本發明涉及機械操作裝置結構領域，尤其涉及一種主要應用于狹窄環境的、針對伸縮操作的裝置結構。

背景技術：

當前已有的機械式伸縮裝置中(不包含液壓氣壓伸縮裝置)，基本上都采用雙向伸縮原理，即固定中間桿，并同時將兩端進行伸縮，而且節數常固定為兩節或三節。因此，目前已有的機械式伸縮裝置普遍存在著驅動單元在伸縮過程中發生位置變化的問題。驅動裝置的不固定給伸縮過程的穩定性產生了嚴重的負面影響。另外，目前已有的機械式伸縮裝置在進行快速伸縮時，易發生折斷，所以在長距離伸縮時，只能適應較慢的伸縮速度使得伸縮過程很慢。

針對狹窄的環境，使用中，人們希望伸縮裝置在收縮時盡量小，展開時盡量長，并且希望在伸縮距離、伸縮速度和伸縮穩定性方面同時具有良好的性能。而現有的機械式伸縮裝置中，伸縮速度和伸縮距離一般沒有同時兼顧，而且伸縮過程的穩定性還需要增強。

因此，現有的機械式伸縮裝置中有如下三個需要解決或改進的問題：(1)節數固定，不能根據需要調整所需的伸縮節數；(2)伸縮過程中由于驅動裝置的位置改變帶來的不穩定性；(3)長距離伸縮時的伸縮速度問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題和不足，本發明的目的在于提供一種驅動單元位置固定，可方便地根據需求選擇伸縮級數，并可精確控制伸縮量的線性聯動裝置。

本發明提出一種線性聯動伸縮裝置，包括驅動裝置和至少兩級滑塊，驅動裝置驅動一級滑塊滑動，各級滑塊結構相同，并逐級地依次疊置設置。這里的“逐級依次疊置”指第一級滑塊設置在底座上，第二級滑塊疊置于第一級滑塊上，第三級滑塊疊置于第二級滑塊上，這種將后一級滑塊疊置于前一級滑塊之上的安裝方式。

所述各級滑塊的上表面，沿裝置整體伸縮方向上，均設有上表面開槽和上表面齒條；所述各級滑塊的下表面，沿裝置的身體伸縮方向上，均設有下表面開槽和下表面齒條；本級滑塊的下表面開槽與上一級滑塊的上表面齒條相對設置，本級滑塊的上表面開槽與下一級滑塊的下表面齒條相對設置。

所述各級滑塊的內部均設有穿過上表面開槽的上部聯動齒輪；所述各級滑塊的內部均設有穿過下表面開槽的下部聯動齒輪；設置于所述各級滑塊內部的上部聯動齒輪和下部聯動齒輪之間，通過環繞在下部聯動齒輪軸及上部聯動齒輪軸上的同步帶保持聯動；

各級滑塊之間，本級滑塊內的下部聯動齒輪均通過本級滑塊的下表面開槽與下一級滑塊的上表面齒條嚙合，本級滑塊內的上部聯動齒輪均通過本級滑塊上表面開槽與上一級滑塊的下表面齒條嚙合。

此處的同步帶設置的方向(即同步帶轉動的方向)與伸縮裝置伸縮的方向相同，也就是滑塊之間相對滑動的方向。

由于各級同步帶之間通過齒條和聯動齒輪之間的嚙合關系聯動，因而，驅動裝置只需要任意驅動一級滑塊滑動即可以將這一級滑塊的滑動傳遞到裝置的其他各級滑塊。

上述驅動裝置的驅動方式也多種多樣，既可以直接推動滑塊，通過滑塊下部聯動齒輪與其他滑塊的聯動作用將滑動傳遞到裝置的其他模塊；也可以直接對滑塊內部的同步帶或者聯動齒輪施加驅動力，直接將驅動力傳遞至其他滑塊。因此，這里“驅動裝置驅動一級滑塊滑動”中的“滑動”包括第一級滑塊相對于其他各級滑塊或底座的相對運動(滑動)，也包括中間某一級滑塊相對于與其相鄰的滑塊之間的相對運動(滑動)。

進一步的，如上所述的裝置還包括底座，所述驅動裝置安裝在底座上，驅動所述第一級滑塊在底座上滑動；所述第一級滑塊內的下部聯動齒輪通過第一級滑塊的下表面開槽與底座上表面的齒條嚙合；除第一級滑塊外的其他各級滑塊之間，本級滑塊內的下部聯動齒輪均通過本級滑塊的下表面開槽與下一級滑塊的上表面齒條嚙合，本級滑塊內的上部聯動齒輪均通過本級滑塊上表面開槽與上一級滑塊的下表面齒條嚙合。

這里的“第一級滑塊在底座上滑動”，是指第一級滑塊通過其內的下部聯動齒輪與底座上表面齒條的相互嚙合作用，而在第一級滑塊作為整體沿底座上齒條的方向相應地發生滑動，這么一種連接關系。第一級滑塊通過其下部聯動齒輪與底座上表面齒條的聯動作用，將驅動單元的驅動力轉化為滑塊的直線運動。

進一步的，如上所述的裝置中的驅動裝置選用電機，這種方式下，在底座的側面設置電動機通孔，電動機的驅動軸通過底座側面的電動機通孔與底座內的齒輪連接，底座內的齒輪與第一級滑塊的下表面齒條嚙合，底座內的齒輪由電動機的驅動軸帶動，驅動第一級滑塊滑動。

進一步的，為了限定滑塊的滑動方向，所述底座與第一級滑塊之間、相鄰各級滑塊之間的接觸面上均設有相互吻合的導向槽和導向凸起，導向槽與導向凸起的方向均與裝置整體的伸縮方向相同。

進一步的，為了使得滑塊之間結合的更為緊密，所述導向槽與導向凸起的橫截面均設置為梯型。

進一步的，為了增加伸縮裝置的有效伸縮范圍，所述導向凸起設置于滑塊下表面的中線后部位置，導向槽設置于滑塊上表面的中線位置。

同時，所述的上部聯動齒輪設置在所屬滑塊的前部，所述的下部聯動齒輪設置在所屬滑塊的后部。

進一步的，所述的上表面開槽(2)的寬度大于上部聯動齒輪(6)的寬度，所述下表面開槽(4)的寬度大于下部聯動齒輪(7)的寬度。

由于第一級滑塊中的下部聯動齒輪與底座的上表面齒條嚙合，在第一級滑塊與底座發生相對滑動時，第一級滑塊中的下部聯動齒輪開始轉動，這個轉動通過同步帶傳送給第一級滑塊的上部聯動齒輪，上部聯動齒輪與第二級滑塊的下表面齒條嚙合，因此這個轉動將推動第二級滑塊向前滑動，由于兩個軸同步轉動并且上部聯動齒輪和下部聯動齒輪完全相同，所以隨著第一級滑塊被推送出去，第二級滑塊會同步地，相對于第一級滑塊向前部平移同樣的距離。同樣的，每一級滑塊都會受下一級滑塊上部聯動齒輪的帶動而相對于下一級滑塊平移相同的距離。如此疊加，到第n級滑塊時，第n級滑塊相對于收縮狀態下的位置相比會平移n倍于第一級滑塊所平移的距離。因而，本發明只需要進行滑塊的疊加，就可以在僅僅推動第一級滑塊平移較小距離的狀態下，將最上一級滑塊向前推動成倍的距離。值得注意的是，本發明中由于希望每一級滑塊的滑動距離相同，因此，在設置滑塊內的上部與下部聯動齒輪以及齒輪軸時，需要保證上下部聯動齒輪尺寸相同，同時也需要保持兩個齒輪軸的尺寸相一致。這樣才能夠保證同步帶的轉動對裝置中所有個齒輪的作用效果都相同。

為了便于本領域技術人員理解，本說明書中所述“前”是指伸縮裝置伸展方向，“后”是指與之相反的方向。此處對“前”和“后”的描述，并不構成對本發明技術方案的特定限定。

有益效果

本發明通過在滑塊內部設置上部聯動齒輪和下部聯動齒輪，設置同步帶保證兩聯動齒輪同步轉動，同時通過上部聯動齒輪與上一級滑塊的下表面齒條嚙合，下部聯動齒輪與下一級滑塊的上表面齒條嚙合，從而將下一級滑塊的滑動傳遞至上一級滑塊，以實現各級滑塊之間的聯動。由于每一級滑塊都會受下一級滑塊上部聯動齒輪的帶動而相對于下一級滑塊平移與下一級滑塊移動距離相同的距離。因而，本發明僅僅通過滑塊之間的疊加就可以成倍地增加伸縮長度。也就是說，可以通過滑塊的疊加，在將第一級滑塊平移較小距離時，將最后一級滑塊向外推動成倍的距離，實現快速、可控的伸縮。具體來說，有益效果有以下四點：

(1)本發明的伸縮裝置節數不固定，可根據使用需求(伸縮距離、伸縮速度)進行選擇。若需要伸縮距離長或伸縮速度快，選用較多級數的滑塊進行簡單疊加即可。本發明中的伸縮裝置由底座和完全相同的若干級滑塊組成。相同的滑塊有利于批量的生產，且易于安裝使用。

(2)本發明驅動裝置(例如電機)固定在底座上，驅動裝置的位置沒有設置在伸縮臂上，伸縮過程中驅動裝置的位置始終不變，因而更有利于保持整個裝置的穩定。目前普遍采用的電機設置于伸縮機構中間的結構，這種結構下伸縮方向是雙向的，這使得伸縮臂要承受電機的重量；而且在伸縮過程中，電機的位置是變化的，這導致整個裝置的重心隨著電機位置的變化而發生較大變化，給大范圍或者快速的伸縮帶來不穩定。本發明只有一個伸縮方向，只在一端有負載并且負載都是施加在伸縮臂上，整個伸縮過程中伸縮臂受力不變，電機的重量對伸縮臂的受力是沒有影響的。整個裝置的重心始終在伸縮臂上某一點，重心心位置變化速度較慢。

(3)本發明中通過電機對第一級滑塊進行慢速、短距離的驅動，通過滑塊間的線性疊加聯動實現裝置末端(最上一級滑塊)的快速、大范圍移動。在設置多級滑塊時，總的伸縮距離會平均分攤到每一級滑塊。也就是說，在需要完成一定伸縮長度的情況下，當設置多級滑塊后，裝置對第一級滑塊的驅動的距離并不會很長。由于各級滑塊之間的聯動關系，在完成這一伸縮長度時，伸縮裝置整體所需的相對的驅動距離也就相應縮短，驅動時間因而相對的縮短。這種方式下，僅僅通過調節滑塊的級數就可以方便地獲得不同的伸縮總量和不同的伸縮速度(滑塊級數越多，整個裝置的伸縮總量就越大，完成同樣距離的伸縮速度也越快)。

(4)本發明中的各級滑塊的底部還設有凸起和凹槽用來導向。具有梯形橫截面的導向凸起和導向槽使得各級滑塊的連接更加穩固，在伸縮過程中會避免除伸縮方向外的其他方向移動。

本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，并與本發明的實施例一起，用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為可精確控制伸縮量的線性聯動裝置的整體結構圖；

圖2為本裝置的展開狀態圖；

圖3為本裝置內部結構圖；

圖4為本裝置底座結構圖；

圖5為單獨的滑塊外部結構圖；

圖6為單獨的滑塊內部結構圖；

圖7為本裝置底座的內部結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例一

如圖1所述為本發明所述線性聯動伸縮裝置的整體示意圖。本實施例中的伸縮裝置由兩級滑塊構成。參照圖3、圖4和圖6，各結構的標號分別為：底座1，電機2-1,電機傳動軸2-2,傳動齒輪2-3，底座上表面齒條11，滑塊上表面齒條3，滑塊下表面齒條5，滑塊下部聯動齒輪軸8，滑塊下部聯動齒輪7，同步帶10,滑塊上部聯動齒輪軸9，滑塊上部聯動齒輪6，滑塊上表面開槽2,滑塊下表面開槽4，滑塊下表面的導向凸起13，滑塊上表面的導向槽12。

本實施例中的導向凸起和導向槽具有梯形的橫截面。這樣的設計可以在保證滑塊滑動方向不發生偏移的同時，使得滑塊之間的連接關系更為牢固。由于梯形凸起和導向槽之間相互吻合，因而，這種結構可以保證滑塊在垂直方向上進行滑動，實現伸縮控制，而不至于脫落。

這里以圖3所示的兩級伸縮裝置為例，更多級伸縮裝置的原理相同。本實施例所述大范圍快速伸縮裝置包括底座1和兩級滑塊。其中，第一級滑塊滑動地設置在底座上，第二級滑塊疊置于第一級滑塊之上。所有滑塊的上表面均沿伸縮裝置整體的伸縮方向設有上表面開槽2，所有滑塊的下表面均沿伸縮裝置整體的伸縮方向設有下表面開槽4，所述各級滑塊的內部均設有穿過上表面開槽2的上部聯動齒輪6；所述各級滑塊的內部均設有穿過下表面開槽4的下部聯動齒輪7；設置于所述各級滑塊內部的上部聯動齒輪6和下部聯動齒輪7之間，通過環繞在下部聯動齒輪軸8與上部聯動齒輪軸9上的同步帶9保持聯動。下部聯動齒輪軸8設置于下部聯動齒輪7中心，兩者保持同步轉動。上部聯動齒輪軸9設置于上部聯動齒輪6中心，兩者保持同步轉動。

第一級滑塊內的下部聯動齒輪7通過第一級滑塊的下表面開槽4與底座1上表面的齒條11嚙合；除第一級滑塊以外的各級滑塊之間，本級滑塊內的下部聯動齒輪7均通過本級滑塊的下表面開槽4與下一級滑塊的上表面齒條3嚙合，本級滑塊內的上部聯動齒輪6均通過本級滑塊的上表面開槽2與上一級滑塊的下表面齒條5嚙合。

在電機2-1驅動下，傳動軸2-2及傳動齒輪2-3轉動，通過傳動齒輪2-3與第一級滑塊的下表面齒條5的嚙合，驅使第一級滑塊向前部運動，由于第一級滑塊的下部聯動齒輪7與底座1的上表面齒條11嚙合，所以第一級滑塊在向前移動時，滑塊內部的下部聯動齒輪7轉動，這個轉動由同步帶傳遞到第一級滑塊上部聯動齒輪軸9和上部聯動齒輪6，又由于第一級滑塊的上部聯動齒輪6與第二級滑塊的下表面齒條5嚙合，所以第一級滑塊上部聯動齒輪6的轉動會推動第二級滑塊向前移動。第二級滑塊相對于第一級滑塊的平移距離實際上就是第一級滑塊相對于底座1被推出的距離。由于各級滑塊之間的聯動，此時，第二級滑塊相對于底座1所移動的距離，實際上是第一級滑塊相對于底座1被推出的距離的2倍。也就是說，如果需要增加伸縮距離，或者在僅僅推動第一級滑塊移動很小距離的情況就可以通過滑塊之間的疊加下將最后(圖中最上)一級滑塊送出很遠。各級滑塊之間的連接方和法這里說明的幾級完全相同。

本發明主要是通過上下級滑塊之間的聯動關系，控制各級滑塊之間的相對的移動距離完全一致，以此保證最上一級滑塊相對于底座的伸縮速度和伸縮量與滑塊的級數成線性的函數關系。通過簡單的調節滑塊數量就能獲得不同的伸縮量和伸縮速度。

為了控制滑塊之間移動的方向，參照圖5和圖6的結構，本實施例中的各級滑塊的上表面均設有導向槽12，導向槽12的方向與伸縮裝置整體的伸縮方向相同(即圖中的x軸方向)；所述的滑塊的下表面均設有導向凸起13，導向凸起13的尺寸與導向槽12的尺寸相吻合。同時，底座的上表面上與第一級滑塊的導向凸起13相對的位置同樣設有導向槽12。

此處，為了使得滑塊可以滑動的距離更長，導向凸起13設置于滑塊下表面的中線位置，導向槽12設置于滑塊上表面的中間位置。類似的，在收縮狀態下，與下一級滑塊下表面齒條嚙合的上部聯動齒輪軸設置在滑塊的前部，與上一級滑塊或底座的上表面齒條嚙合的下部聯動齒輪軸設置在滑塊的后部。

同時，需要注意的是，本實施例通過電機和傳動齒輪2-3驅動第一級滑塊并不是本裝置的唯一驅動方式。直接驅動滑塊內部的聯動齒輪等方式也可以實現對裝置的控制。但為了使裝置的結構更為統一，同時方便將第一級滑塊安裝在底座上，本實施例采用了這種方式為滑塊提供驅動力。

本領域技術人員通過上面的描述可以理解，本裝置的設計主要在于通過聯動齒輪和齒條之間的嚙合，同時借助同步帶的傳送將兩級滑塊之間或者滑塊與底座之間的相對滑動傳遞到裝置中的其他滑塊上，從而實現線性聯動的伸縮。因此，如下一種結構也能夠通過直接驅動裝置中的某一級滑塊完成對整個裝置的伸縮控制。

實施例二

一種線性聯動伸縮裝置，包括驅動裝置和至少兩級滑塊，驅動裝置驅動一級滑塊滑動，其特征在于，各級滑塊結構相同，并逐級地依次疊置設置；

所述各級滑塊的上表面，沿裝置整體伸縮方向上，均設有上表面開槽2和上表面齒條3；所述各級滑塊的下表面，沿裝置整體伸縮方向上，均設有下表面開槽4和下表面齒條5；本級滑塊的下表面開槽4與上一級滑塊的上表面齒條3相對設置，本級滑塊的上表面開槽2與下一級滑塊的下表面齒條5相對設置；

所述各級滑塊的內部均設有穿過上表面開槽2的上部聯動齒輪6；所述各級滑塊的內部均設有穿過下表面開槽4的下部聯動齒輪7；設置于所述各級滑塊內部的上部聯動齒輪6和下部聯動齒輪7之間，通過環繞在下部聯動齒輪軸8與上部聯動齒輪軸9上的同步帶10保持聯動；

各級滑塊之間，本級滑塊內的下部聯動齒輪7均通過本級滑塊的下表面開槽4與下一級滑塊的上表面齒條3嚙合，本級滑塊內的上部聯動齒輪6均通過本級滑塊的上表面開槽2與上一級滑塊的下表面齒條5嚙合。

這里，對滑塊的驅動方式也多種多樣(而且，驅動裝置對滑塊直接施加的驅動力也不限于僅僅施加在某個固定的滑塊上這一種方式，既可以對裝置中最下面一級的滑塊施加驅動力，也可以對裝置中的其他某一級滑塊施加)。其中一種比較簡便的方式就是增設一個底座，在底座上安裝驅動裝置，通過底座與設置在底座上的第一級驅動裝置之間的下部聯動齒輪7和底座上表面齒條11之間的嚙合關系將驅動裝置的驅動力傳遞至裝置中的其他滑塊。

具體而言，所述裝置還包括底座1，所述驅動裝置安裝在底座1上，驅動所述第一級滑塊在底座1上滑動；所述第一級滑塊內的下部聯動齒輪7通過第一級滑塊的下表面開槽4與底座1上表面的齒條11嚙合。

本領域普通技術人員可以理解：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。