CN110023041B - 用于并联运动机器人的伸缩轴 - Google Patents

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Abstract

一种伸缩轴(10)，包括：第一轴(20)；第二轴(30)，被配置为使得能够在第一和第二轴(20、30)之间沿轴向方向(50)进行第一相对移动；以及第三轴(40)，被配置为使得能够在第二和第三轴(30、40)之间沿轴向方向(50)进行第二相对移动，并且在第一和第三轴(20、40)之间沿轴向方向(50)进行第三相对移动。第二轴(30)被定位在第一和第三轴(20、40)之间。伸缩轴(10)被配置为将并联运动机器人(200)的基座(210)连接至并联运动机器人(200)的末端执行器(220)以传递扭矩。通过向伸缩轴(10)提供其间具有相互的相对移动的超过两个轴(20、30、40)，延伸系数(伸缩轴的最大长度和最小长度之间的联系)以及由此并联运动机器人(200)的工作区域会增加。

Description

用于并联运动机器人的伸缩轴
技术领域
本发明涉及一种伸缩轴，该伸缩轴被配置为将并联运动机器人的基座连接至并联运动机器人的末端执行器，用于传递扭矩的目的。
背景技术
在并联运动机器人中，通常需要将扭矩从静止的基座传递给可移动末端执行器上的工具。由于末端执行器距基座的距离发生变化，为此，需要在每个端部处具有万向接头的伸缩轴。照惯例已知使用包括可在轴向方向上相对于彼此移动的至多两个轴的伸缩轴，例如，从EP2716921A1、EP2301726A1和DE102008019725A1已知这种伸缩轴。
与并联运动机器人中的伸缩轴有关的问题是：伸缩轴可能限制机器人的工作区域。换句话说，伸缩轴具有其相应的最大长度和最小长度，该最大长度和最小长度进而分别限定了末端执行器可以远离基座的程度和末端执行器可以靠近基座的程度。在包括可在轴向方向上相对于彼此移动的至多两个轴的伸缩轴中，最大长度通常是最小长度的大约两倍。
希望通过增加伸缩轴的最大长度和最小长度之间的联系(该联系在下面的公开内容中将被称为“延伸系数”)，来允许并联运动机器人具有增加的工作区域。
发明内容
本发明的一个目的是：提供一种用于并联运动机器人的改进伸缩轴。本发明的另一目的是：提供一种改进的并联运动机器人。
通过根据随附权利要求1和13的装置来实现这些目的。
本发明基于以下认识：可以通过增加相应伸缩轴的延伸系数，来增加并联运动机器人的工作区域。为了使延伸系数能够大于2，其间在轴向方向上具有相互的相对移动的轴的数目需要大于2。当不同的轴对之间的相对移动按照预定方式相对于彼此被约束时，可以实现另外的优点。
根据本发明的第一方面，提供了一种伸缩轴，其包括：第一轴；第二轴，被配置为使得能够在第一和第二轴之间沿轴向方向进行第一相对移动；以及第三轴，被配置为使得能够在第二和第三轴之间沿轴向方向进行第二相对移动，并且在第一和第三轴之间沿轴向方向进行第三相对移动。第二轴被定位在第一和第三轴之间。伸缩轴被配置为将并联运动机器人的基座连接至并联运动机器人的末端执行器，用于传递扭矩的目的。通过向伸缩轴提供其间具有相互的相对移动的超过两个的轴，延伸系数以及由此的并联运动机器人的工作区域会增加。
根据本发明的一个实施例，该伸缩轴还包括：约束装置，被配置为相对于第二相对移动预先确定第一相对移动。通过预先确定在轴之间的移动的顺序，伸缩轴可以被优化，例如以使轴对之间的最大相对速度最小化，或者以使由伸缩轴引起的惯性载荷最小化。
根据本发明的一个实施例，第一相对移动和第二相对移动被配置为彼此同步地同时发生。
根据本发明的一个实施例，第一相对移动和第二相对移动被配置为在每个瞬间具有相同的速度。通过这种措施，轴对之间的最大相对速度被最小化。
根据本发明的一个实施例，约束装置包括以下构造对中的至少一个：线和滑轮对、链条和链轮对以及齿条和齿轮对。
根据本发明的一个实施例，第一相对移动和第二相对移动被配置为不同时发生。
根据本发明的一个实施例，第三轴被配置为在第二轴开始相对于第一轴延伸之前，相对于第二轴完全延伸。通过这种措施，由伸缩轴引起的惯性载荷被最小化。
根据本发明的一个实施例，第二轴被配置为在第三轴开始相对于第二轴缩回之前，相对于第一轴完全缩回。通过这种措施，由伸缩轴引起的惯性载荷被最小化。
根据本发明的一个实施例，约束装置包括以下中的至少一个：拉伸弹簧、压缩弹簧、气弹簧和电机弹簧。
根据本发明的一个实施例，该伸缩轴还包括：平衡装置，被配置为平衡重力的影响。
根据本发明的一个实施例，平衡装置包括以下中的至少一个：拉伸弹簧、压缩弹簧、气弹簧和电机弹簧。
根据本发明的一个实施例，平衡装置用作被配置为相对于第二相对移动预先确定第一相对移动的约束装置。
根据本发明的第二方面，提供了一种并联运动机器人，其包括：基座；末端执行器；以及根据前述实施例中任一项的伸缩轴，将基座连接至末端执行器。
附图说明
将参照附图更详细地解释本发明，其中
图1示出了根据本发明的一个实施例的伸缩轴，
图2示出了根据本发明的一个实施例的伸缩轴，
图3示出了根据本发明的一个实施例的伸缩轴，以及
图4示出了根据本发明的一个实施例的并联运动机器人。
具体实施方式
参照图1a至图1d，根据本发明的一个实施例的伸缩轴10包括第一轴20、第二轴30和第三轴40，由此使三个轴20、30、40中的所有轴能够在轴20、30、40的轴向方向50上相对于彼此移动。在径向方向上，三个轴20、30、40中的所有轴围绕共同的纵向轴线60居中。借助轴20、30、40的每个相邻对中的一个轴30、40上的轮子70与另一个轴20、30上的相应导轨80相互作用，来防止轴20、30、40之间的相对径向移动，并且因此，可以在每个相应的轴对20、30、40之间传递扭矩。第一轴20包括用于附接至并联运动机器人200的基座210的第一固定装置90(见图4)，并且第三轴40包括用于附接至并联运动机器人200的末端执行器220的第二固定装置100。
参照图2，根据本发明的一个实施例的伸缩轴10包括滑轮线布置，其中第一线缆110和第二线缆120被固定地连接至第一轴20和第三轴40，并且第一滑轮130和第二滑轮140被可旋转地附接至第二轴30。第一线缆110按照以下方式与第一滑轮130相互作用：当第三轴40相对于第一轴20和第二轴30缩回时，使第二轴30相对于第一轴20缩回。相应地，第二线缆120按照以下方式与第二滑轮140相互作用：当第三轴40相对于第一轴20和第二轴30延伸时，使第二轴30相对于第一轴20延伸。因此，在每个瞬间，第一轴20与第二轴30之间的相对移动以与第二轴30与第三轴40之间的相应相对移动相同的速度同步地同时发生。代替滑轮线布置，可以使用许多备选机构来实现预先确定在轴20、30、40之间的相对移动的同时顺序的功能，诸如包括链条和链轮对或者齿条和齿轮对的机构。例如，从US3118066A、US3244883A和US20110240817A1已知这种机构，US3118066A、US3244883A和US20110240817A1的内容通过引用的方式被并入本公开。
参照图3，根据本发明的一个实施例的伸缩轴10包括弹簧布置，其中第一拉伸弹簧150被固定地附接至第一轴20和第二轴30。第一拉伸弹簧150按照以下方式在第一轴20与第二轴30之间施加拉力：当第三轴40相对于第一轴20和第二轴30延伸时，使第二轴30相对于第一轴20保持静止，直到第三轴40相对于第二轴30完全延伸为止。相应地，当第二轴30相对于第一轴20缩回时，使第三轴40相对于第二轴30保持静止，直到第二轴30相对于第一轴20完全缩回为止。因此，第一轴20与第二轴30之间的相对移动从不与第二轴30与第三轴40之间的相应相对移动同时发生。代替包括一个或者多个拉伸弹簧150、160的弹簧布置，可以使用许多备选机构来实现预先确定在轴20、30、40之间的相对移动的非同时顺序的功能，诸如包括一个或者多个压缩弹簧、或者一个或多个电机弹簧的机构。
进一步参照图3，第一拉伸弹簧150还可以用作平衡重力的效果的平衡装置。在典型的操作期间，伸缩轴10处于基本竖直的位置，具有悬挂载荷，并且因此，重力用于使伸缩轴10延伸。通过适当地设计第一拉伸弹簧150的尺寸，伸缩轴10可以至少部分地使重力的效果平衡。图3所示伸缩轴10还包括具有使重力的效果平衡的唯一功能的第二拉伸弹簧160。例如，第二拉伸弹簧160的尺寸可以被设计为至少部分地使重力的影响平衡，并且第一拉伸弹簧150的尺寸可以被设计为具有比第二拉伸弹簧160的弹簧常数略大的弹簧常数，使得除了预先确定在轴20、30、40之间的相对移动的顺序之外，其还有助于使重力的影响平衡。
可以结合预先确定在轴20、30、40之间的相对移动的顺序的任何类型的约束装置，来使用使重力的效果平衡的平衡装置。例如，图2所示的伸缩轴10可以被设置有与图3所示伸缩轴10的第一拉伸弹簧150或者第二拉伸弹簧160对应的构件。代替包括一个或者多个拉伸弹簧150、160的弹簧布置，可以使用许多备选机构来实现使重力的效果平衡的功能，诸如包括一个或者多个压缩弹簧或者一个或者多个电机弹簧的机构。
本发明不限于上面所示出的实施例，而是在由权利要求书限定的本发明的范围内，本领域的技术人员可以按照多种方式来对它们进行修改。例如，伸缩轴10可以包括超过三个轴20、30、40，诸如四个或者任何其他适当的数目的轴20、30、40，这些轴在其间在轴向方向上具有相互的相对移动。

Claims (12)

1.一种伸缩轴(10)，包括：
第一轴(20)；
第二轴(30)，被配置为使得能够在所述第一轴(20)和所述第二轴(30)之间沿轴向方向(50)进行第一相对移动，以及
第三轴(40)，被配置为使得能够在所述第二轴(30)和所述第三轴(40)之间沿所述轴向方向(50)进行第二相对移动，并且在所述第一轴(20)和所述第三轴(40)之间沿所述轴向方向(50)进行第三相对移动，所述第二轴(30)被定位在所述第一轴(20)和所述第三轴(40)之间，
其特征在于，所述伸缩轴(10)被配置为将并联运动机器人(200)的基座(210)连接至所述并联运动机器人(200)的末端执行器(220)，用于传递扭矩的目的；
其中所述伸缩轴(10)还包括约束装置(110、120、130、140、150)，被配置为相对于所述第二相对移动预先确定所述第一相对移动。
2.根据权利要求1所述的伸缩轴(10)，其中所述第一相对移动和所述第二相对移动被配置为彼此同步地同时发生。
3.根据权利要求2所述的伸缩轴(10)，其中所述第一相对移动和所述第二相对移动被配置为在每个瞬间具有相同的速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的伸缩轴(10)，其中所述约束装置(110、120、130、140、150)包括以下构造对中的至少一个：线(110、120)和滑轮(130、140)对、链条和链轮对、以及齿条和齿轮对。
5.根据权利要求1所述的伸缩轴(10)，其中所述第一相对移动和所述第二相对移动被配置为不同时发生。
6.根据权利要求5所述的伸缩轴(10)，其中所述第三轴(40)被配置为：在所述第二轴(30)开始相对于所述第一轴(20)延伸之前，相对于所述第二轴(30)完全延伸。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的伸缩轴(10)，其中所述第二轴(30)被配置为：在所述第三轴(40)开始相对于所述第二轴(30)缩回之前，相对于所述第一轴(20)完全缩回。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的伸缩轴(10)，其中所述约束装置(110、120、130、140、150)包括以下中的至少一个：拉伸弹簧(150)、压缩弹簧、气弹簧和电机弹簧。
9.根据前述权利要求中任一项所述的伸缩轴(10)，其中所述伸缩轴(10)还包括：平衡装置(150、160)，被配置为平衡重力的影响。
10.根据权利要求9所述的伸缩轴(10)，其中所述平衡装置(150、160)包括以下中的至少一个：拉伸弹簧(150、160)、压缩弹簧、气弹簧和电机弹簧。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的伸缩轴(10)，其中所述平衡装置(150)用作被配置为相对于所述第二相对移动预先确定所述第一相对移动的约束装置(150)。
12.一种并联运动机器人(200)包括：基座(210)、末端执行器(220)、以及根据前述权利要求中任一项所述的伸缩轴(10)，所述伸缩轴(10)将所述基座(210)连接至所述末端执行器(220)。
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