CN104149087A - 并联式机器人及线性并联式机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性并联式机构，包含一固定平台、一可动平台及多个连杆组。连杆组连接固定平台与可动平台，并带动可动平台，其中一连杆组包含线性传动元件以及致动连杆，各致动连杆由各线性传动元件带动，使可动平台相对固定平台作动。借此，除解决传统串联式机器人机构误差累积的问题，亦同时降低习用并联式机器人机构的运动误差的问题，且可扩大其工作范围并强化工作稳定性。

Description

并联式机器人及线性并联式机构

技术领域

本发明提供一种线性并联式机构，尤其是一种稳定的线性并联式机构及具有前述并联式机构的并联式机器人。

背景技术

按传统习用的串联式机器人机构，均须要一串联式三轴调整机构，此机构可水平与垂直自动调整其可动平台的姿态与角度，但此机构具有以下缺点：(1)串联式机构易造成误差的累积；(2)串联式机构负荷流线长，机构强度较弱，容易变形；(3)串联式机构若欲增加其强度，会增加惯性造成机构控制上的不易，且精度较差，以及能源耗损严重；(4)串联式机构于作动时，无法有效消除热变形的问题。

基于前述传统串联式机器人机构的困扰，现今许多产业将串联式机构改良为并联式机构。此并联式机构为一封闭的系统，采用习用并联式机构的机器人多将三个固定座散布安装于一工作平台外围，再从三固定座延伸出三个连杆组，这些连杆组的一端由线性传动元件构成,另一端则由连杆构成，并连接到一个可动平台上，这些线性传动元件分别在单一方向做线性往复运动，而带动可动平台于三度空间移动，此种习用并联式机构设计可以解决结构复杂、惯性大及高负荷的缺点。

前述并联式机构虽可解决串联式机器人机构的部份问题，但习用并联式机构会产生以下困扰：

其一，此类并联式机构设计将三组传动元件散布安装于一工作平台外围，其工作平台上方周侧空间并无法有效运用，工作平台下方供工件传输的空间亦因为三组传动元件与其固定机构占住部分空间而多所受限。

其二，工作平台要运用下方空间进行工作，故工作平台亦无法降低工作高度。

其三，三组传动元件与其固定机构散布安装于一工作平台外围，整体体积庞大,安装及运输皆麻烦又占空间。

其四，三组传动元件散布安装于一工作平台外围会让工作惯性不容易集中控制，增加线性并联式机器人调校稳定性的难度。

发明内容

本发明提供一种线性并联式机构以及一种并联式机器人，利用并联式的多个连杆组对称排列固定于同一固定座的设计，不但可以带动可动平台于三度空间移动，且此并联式机构及并联式机器人可降低运动误差（提升稳定性），有效抵消热变形。同时，多组传动元件集中式的固定设计令连杆组可以充分运用固定平台上方工作空间，降低固定平台工作安装高度，以扩大工作范围及并提高稳定性。

依据本发明一实施方式，提供一种线性并联式机构，此线性并联式机构包括一固定平台、一可动平台以及多个连杆组。可动平台相对于固定平台，连杆组则连接固定平台与可动平台，并带动可动平台。固定平台包含一固定基座及一固定座，此固定座设置于固定基座的一中心位置。各连杆组包括一线性传动元件与一致动连杆，其中多个线性传动元件呈均匀对称环绕固定在固定座外侧，且各线性传动元件用以传动致动连杆。各致动连杆具有两端，各致动连杆的第一端受各线性传动元件带动，而各致动连杆的第二端连接于可动平台。借此，利用连杆组分别在单一方向做线性往复运动，带动可动平台于三度空间移动。

依据前述的线性并联式机构，其中各致动连杆一端可以采可拆卸锁接或固接于各线性传动元件，各致动连杆的第二端可以一球接头或是一万向接头连接于可动平台。借此，可提供并联式机器人更多设计的灵活性。

依据本发明另一实施方式，提供一种具并联式机构的并联式机器人，其用以配置在于自动化生产线上，前述并联式机器人包含一固定平台、一可动平台、一旋转装置以及多个连杆组。可动平台相对于固定平台，可动平台利用一载具以带动一工件。旋转装置带动可动平台上的载具进行旋转。各连杆组装设于固定平台与可动平台之间。固定平台包含一固定基座与一固定座，其中固定座装设于固定基座的一中心位置。各连杆组包括一传动元件（可为直线性或非直线性）与一致动连杆，其中多个传动元件呈均匀对称环绕固设在固定座外侧。各致动连杆具有相连接的一致动上杆及一致动下杆。其中致动上杆上侧具有第一端连接于传动元件，同时，致动下杆下侧具有第二端连接于带动可动平台。当传动元件传动令致动上杆伸缩作动，致动上杆同时带动致动下杆，并以多个致动连杆独立动作驱动可动平台于三度空间移动，且旋转装置可进一步以增加可动平台另一自由度的旋转。

依据前述的并联式机器人，其中该传动元件可呈直线性或非直线性传动。致动上杆被带动的位移范围可位于固定基座的上方。

依据本发明再一实施方式，提供一种并联式机器人，其包括一固定平台、一可动平台、一旋转装置以及多个连杆组。连杆组装设于固定平台与可动平台之间，旋转装置连接固定座与可动平台，而可动平台相对于固定平台。可动平台利用一载具以带动一工件。旋转装置带动可动平台上的载具进行旋转。固定平台包括一固定基座以及一固定座，其中固定座设置于固定基座的一中心位置。各连杆组包括一传动元件以及一致动连杆，其中传动元件呈均匀对称环绕固设在固定座外侧，各致动连杆包括相连接的一致动上杆以及一致动下杆。致动上杆上侧具有第一端连接传动元件且被传动元件带动，致动下杆下侧具有第二端连接带动可动平台。通过旋转装置被装设于固定座内的机构驱动的配置来旋转载具，可以经由降低装设于固定座的传动元件的载重负担，进而增加机器人的载重能力。

依据前述的并联式机器人，其中各致动上杆可为弯曲形状，以增加此并联式机器人的运动空间。

附图说明

图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种线性并联式机构配合一罩体的外观图；

图2绘示依照图1实施方式的线性并联式机构的立体图；

图2A绘示依照图2实施方式的线性并联式机构的侧视图；

图3绘示依照本发明另一实施方式的一种并联式机器人的立体图；

图3A绘示依照图3实施方式的并联式机器人的侧视图；

图4绘示依照本发明再一实施方式的一种并联式机器人的立体图；

图4A绘示依照图4实施方式的并联式机器人的侧视图。

具体实施方式

请参阅图1，其绘示依照本发明的一实施方式的一种线性并联式机构配合一罩体500的外观图。本实施方式的线性并联式机构包含一固定平台100、一可动平台200与多个连杆组300。利用并联式且对称的多个连杆组300伸缩作动，以带动可动平台200相对固定平台100进行三度空间的移动。由图1可知，在实际操作时，可外加一罩体500，避免线性并联式机构在使用过程中，受外在环境的影响。

请参阅图2，是绘示依照图1实施方式的线性并联式机构的立体图。其中固定平台100包含一固定基座110及一固定座120，此固定座120设置于固定基座110的一中心位置。可动平台200相对应于固定平台100。

请同时配合图2A，其绘示依照图2实施方式的线性并联式机构的侧视图。多个连杆组300装设于固定平台100与可动平台200之间，且各连杆组300包括一线性传动元件310与一致动连杆320，其中线性传动元件310呈均匀对称环绕固设在固定座120外侧，多个线性传动元件310带动多个致动连杆320，且使多个致动连杆320用以连动可动平台200。各致动连杆320包括相枢连的一致动上杆321以及一致动下杆322。致动上杆321上侧具有致动连杆320的第一端3201连接传动元件310且被传动元件310带动，致动下杆322下侧具有致动连杆320的第二端3202枢接带动可动平台200。第一端3201锁接于各线性传动元件310，致动上杆321则与致动下杆322以一球接头或一万向接头连结。第二端3202以另一球接头或一万向接头（未编号）连接于可动平台200，有助于带动可动平台200连动一载具600进行多个自由度的作动。

值得进一步说明的是，本实施方式的线性并联式机构包含多个马达121（作为传动源），利用各马达121分别驱动各个线性传动元件310，使线性传动元件310可以在整体重心位置带动致动连杆320稳定伸缩作动，进而稳定连动可动平台200。

继续参照图2，各致动上杆321为直杆，其受各线性传动元件310带动，且通过各线性传动元件310不同的进给量调整各致动连杆320的位移量而达成可动平台200于三度空间的位置调整。

请参阅图3，其绘示依照本发明另一实施方式的一种并联式机器人的立体图。并联式机器人包含一固定平台100、一可动平台200、多个连杆组300以及一旋转装置400。

固定平台100包含一固定基座110与固定座120，此固定座120装设置于固定基座110的一中心位置。连杆组300连接固定平台100与可动平台200，并带动可动平台200于三度空间内移动。旋转装置400装设于可动平台200，并以旋转装置400带动可动平台200上的一载具600进行旋转，以载具600带动一工件。

请同时配合图3A，是绘示依照图3实施方式的并联式机器人的侧视图。连杆组300装设于固定平台100与可动平台200之间，且连杆组300包括一传动元件330与一致动连杆320，其中多个传动元件330呈均匀对称环绕固设在固定座120外侧。且各致动连杆320受各传动元件330传动而使可动平台200于三度空间内移动。各致动连杆320包括一致动上杆321及一致动下杆322。其中致动上杆321上侧有致动连杆320的第一端3201连接于传动元件330，同时，致动下杆322具有一枢转端3203（一球接头或一万向接头）连接于致动上杆321；致动下杆322另具有致动连杆320的第二端3202连接于可动平台200。当传动元件330带动致动上杆321伸缩作动，致动下杆322会随着致动上杆321连动，并带动可动平台200改变姿态、位置与角度。此时，各致动连杆320的升降空间可以运用固定基座110各侧空间，也就是说，各传动元件330可沿着固定座120各侧空间带动各致动上杆321作不同高度的位移，使可动平台200于三度空间内移动。此外，通过将传动元件330平均对称固定于固定座120，且固定座120又设置于固定基座110的中央，更有助于提升并联式机器人作动期间的稳定性。

依据图3实施方式，并联式机器人的传动元件330呈线性传动，令致动上杆321伸缩作动。前述伸缩带动方式令致动上杆321同时带动致动下杆322，并以多个致动连杆320独立动作驱动可动平台200改变姿态、位置与角度。另外，传动元件330不仅可采直线性传动（如图所示）；传动元件330更可呈非直线性传动，借此以摆动方式带动致动上杆321，使可动平台200的作动有更多元的变化。

依据本实施方式，上述固定座120设置于前述固定基座110的一中心位置使各致动连杆320可以稳定带动可动平台200水平、倾斜与垂直移动，并由于多个传动元件330呈均匀对称环绕固设在固定座120外侧，故本发明不仅具有更佳稳定性，且可以充分运用固定基座110上方各侧空间（固定基座110上方运动机构集中于中央），借以增加致动连杆320运动空间又或是可以依设计需求降低固定平台100安装高度，故本发明具有较大工作范围。另一方面，此一体集中式的固定座120设计，便于生产后的集中装箱输送及一次性组装维修，故其安装及运输皆方便性与节省空间。

请参阅图4与图4A，其分别绘示依照本发明再一实施方式的一种并联式机器人的立体图及侧视图。此实施方式中并联式机器人具一并联式机构，并联式机器人用以配置在一自动化生产线上，此并联式机器人的并联式机构于此再一实施方式的特征在于改善旋转装置700驱动方式，旋转装置700为一连杆，其直接连接固定座120与可动平台200，并受一设置于固定座120内的马达(在此不加以绘示)驱动。借此，旋转装置700由固定座120内凸伸而出，且旋转装置700经可动平台200旋动工作，故旋转装置700透过固定座120稳定地驱动而能带动可动平台200的载具600旋转。

由上述本发明各方式可知，应用本发明具有下列优点：

1.本发明运用固定平台，可动平台与连杆组三者的集中稳定结合设计，以降低运动累积误差，增加工作范围、运动精度与提高机构的稳定性。

2.本发明利用固定座集中连接连杆组及其他构件，使并联式机器人及线性并联式机构安装容易且占用空间较小，更可外加一罩体避免多个连杆组受外在环境的影响。

3.本发明增加致动连杆运动空间，故可提供较广的工作范围，且作动空间不受以往周边元件的干扰。

4.本发明的致动上杆可为弯曲形状，借此扩大工作范围及角度，并可减少连杆组构件之间干涉的问题。

5.本发明可以依设计需求降低固定平台安装高度，可使此并联式机器人及线性并联式机构于加工产线安装后，整体工作高度降低以利于特殊空间需求。

6.本发明通过旋转装置被固定座内的机构驱动的配置，降低装设于固定座的传动元件的载重负担,进而增加机器人的载重能力。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种线性并联式机构，其特征在于，包括：

一固定平台，包括：

一固定基座；及

一固定座，设置于该固定基座的一中心位置；

一可动平台，该可动平台相对于该固定平台；以及

多个连杆组，是连接该固定平台与该可动平台，并带动该可动平台，各该连杆组包括：

一线性传动元件，所述线性传动元件均对称环绕固定在该固定座外侧；及

一致动连杆，各该致动连杆具有一第一端及一第二端，该第一端受该线性传动元件带动，该第二端与该可动平台相连接。

2.根据权利要求1所述的线性并联式机构，其特征在于，另包括一罩体，该罩体罩覆于该固定基座外。

3.一种具并联式机构的并联式机器人，其特征在于，其包括：

一固定平台，包括：

一固定基座；及

一固定座，设置于该固定基座的一中心位置；

一可动平台，该可动平台相对于该固定平台，用以带动一载具；

一旋转装置，其安装于该可动平台带动该载具进行旋转：以及

多个连杆组，其装设于该固定平台与该可动平台之间，各该连杆组包括：

一传动源，固设在该固定座上；

一传动元件，所述传动元件呈均匀对称环绕固设在该固定座外侧：及

多个致动连杆，各该致动连杆包括：

一致动上杆，其上侧具有第一端，该第一端连接该传动元件且被该传动元件带动；及

一致动下杆，其枢接于该致动上杆，而该致动下杆下侧具有第二端，该第二端枢接带动该可动平台。

4.根据权利要求3所述的并联式机器人，其特征在于，该传动元件呈直线性或非直线性运动。

5.根据权利要求3所述的并联式机器人，其特征在于，该致动上杆被带动的位移范围位于该固定基座的上方。

6.根据权利要求3所述的并联式机器人，其特征在于，各该致动下杆以一球接头或万向接头连接于该可动平台及该致动上杆。

7.根据权利要求3所述的并联式机器人，其特征在于，各该致动上杆为弯曲形状。

8.一种具并联式机构的并联式机器人，其特征在于，其包括：

一固定平台，包括：

一固定基座；及

一固定座，设置于该固定基座的一中心位置；

一可动平台，该可动平台相对于该固定平台，用以带动一载具；

一旋转装置，安装在于该固定平台，且该旋转装置由该固定平台凸伸而经该可动平台旋动该载具；以及

多个连杆组，其装设于该固定平台与该可动平台之间，各该连杆组包括：

一传动元件，所述传动元件呈均匀对称环绕固设在该固定座外侧；及

一致动连杆，各该致动连杆包括：

一致动上杆，其具有一第一端，该第一端连接该传动元件且被该传动元件带动；及

一致动下杆，其枢接于该致动上杆，而该致动下杆具有第二端，而该第二端则连接带动该可动平台。

9.根据权利要求8所述的并联式机器人，其特征在于，各该致动上杆为弯曲形状。

10.根据权利要求8所述的并联式机器人，其特征在于，各该致动下杆以一球接头或一万向接头连接于该可动平台及该致动上杆。