TWI458611B - 並聯機器人 - Google Patents

Description

並聯機器人

本發明涉及一種並聯機器人。

機器人中常會採用並聯機器人以實現多方位之快速運動，且並聯機器人相對於串聯機構具有剛度大、結構穩定、承載能力強、精度高等優點，擴大機器人之應用領域。

一種並聯機器人，包括支架、可動平台以及連接於支架與可動平台之間之三條主動支鏈及一條轉動支鏈。主動支鏈包括與支架固定連接之驅動裝置、與可動平台鉸接之第一連桿及鉸接於驅動裝置及第一連桿之間之第二連桿。驅動裝置包括伺服電機及減速器，藉由減速器來改變來調節主動支鏈中之第一連桿之轉動速度。惟，由於減速器之成本較高，故此種並聯機器人之整體製作成本較高。此外，減速器結構較為複雜，不便於維修。

鑒於上述狀況，有必要提供一種結構簡單且成本較低之並聯機器人。

一種並聯機器人，包括支架、可動平台、連接於支架與可動平台之間之平移支鏈及轉動支鏈，以及固定於支架上之第一動力裝置及第二動力裝置，第一動力裝置驅動平移支鏈，第二動力裝置驅動轉動支鏈，第一動力裝置包括主動輪，平移支鏈包括第一傳動 件及傳動繩，第一傳動件包括扇形傳動部及固定傳動繩之固定組件，傳動繩之中部纏繞於該主動輪上，且其餘部分纏繞於扇形傳動部之弧形邊緣上，使主動輪藉由傳動繩帶動第一傳動件轉動，固定組件將傳動繩之末端固定於扇形傳動部上，固定組件包括彈性件、固定於扇形傳動部上之定位件及與定位件連接之緊固件，緊固件與傳動繩固定連接，緊固件具有頭部，彈性件套設於緊固件上，且卡持於緊固件之頭部及定位件之間。

上述並聯機器人藉由纏繞於第一動力裝置之主動輪和平移支鏈之第一傳動件之扇形傳動部之傳動繩來實現減速傳動，省去齒輪等結構複雜之裝置，結構簡單，且生產成本較低。此外，並聯機器人之平移支鏈之平移角度通常於一定範圍內，故藉由將第一傳動件之扇形傳動部之扇形角度根據平移角度來設置，而無需採用圓形齒輪，節省空間，減少轉動慣量，使該並聯機器人之結構簡單且具有較高之傳動精度。

100‧‧‧並聯機器人

10‧‧‧相對支架

11‧‧‧安裝口

13、21‧‧‧連接部

131‧‧‧支撐軸承

15‧‧‧安裝孔

20‧‧‧可動平台

211、4131‧‧‧連接孔

30‧‧‧第一動力裝置

31、51‧‧‧馬達

33‧‧‧主動輪

40‧‧‧平移支鏈

41‧‧‧第一傳動件

411‧‧‧扇形傳動部

4112‧‧‧導向槽

413‧‧‧傳動桿

415‧‧‧轉軸

43‧‧‧第二傳動件

431‧‧‧第一連桿

432‧‧‧第二連桿

433‧‧‧第一樞轉組件

4331‧‧‧第一轉動件

4333‧‧‧第二轉動件

434‧‧‧第二樞轉組件

435‧‧‧第三樞轉組件

436‧‧‧第四樞轉組件

437‧‧‧加強桿

45‧‧‧傳動繩

47‧‧‧固定組件

471‧‧‧定位件

473‧‧‧緊固件

4731‧‧‧固定塊

4733‧‧‧螺釘

4735‧‧‧頭部

475‧‧‧彈性件

50‧‧‧第二動力裝置

53‧‧‧傳動齒輪

60‧‧‧轉動支鏈

61‧‧‧轉動連桿

63‧‧‧軸承

圖1係本發明實施例之並聯機器人之立體組合圖。

圖2係圖1所示並聯機器人之局部立體分解示意圖。

圖3係圖1所示並聯機器人之第二傳動件之立體分解示意圖。

圖4係圖2所示並聯機器人IV處之放大示意圖。

圖5係圖1所示並聯機器人之平移支鏈之局部立體分解示意圖。

下面結合附圖及實施方式對本發明提供之並聯機器人作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施例提供之並聯機器人100包括一支架10、一可動平台20、連接於支架10與可動平台20之間之三平移支鏈40及一轉動支鏈60，以及固定於支架10上之三第一動力裝置30及一第二動力裝置50。

支架10大致呈圓形，自支架10之邊緣沿朝向其中心部之方向開設有三安裝口11，該三安裝口11等間距形成於支架10之台面上。支架10對應於每一安裝口11下方設有一連接部13，每一連接部13中安裝有支撐軸承131。支架10之中心還貫通開設有安裝孔15。當然，支架10亦可為三角形等其他形狀。

請同時參閱圖2及圖4，可動平台20大致呈圓柱形，其週緣上凸出形成有三連接部21，每一連接部21上開設有連接孔211。

每一第一動力裝置30分別安裝於支架10上方靠近三安裝口11處，以提供三平移支鏈40之動力。第一動力裝置30包括馬達31及與馬達31固定連接之主動輪33。

每一平移支鏈40包括一第一傳動件41、一第二傳動件43、複數傳動繩45及二固定組件47。該第二傳動件43與該第一傳動件41可轉動連接。該複數傳動繩45之中部纏繞於第一動力裝置30之主動輪33上，且其餘部分纏繞於第一傳動件41上。二固定組件47將傳動繩45之兩端固定於第一傳動件41上。

第一傳動件41包括扇形傳動部411、傳動桿413及轉軸415。扇形傳動部411之弧形邊緣形成有複數相互平行之導向槽4112。導向槽4112沿扇形傳動部411之周向延伸。傳動桿413自扇形之圓心遠離扇形傳動部411延伸形成，其遠離扇形傳動部411之一端開設有 連接孔4131。轉軸415基本垂直穿過傳動桿413。扇形傳動部411之扇形角度根據並聯機器人100所需要之平移角度設置。

請同時參閱圖3至圖5，第二傳動件43為四連桿結構，包括第一連桿431、第二連桿432及連接於第一連桿431和第二連桿432之第一樞轉組件433、第二樞轉組件434、第三樞轉組件435、第四樞轉組件436及加強桿437。四樞轉組件433、434、435、436均包括轉動連接之第一轉動件4331和第二轉動件4333。第一、第二樞轉組件433、434藉由第一轉動件4331分別連接於第一連桿431之兩端，第三、第四樞轉組件435、436藉由第一轉動件4331分別連接於第二連桿432之兩端。加強桿437可增加第一連桿431和第二連桿432之連接強度及整個四連桿結構穩定性。本實施例中，第一、第二、第三、第四樞轉組件433、434、435、436為球鉸鏈結構。

傳動繩45之中部纏繞於第一動力裝置30之主動輪33上，位於主動輪33兩側之部分分別纏繞於第一傳動件41之扇形傳動部411之二相鄰之導向槽4112內，且兩端分別固定於第一傳動件41之扇形傳動部411之兩側。每根傳動繩45自第一傳動件41之一導向槽4112繞入，於第一動力裝置30之主動輪33上環繞後，自另一相鄰導向槽4112繞出。傳動繩45纏繞於第一動力裝置30之主動輪33之圈數為n。第一傳動件41之扇形傳動部之相鄰二導向槽4112之間之間距等於傳動繩45之直徑與n值之乘積，且導向槽4112始末端之高度差等於第一傳動件41之直徑與傳動比之乘積。於本實施例中，n值取2。傳動繩45可採用韌性高、彈性小之材質製成，於本實施例中，傳動繩45為鋼絲繩。

固定組件47包括定位件471、緊固件473及彈性件475。定位件471 藉由螺釘(圖未標)與扇形傳動部411固定連接，二定位件471分別固定於扇形傳動部411兩側。緊固件473包括固定塊4731和穿過定位件471與固定塊4731螺合之螺釘4733。傳動繩45之兩端分別固定於二固定塊4731中，螺釘4733具有頭部4735。彈性件475由複數碟形彈片疊加而成，套設於螺釘4733上，並分別與螺釘4733之頭部4735及定位件471相抵。該彈性件475可提供一彈性拉力於傳動繩45，使傳動繩45於傳動過程中不鬆懈。另，該彈性件475可調整傳動繩45相對於第一動力裝置30之主動輪33之作用力，使每根傳動繩45之作用力基本均等。

第二動力裝置50安裝於支架10之安裝孔15中，以提供轉動支鏈60之動力。第二動力裝置50包括馬達51、與馬達51連接之主動齒輪(圖未示)及與主動齒輪嚙合之傳動齒輪53。傳動齒輪53與轉動支鏈60活動連接，從而驅動轉動支鏈60轉動。

轉動支鏈60包括轉動連桿61及套設於轉動連桿61上之軸承63。轉動連桿61與可動平台20活動連接。軸承63與傳動齒輪53活動連接。

請同時參閱圖1至圖5，組裝該並聯機器人100時，第一動力裝置30及第二動力裝置50固定於支架10上。平移支鏈40之第一傳動件41之轉軸415之兩端分別收容於支架10之支撐軸承131內，以實現轉動連接。第一傳動件41之扇形傳動部411自支架10之安裝口11處伸出，傳動繩45纏繞第一動力裝置之主動輪33後，其位於主動輪33兩側之部分分別纏繞於輪殼扇形傳動部411之二相鄰之導向槽4112內，且兩端分別固定於第一傳動件41之扇形傳動部411之兩側。第二傳動件43藉由第二、第四樞轉組件434、436之第二轉 動件4333穿過第一傳動件41之連接孔4131與第一傳動件41轉動連接。第一、第三樞轉組件433、435之第二轉動件4333穿過可動平台20之連接部21之連接孔211與可動平台20轉動連接。轉動支鏈60之轉動連桿61之一端穿過支架10之安裝孔15與支架10轉動連接，軸承63與第二動力裝置50之傳動齒輪53固定連接。

工作時，平移支鏈40之第一傳動件41於第一動力裝置30之驅動下繞支架10之連接部13轉動，並帶動第二傳動件43實現平移、轉動等運動，從而實現平移支鏈40之相對支架10於空間內移動，並帶動可動平台20相對支架10於空間內作三維移動。轉動支鏈60於第二動力裝置50之驅動下相對支架10轉動，並帶動可動平台20內部轉動。從而實現可動平台20相對支架10之平移及可動平台20內部之轉動。

本發明之並聯機器人100藉由纏繞於第一動力裝置30之主動輪33和平移支鏈40之第一傳動件41之扇形傳動部411之傳動繩45來實現減速傳動，省去齒輪等結構複雜之裝置，結構簡單，且生產成本較低。並且“”型之纏繞方式可增大傳動繩45與主動輪33及第一傳動件41之扇形傳動部411之接觸之長度，從而增大傳動繩45與主動輪33及第一傳動件41之扇形傳動部411之摩擦力，以實現高精度之傳動。

並且，由於第一傳動件41之扇形傳動部411採用扇形結構，扇形之角度可根據並聯機器人100所需要之移動角度來設置，而無需採用圓形齒輪，可節省空間，使結構簡單。扇形傳動部411所需要之驅動力亦較圓形齒輪小，故轉動過程中之轉動慣量亦較小，可提高傳動精度。

此外，藉由將第一動力裝置30之主動輪33上收容傳動繩45之導向槽4112，且導向槽4112相互平行，使傳動繩45於交叉處不會重疊接觸，可避免於轉動過程中，傳動繩45由於自身接觸而出現之磨損，可延長傳動繩45之壽命。

進一步地，當傳動繩45長時間使用後，出現鬆動等情況，可藉由螺釘4733壓縮彈性件475，使傳動繩45再次被拉緊，從而避免打滑等情況出現。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧並聯機器人

10‧‧‧相對支架

13、21‧‧‧連接部

131‧‧‧支撐軸承

20‧‧‧可動平台

211‧‧‧連接孔

30‧‧‧第一動力裝置

31、51‧‧‧馬達

33‧‧‧主動輪

41‧‧‧第一傳動件

43‧‧‧第二傳動件

431‧‧‧第一連桿

432‧‧‧第二連桿

433‧‧‧第一樞轉組件

4331‧‧‧第一轉動件

4333‧‧‧第二轉動件

434‧‧‧第二樞轉組件

435‧‧‧第三樞轉組件

436‧‧‧第四樞轉組件

437‧‧‧加強桿

45‧‧‧傳動繩

47‧‧‧固定組件

50‧‧‧第二動力裝置

53‧‧‧傳動齒輪

60‧‧‧轉動支鏈

61‧‧‧轉動連桿

63‧‧‧軸承

Claims (7)

1. 一種並聯機器人，包括支架、可動平台、連接於支架與可動平台之間之平移支鏈及轉動支鏈，以及固定於該支架上之第一動力裝置及第二動力裝置，該第一動力裝置驅動該平移支鏈，該第二動力裝置驅動該轉動支鏈，其改良在於：該第一動力裝置包括主動輪，該平移支鏈包括第一傳動件及傳動繩，該第一傳動件包括扇形傳動部及固定該傳動繩之固定組件，該傳動繩之中部纏繞於該主動輪上，且其餘部分纏繞於該扇形傳動部之弧形邊緣上，該主動輪藉由該傳動繩帶動該第一傳動件轉動，該固定組件將該傳動繩之末端固定於該扇形傳動部上，該固定組件包括彈性件、固定於該扇形傳動部上之定位件及與該定位件連接之緊固件，該緊固件與該傳動繩固定連接，該緊固件具有頭部，該彈性件套設於該緊固件上，且卡持於該緊固件之頭部及該定位件之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該平移支鏈還包括連接該第一傳動件與可動平台之第二傳動件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機器人，其中該第一傳動件還包括自該扇形傳動部之圓心延伸形成之傳動桿，該傳動桿與第二傳動件可轉動連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機器人，其中該第一傳動件還包括轉軸，該支架上形成有連接部，該轉軸可轉動連接於該連接部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之並聯機器人，其中該支架還包括設置於該連接部內之支撐軸承，該支撐軸承套設於該轉軸上。
6. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機器人，其中該第二傳動件為四連桿結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該扇形傳動部之弧形邊緣上開設有導向槽，該傳動繩纏繞於該導向槽中。