǒng)自身重量的要求，使設(shè)備小型化方便化得到實(shí)現(xiàn)。小型手持工 具或重物可以掛接在工作臂端部的接口上，工具及相關(guān)附件的重力全部轉(zhuǎn)移到 機(jī)械臂上，人手工操作工具對(duì)工作面進(jìn)行操作即可，有效的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提 高工作效率，保證工作質(zhì)量，提高工作安全性。由于工作臂自由升降伸縮旋轉(zhuǎn) 以及末端多方位輔助移動(dòng)臂、多方位旋轉(zhuǎn)臂的綜合作用，因此對(duì)于墻面、頂面、 地面能夠做到無(wú)死角處理，對(duì)于平面、圓面、斜面等不同的工作面也能夠輕松 應(yīng)對(duì)，為隨機(jī)性強(qiáng)的手持工具提供了隨心所欲工作的良好平臺(tái)。各節(jié)臂能夠折 疊在一起，立柱拆卸后固定在底盤(pán)上，底盤(pán)安裝有輪子和牽引系統(tǒng)，在不工作 時(shí)能夠方便存放和轉(zhuǎn)移。本實(shí)用新型同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了防止機(jī)械臂墜落方案和防 底部支撐調(diào)整系統(tǒng)失效的安全方案，避免了安全隱患，使工作安全性得到大大 提高，提高了產(chǎn)品的實(shí)用性。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明 圖l是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，也可作為摘要附圖 圖2是本實(shí)用新型拆卸和折疊后的側(cè)視示意圖 圖3是本實(shí)用新型拆卸和折疊后的俯視示意圖 圖4是本實(shí)用新型立柱調(diào)整系統(tǒng)原理示意圖
圖5是本實(shí)用新型多個(gè)不同長(zhǎng)度立柱的示意圖
圖6是本實(shí)用新型調(diào)整絲杠結(jié)構(gòu)示意圖
圖7是本實(shí)用新型防滑落裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖圖8是本實(shí)用新型自吸式液壓支撐模塊原理示意圖
其中
1、 底盤(pán)
2、 牽引系統(tǒng)
3、 立柱調(diào)整系統(tǒng) 3-1底部支撐盤(pán) 3-2彈簧
3-3彈簧倉(cāng) 3-4彈簧壓縮板 3-5連接桿 3-6柱塞外殼 3-7伸縮柱塞 3-8水平儀 3-9頂部支撐盤(pán)
4、 立柱
5、 齒條
6、 調(diào)整絲杠 6-1絲杠頂板 6-2絲桿 6-3絲帽
7、 上行程擋板
8、 下行程擋板9、 升降電機(jī)
10、 升降套管
11、 旋轉(zhuǎn)套環(huán)
12、 防滑落裝置
12-1防滑落齒輪 12-2齒輪偏心轉(zhuǎn)軸 12-3齒輪軸固定架 12-4壓合分離操作裝置
13、上行程開(kāi)關(guān)觸桿
14、下行程開(kāi)關(guān)觸桿
15、升降伸縮臂
16、伸縮臂關(guān)節(jié)
17、多方位輔助移動(dòng)臂
18、十字旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)
19、平衡拉力彈簧
20、多方位旋轉(zhuǎn)臂
21、手持工具接口
22、立柱固定架
23、自吸式液壓支撐模塊
23-1下缸體 23-2上缸體 23-3截止閥 23-4下固定板23-5球形連接 23-6下固定壓板 23-7帶彈墊螺栓 23-8截止閥頂桿 23-9上固定板 23-10上固定壓板 23-11截止閥復(fù)位彈簧 23-12彈簧壓板
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:在實(shí)際制造中，立柱4可以采用厚壁圓鋼管，也可以采用矩形管或 方管。底部立柱4-l固定在立柱調(diào)整系統(tǒng)3上，頂部立柱4-2連接調(diào)整絲杠6以增 加靈活性，中間立柱4-3制作不同長(zhǎng)度的多根，根據(jù)實(shí)際情況選用。調(diào)整絲杠6 能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同高度的房間。立柱4之間采用連接件套接， 連接件上有限位健，以對(duì)接準(zhǔn)確，使齒條5兩端連接良好。立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸 縮柱塞3-7由液壓或機(jī)械驅(qū)動(dòng)上下行移動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直調(diào)整功能。當(dāng)伸縮柱塞3-7上 行帶動(dòng)頂部支撐盤(pán)3-9上行，使立柱4頂部頂緊天花板(指上層樓板的下底面) 后，繼續(xù)進(jìn)行上行驅(qū)動(dòng)，則伸縮柱塞3-7后續(xù)產(chǎn)生的反作用力通過(guò)柱塞外殼3-6 傳遞到底部支撐盤(pán)3-l，底部支撐盤(pán)3-l向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連接桿3-5帶動(dòng)彈簧壓縮 板3-4向下運(yùn)動(dòng)，從而使彈簧3-2在彈簧倉(cāng)3-3內(nèi)被壓縮，當(dāng)?shù)撞恐伪P(pán)3-l接觸 到地面以后，再增加的壓力直接作用在地面上，使立柱4在天花板(指上層樓板 的下底面)和地面之間被固定牢固。伸縮柱塞3-7應(yīng)有一定的行程，以滿足頂部 立柱4-2到達(dá)天花板(指上層樓板的下底面)和底部支撐盤(pán)3-l到達(dá)地面并緊固。立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸長(zhǎng)和縮短到位后，用機(jī)械開(kāi)關(guān)控制保持要求的狀態(tài)，防止出
現(xiàn)意外變動(dòng)的情況帶來(lái)危險(xiǎn)。彈簧3-2選擇壓縮彈簧，要具有足夠的壓縮長(zhǎng)度， 能夠滿足底部支撐盤(pán)3-l到達(dá)地面并壓緊。
啟動(dòng)升降電機(jī)9能夠帶動(dòng)升降套管10上下行運(yùn)動(dòng)，工作臂系統(tǒng)能夠隨升降套 管10在立柱4上升降。升降伸縮臂15采用矩形鋼管或圓形鋼管制作，關(guān)節(jié)處采用 軸承連接，以減少伸縮時(shí)的阻力。多方位輔助移動(dòng)臂17采用平衡拉力彈簧19控 制平衡，通過(guò)選擇合適的彈簧，使得多方位輔助移動(dòng)臂17在一定重力范圍內(nèi)， 到達(dá)任何一個(gè)位置都能取得平衡。多方位旋轉(zhuǎn)臂20能夠補(bǔ)充向上向下移動(dòng)的角 度和位置，達(dá)到無(wú)死角工作。
升降電機(jī)9采用能夠正反轉(zhuǎn)，且具有自剎車(chē)功能的電機(jī)，保證在斷電情況下 不會(huì)滑落出現(xiàn)危險(xiǎn)。升降電機(jī)9向上運(yùn)行時(shí)，當(dāng)上行開(kāi)關(guān)觸桿13接觸到上行擋板 7，就會(huì)斷開(kāi)電機(jī)電源，使升降電機(jī)9自動(dòng)剎車(chē)；升降電機(jī)9向下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)下行 開(kāi)關(guān)觸桿14接觸到下行擋板8，就會(huì)斷開(kāi)電機(jī)電源，使升降電機(jī)9自動(dòng)剎車(chē)。行 程開(kāi)關(guān)系統(tǒng)能夠避免升降電機(jī)9到達(dá)兩端后仍強(qiáng)力運(yùn)行造成設(shè)備損壞和危險(xiǎn)。
防滑落裝置12用來(lái)在升降電機(jī)9出現(xiàn)故障或失效的情況下保證安全。當(dāng)需要 升降工作臂時(shí)，分離操作裝置12-4向上動(dòng)作，使防滑落齒輪12-1與齒條5分離， 即可實(shí)現(xiàn)正常的升降運(yùn)動(dòng)；分離操作裝置12-4在重力或彈簧作用下向下動(dòng)作， 防滑落齒輪12-1就與齒條5完好嚙合。結(jié)合升降電機(jī)9的控制，可實(shí)現(xiàn)防滑落裝 置12的自動(dòng)控制。當(dāng)升降電機(jī)9故障或失效時(shí)，工作臂有向下墜落的趨勢(shì)，因?yàn)?齒條5是固定不動(dòng)的，所以防滑落齒輪12-l有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，由于齒輪偏心 轉(zhuǎn)軸12-2的作用，齒輪12-l接觸齒條5處的半徑變大，使得齒輪與齒條5嚙合更 加緊密，因而防滑落齒輪12-l不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而是微動(dòng)后達(dá)到平衡，從而防止 了機(jī)械臂系統(tǒng)的意外墜落。自吸式液壓支撐模塊23用來(lái)防止立柱調(diào)整系統(tǒng)3失效時(shí)造成安全隱患。機(jī)械
臂停留在立柱4-l底部時(shí)，升降套管10底部向下壓下限位擋板8和彈簧壓板 23-12，截止閥復(fù)位彈簧23-11被壓縮，截止閥頂桿23-8向下移動(dòng)，截止閥23-3 處于打開(kāi)狀態(tài)。對(duì)立柱4進(jìn)行支撐固定時(shí)，立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸縮柱塞3-7向上運(yùn) 動(dòng)，帶動(dòng)上部支撐盤(pán)3-9向上運(yùn)動(dòng)，上缸體23-2隨上部支撐盤(pán)3-9向上運(yùn)動(dòng)；立 柱調(diào)整系統(tǒng)3的底部固底盤(pán)3-l向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)下缸體23-l向下運(yùn)動(dòng)，液壓油從 上缸體23-2中進(jìn)入下缸體23-l中，液壓支撐模塊23被拉高，并且支撐在底部支 撐盤(pán)3-l和上部支撐盤(pán)3-9之間。當(dāng)機(jī)械臂系統(tǒng)升起時(shí)，由于下限位擋板8上部無(wú) 外力作用，截止閥23-3在截止閥復(fù)位彈簧23-ll作用下處于截止?fàn)顟B(tài)。如果此時(shí) 立柱調(diào)整系統(tǒng)3的支撐系統(tǒng)故障或失效，則立柱有下墜的趨勢(shì)，但因?yàn)榻刂归y 23-3處于截止?fàn)顟B(tài)，下缸體23-l中充滿了液壓油，上缸體23-2無(wú)法向下運(yùn)動(dòng)， 從而保證上部支撐盤(pán)3-9不會(huì)下落，避免了伸縮柱塞3-7失效帶來(lái)的安全隱患。 機(jī)械臂被降落到立柱底部時(shí)，下限位擋板8會(huì)向下壓縮截止閥彈簧23-11，使截 止閥23-3處于打開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸縮柱塞3-7向下運(yùn)動(dòng)，上部支 撐盤(pán)3-9隨著向下運(yùn)動(dòng)，下缸體23-l中的液壓油通過(guò)單向閥23-3進(jìn)入上缸體 23-2，上缸體23-2向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入下缸體23-1。自吸式液壓支撐模塊23既起到了 安全保障作用，也不會(huì)影響到立柱調(diào)整系統(tǒng)3的正常工作。自吸式液壓支撐模塊 23也可以用在其他需要任意高度支撐的場(chǎng)合。
在實(shí)際使用中，首先選擇機(jī)械臂展開(kāi)后能夠達(dá)到工作面的位置安放設(shè)備，測(cè) 量房子天花板(指上層樓板的下底面)高度。選擇合適長(zhǎng)度的立柱4進(jìn)行組合安 裝和連接，并調(diào)節(jié)調(diào)整絲杠6使絲杠頂板6-l靠近上層樓板的下底面。然后調(diào)整 立柱調(diào)整系統(tǒng)3驅(qū)動(dòng)伸縮柱塞3-7上升，同時(shí)觀察水平儀3-8，手工調(diào)整使立柱4保持垂直。當(dāng)立柱4上行接觸到上層樓板的下底面之后，升降系統(tǒng)的持續(xù)作用， 會(huì)產(chǎn)生壓力作用在底部支撐盤(pán)3-l上，使其下行并通過(guò)連接桿3-5帶動(dòng)彈簧壓縮 板3-4下行，彈簧被壓縮。當(dāng)?shù)撞恐伪P(pán)3-l接觸到地面的時(shí)候，后續(xù)的作用力 會(huì)使立柱4垂直牢固固定。此時(shí)自吸式液壓支撐模塊23上缸體23-2從下缸體23-l 中拉出，并處于值守狀態(tài)，在立柱調(diào)整系統(tǒng)3失效時(shí)能夠及時(shí)保持支撐狀態(tài)，避 免安全隱患。需要合理設(shè)計(jì)立柱調(diào)整系統(tǒng)3的伸縮壓力，以免破壞房屋的結(jié)構(gòu)。 立柱4安裝完畢以后，就可以展開(kāi)工作臂進(jìn)行工作。把手持工具掛接在工作臂端 部的手持工具接口21上，接口可以根據(jù)不同的手持工具定制。當(dāng)手持工具需要 前后、左右移動(dòng)，或者在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，直接手工輕輕拉動(dòng)工作臂即可實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)需要升高或降低高度時(shí)，先控制防滑落裝置12的壓合分離操作桿12-4，然后 控制升降電機(jī)9的電源，使整個(gè)工作臂升高或降低。機(jī)械臂系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)360。 范圍內(nèi)工作。
工作完畢以后，摘下手持工具。把升降電機(jī)9降落到立柱4-l的最低位置， 然后將工作臂折疊靠攏立柱，并進(jìn)行限位固定。松開(kāi)立柱調(diào)整系統(tǒng)3的開(kāi)關(guān)，把 伸縮柱塞3-7下降，底部支撐盤(pán)3-l離開(kāi)地面，彈簧3-2復(fù)位。同時(shí)，自吸式液壓 支撐模塊23的上缸體23-2進(jìn)入下缸體23-l中，解除值守狀態(tài)。隨后頂部立柱4-2 也離開(kāi)天花板，卸下頂部立柱4-2和中間立柱4-3，并把它們安放在底盤(pán)上的立 柱固定架22上。在牽引系統(tǒng)2的作用下，整個(gè)系統(tǒng)能夠自由搬運(yùn)轉(zhuǎn)移。
權(quán)利要求1、一種小型、輕便、耐用、低成本、易操作、方便移動(dòng)的借力助力機(jī)械臂，特別是一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征在于包括行走底盤(pán)(1)、牽引系統(tǒng)(2)、立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)、立柱(4)、齒條(5)、升降電機(jī)(9)、升降套管(10)、旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)、防滑落裝置(12)、升降伸縮臂(15)、多方位輔助移動(dòng)臂(17)、多方位旋轉(zhuǎn)臂(20)、手持工具接口(21)、自吸式液壓支撐模塊(23)，其連接關(guān)系為立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)固定在行走底盤(pán)(1)上，立柱(4)底端固定在立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)的伸縮柱塞(3-7)上，伸縮柱塞(3-7)上下移動(dòng)時(shí)，能夠帶動(dòng)立柱(4)上下行進(jìn)；立柱(4)有不同長(zhǎng)度的多條，組合連接起來(lái)使用，齒條(5)平行固定在立柱(4)的外表面；升降套管(10)套裝在立柱(4)的外部，在其上開(kāi)槽，使齒條(5)從槽內(nèi)伸出；升降電機(jī)(9)固定在升降套管(10)上，電機(jī)齒輪與齒條(5)嚙合，升降電機(jī)(9)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)能夠帶動(dòng)升降套管(10)沿立柱上下升降；旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)固定在升降套管(10)的兩端，能夠圍繞升降套管(10)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；升降伸縮臂(15)由平行的雙連桿構(gòu)成，起始端固定在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)上，多節(jié)升降伸縮臂(15)通過(guò)伸縮臂關(guān)節(jié)(16)連接，升降伸縮臂(15)能夠圍繞伸縮臂關(guān)節(jié)(16)水平折合，也能夠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)圍繞立柱(4)整體做水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；多方位輔助移動(dòng)臂(17)連接在升降伸縮臂(15)的末端，由平衡拉力彈簧(19)維持一定重力范圍內(nèi)的平衡，多方位輔助移動(dòng)臂(17)能夠繞十字旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(18)上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)；多方位旋轉(zhuǎn)臂(20)固定在多方位輔助移動(dòng)臂(17)末端，以增加末端臂上下移動(dòng)的幅度和角度；手持工具接口(21)連接在多方位旋轉(zhuǎn)臂(20)的末端，能夠在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，另外它能夠掛接手持工具，實(shí)現(xiàn)手持工具的連接固定；防滑落裝置(12)固定在升降套管(10)上，用來(lái)防止電機(jī)故障或失效情況下機(jī)械臂的意外滑落；自吸式液壓支撐模塊(23)與立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)一起配合使用，保障在立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)故障或失效時(shí)的安全支撐。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其基本特征是借助天 花板和地板垂直固定立柱(4)，使立柱頂部和底部與地板緊密連接產(chǎn)生的摩擦 力力矩，抵消工作臂展開(kāi)工作時(shí)產(chǎn)生的重力力矩，從而減少機(jī)械臂系統(tǒng)工作時(shí) 對(duì)底盤(pán)的面積和自身重量的要求；工作結(jié)束后機(jī)械臂能夠折疊合攏并降落到立 柱根部，此時(shí)機(jī)械臂重力的力矩很小，對(duì)底盤(pán)和自身重量要求也很??；因此系 統(tǒng)小型化，輕便化，移動(dòng)方便。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是設(shè)計(jì)有行 走底盤(pán)(1)、牽引系統(tǒng)(2)和立柱固定架(17);立柱(4)拆卸下來(lái)以后安放 在立柱固定架(17)上；機(jī)械臂折疊合攏、立柱拆卸之后承載在行走底盤(pán)(1) 上，系統(tǒng)在外力牽引下能夠自己行走移動(dòng)轉(zhuǎn)彎。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是行走底盤(pán)(1)上設(shè)計(jì)有立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)，立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)包括底部支撐盤(pán)(3-1)、 彈簧(3-2)、彈簧倉(cāng)(3-3)、彈簧壓縮板(3-4)、連接桿(3-5)、柱塞外殼(3-6)、 伸縮柱塞(3-7)、水平儀(3-8)、頂部支撐盤(pán)(3-9);彈簧倉(cāng)(3-3)固定在行 走底盤(pán)(1)臺(tái)面上，彈簧(3-2)裝在彈簧倉(cāng)(3-3)內(nèi)，彈簧(3-2)在彈簧 壓縮板(3-4)作用下會(huì)向下壓縮；頂部支撐盤(pán)(3-9)固定在伸縮柱塞(3-7) 頂部，伸縮柱塞(3-7)在柱塞外殼(3-6)內(nèi)，柱塞外殼(3-6)與底部支撐盤(pán)(3-1)固定在一起，底部支撐盤(pán)(3-1)通過(guò)連接桿(3-5 )連接彈簧壓縮板(3-4 );柱塞外殼(3-6)和伸縮柱塞(3-7)通過(guò)連接桿(3-5)、彈簧壓縮板(3-4)、 彈簧(3-2)、彈簧倉(cāng)(3-3)組成的懸掛結(jié)構(gòu)懸掛在行走底盤(pán)(1)上，由于彈 簧(3-2)的彈性，能夠小幅自由擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)水平調(diào)整；水平儀(3-8)固定在頂 部支撐盤(pán)(3-9)上，協(xié)助進(jìn)行立柱垂直度調(diào)整。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是設(shè)計(jì)有立 柱(4)、齒條(5)和調(diào)整絲杠(6)，立柱(4)由多根套接組合而成，包括底 部立柱(4-1)、頂部立柱(4-2)及多根不同長(zhǎng)度的中間立柱(4-3);立柱(4) 表面有平行固定的齒條(5)，多根立柱(4)組合連接時(shí)，齒條(5)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫 連接；底部立柱(4-1)固定在立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)的頂部支撐盤(pán)(3-9)上，頂 部立柱(4-2)連接調(diào)整絲杠(6);調(diào)整絲杠(6)的絲帽(6-3)套接入頂部立 柱(4-2)內(nèi)孔，絲桿(6-2)能夠在絲帽(6-3)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)絲杠頂板(6-1) 上下調(diào)整。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是設(shè)計(jì)有升 降電機(jī)(9)、升降套管(10)和旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)，升降電機(jī)(9)固定在升降套 管(10)外殼上，電機(jī)軸上安裝有齒輪，與齒條(5)緊密?chē)Ш?；升降電機(jī)(9) 啟動(dòng)后能夠帶動(dòng)升降套管(10)沿立柱(4)上下升降運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)套環(huán)(11)套 接固定在升降套管(10)的兩端，能夠圍繞升降套管(10)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臂 圍繞立柱的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是工作臂系 統(tǒng)由多節(jié)升降伸縮臂(15)、多方位輔助移動(dòng)臂(17)、多方位旋轉(zhuǎn)臂(20)組成，升降伸縮臂(15)能夠圍繞伸縮臂關(guān)節(jié)(16)做水平轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作臂伸縮 和旋轉(zhuǎn)；十字旋轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)(18)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，使多方位輔助移動(dòng)臂(17)、多 方位旋轉(zhuǎn)臂(20)能夠上下、左右旋轉(zhuǎn)；各節(jié)臂能夠圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了工 作臂的水平、前后、上下、旋轉(zhuǎn)多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；各節(jié)臂能夠圍繞關(guān)節(jié)折疊 后合攏在一起。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是設(shè)計(jì)有防滑 落裝置(12)，由防滑落齒輪(12-1)，齒輪偏心轉(zhuǎn)軸(12-2)，齒輪固定架(12-3)， 壓合分離操作裝置(12-4)組成；防滑落齒輪(12-1)設(shè)計(jì)有偏心轉(zhuǎn)軸(12-2)， 偏心轉(zhuǎn)軸(12-2)通過(guò)齒輪固定架(12-3)固定在升降套管(10)上；防滑落 齒輪(12-1)模數(shù)和齒條(5)模數(shù)相同；壓合分離操作裝置(12-4)固定在防 滑落齒輪(12-1)上，它協(xié)助完成防滑落齒輪(12-1)和齒條(5)的壓合和分 離，其動(dòng)作可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板和地板進(jìn)行垂 直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，其特征是設(shè)計(jì)有自吸 式液壓支撐模塊(23),包括下缸體(23-1)、上缸體(23-2)、截止閥(23-3)、 截止閾頂桿(23-8)、截止閥復(fù)位彈簧(23-11)、彈簧壓板(23-12);下缸體(23-1) 與下固定壓板(23-4)連接，下固定壓板(23-4)通過(guò)球形連接(23-5)與下 固定壓板(23-6)連接，并用帶彈墊螺栓(23-7)進(jìn)行緊固；上缸體(23-2) 同時(shí)作為柱塞能夠在下缸體(23-1)中上下行運(yùn)動(dòng)，上缸體(23-2)頂部與立柱 調(diào)整系統(tǒng)(3)的上部支撐盤(pán)(3-9)連接；上缸體(23-2)的底部設(shè)計(jì)有截止 閥(23-3)，截止閥(23-3)連接有截止閥頂桿(23-8)，截止閥頂桿(23-8) 另一端通過(guò)截止閥復(fù)位彈簧(23-11)和彈簧壓板(23-12)固定在上部支撐盤(pán)(3-9)上方；下固定板(23-4)連接到立柱調(diào)整系統(tǒng)(3)的底部支撐盤(pán)(3-1) 上；上下固定板中的球形連接(23-5)，使上下缸體能夠隨立柱調(diào)整系統(tǒng)(3) 有一定的擺動(dòng)調(diào)整空間；上下缸體內(nèi)部充液壓油。
專利摘要一種助力機(jī)械臂，特別是一種具有自行走底盤(pán)，借助天花板(指上層樓板的下底面)和地板進(jìn)行垂直立柱固定，能夠自由伸縮旋轉(zhuǎn)升降的借力助力機(jī)械臂，包括行走底盤(pán)1、牽引系統(tǒng)2、立柱調(diào)整系統(tǒng)3、立柱4、齒條5、升降電機(jī)9、升降套管10、旋轉(zhuǎn)套環(huán)11、防滑落裝置12、升降伸縮臂15、多方位輔助移動(dòng)臂17、多方位旋轉(zhuǎn)臂20、手持工具接口21、自吸式液壓支撐模塊23。借助天花板和地板固定立柱，減少對(duì)系統(tǒng)底盤(pán)面積和自身重量的要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化。小型手持工具掛接在工作臂端部的接口上，工具及相關(guān)附件的重力全部轉(zhuǎn)移到機(jī)械臂上，人手工操作工具對(duì)工作面進(jìn)行操作，有效的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，提高工作安全性。
文檔編號(hào)B25J3/00GK201136150SQ200720175119
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者朱建彬 申請(qǐng)人:朱建彬