CN111168645A - 并联连杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并联连杆机器人，其无需使装置大型化，就能够增大用于变更可动部的构件的姿态的动力。该并联连杆机器人具备：基础部，其具备两个以上的促动器(5)；可动部(3)；与各促动器连接的两个以上的连杆部(4)；姿态变更机构部，其变更附属于可动部的构件的姿态；两个以上的追加促动器(7)，其设置于两个以上的连杆部且变更构件的同一自由度的姿态；以及动力传递轴部，各连杆部具备驱动连杆和两个平行的从动连杆，各追加促动器配置在两个以上的连杆部的从动连杆之间，各动力传递轴部从各追加促动器沿着从动连杆延伸，并分别通过万向接头与从姿态变更机构部延伸的轴部连接，各万向接头位于两个从动连杆与可动部的交点的连接直线上。

Description

并联连杆机器人

技术领域

本发明涉及并联连杆机器人。

背景技术

目前已知如下并联连杆机器人：其具备：配置有三个马达的基础部；配置在基础部的下方的可动部；以及三个臂，其相互并联地连接基础部和可动部，且由马达驱动(例如，参照专利文献1、2)。各臂具备：与马达连接的驱动连杆；以及两根平行的从动连杆，其连接驱动连杆和可动部。

可动部上设置有姿态变更机构部，所述姿态变更机构部变更附属于可动部的构件的姿态，在一个以上的臂的两个从动连杆之间安装有追加促动器和动力传递轴部，所述追加促动器相对于从动连杆平行配置，所述动力传递轴部将追加促动器的旋转驱动力传递到姿态变更机构部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4653848号公报

专利文献2：日本专利第5576912号公报

发明内容

发明要解决的问题

在附属于可动部的构件的姿态变更需要大的动力的情况下，需要使追加促动器及其支撑部件大型化。在该情况下，由于追加促动器、动力传递轴部件以及支撑部件的重量增大，因此存在如下不良情况：还需要增大安装支撑部件的从动连杆的刚性，并且必须增大安装有追加促动器的臂的马达。

本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种并联连杆机器人，该并联连杆机器人无需使装置大型化，就能够增大用于变更附属于可动部的构件的姿态的动力。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案为一种并联连杆机器人，所述并联连杆机器人具备：基础部，其具备两个以上的促动器，且固定于外部构造物；可动部，其相对于该基础部能够移动；两个以上的连杆部，其与所述基础部的各所述促动器连接；姿态变更机构部，其变更附属于所述可动部的构件的姿态；两个以上的追加促动器，其设置于两个以上的所述连杆部，且变更所述构件的同一自由度的姿态；以及动力传递轴部，其将各该追加促动器的旋转驱动力传递到所述姿态变更机构部，各所述连杆部具备驱动连杆和两个从动连杆，所述驱动连杆与各所述促动器连接，且相对于所述基础部具有一个自由度，所述两个从动连杆连接该驱动连杆和所述可动部，且相互平行配置，各所述追加促动器配置于两个以上的所述连杆部的所述从动连杆之间，各所述动力传递轴部从各该追加促动器沿着所述从动连杆延伸，且分别通过万向接头与从所述姿态变更机构部延伸的轴部连接，各所述万向接头位于两个所述从动连杆与所述可动部的交点的连接直线上。

根据本方案，能够追加与连杆部的数量相同数量的追加促动器，能够提高并联连杆机器人的自由度。通过追加促动器的动作，能够通过动力传递轴部将所产生的旋转驱动力传递到可动部，从而变更附属于可动部的构件的姿态。

在该情况下，由于两个以上的连杆部的从动连杆之间配置有追加促动器，并通过这些追加促动器来变更可动部的同一自由度的姿态，因此即使是在施加于可动部的负荷大的情况下，也能够使多个追加促动器分担驱动可动部的旋转驱动力。即，即使在可动部需要大的动力的情况下，也无需使追加促动器、从动连杆、驱动连杆以及基础部的促动器大型化，就能够增大用于变更附属于可动部的构件的姿态的动力。

在上述方案中，所述姿态变更机构部可以具备第一齿轮和两个以上的第二齿轮，所述第一齿轮固定于所述可动部的所述构件，所述两个以上的第二齿轮与该第一齿轮啮合，各所述轴部固定于各所述第二齿轮。

通过该结构，使得各追加促动器的旋转驱动力通过动力传递轴部经由万向接头传递到姿态变更机构部的轴部，并通过固定于两个以上的轴部的两个以上的第二齿轮同时啮合的第一齿轮传递到可动部的构件，能够变更构件的姿态。

在上述方案中，两个以上的所述连杆部的所述从动连杆可以配置在从所述驱动连杆朝向所述可动部相互接近的方向上，所述第一齿轮以及所述第二齿轮为锥齿轮。

通过该结构，能够通过锥齿轮彼此的啮合，将来自沿着向一个方向倾斜的从动连杆而配置的动力传递轴部的旋转驱动力毫不费力地传递到可动部，并能够确保可动部的可动范围大。

发明效果

根据本发明，具有如下效果：无需使装置大型化，就能够增大用于变更附属于可动部的构件的姿态的动力。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的并联连杆机器人的立体图。

图2是表示图1的并联连杆机器人的辅助连杆以及追加促动器的放大图。

图3是表示图1的并联连杆机器人的可动部配置于基础部的正下方的状态下的从动连杆以及辅助连杆的状态的示意图。

图4是表示图3的可动部沿水平方向移动后的状态下的从动连杆以及辅助连杆的状态的示意图。

图5是表示图1的并联连杆机器人的手腕轴的结构的示意图。

附图标记说明

1：并联连杆机器人

2：基础部

3：可动部

4：臂(连杆部)

5：促动器

7：追加促动器

8：传动轴(动力传递轴部)

41：驱动连杆

42：从动连杆

48：万向接头

62：姿态变更机构部

62a：轴部

63：第一齿轮

64：第二齿轮

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的并联连杆机器人1进行说明。

如图1所示，本实施方式的并联连杆机器人1具备：基础部2，其容纳在外壳9内；圆板状的可动部3，其配置在基础部2的下方；三根臂(连杆部)4，其并联地连接基础部2和可动部3；三个促动器5，其配置于基础部2，且分别驱动三根臂4；手腕轴6，其设置于可动部3；以及驱动手腕轴6的追加促动器7及传动轴(动力传递轴部)8。

外壳9以及基础部2为固定于外部构造物(图略)的俯视为圆形的部件，固定有分别驱动三根臂4的三个促动器5，其中外部构造物配置于并联连杆机器人1的上方。三个促动器5具备未图示的伺服马达和减速器，并在围绕基础部2的中心轴的周向上等间隔配置，且具有沿着以基础部2的中心轴为中心的圆的切线方向而配置的水平的旋转驱动轴。

臂4分别具备驱动连杆41和两根平行的从动连杆42，驱动连杆41的一端固定于促动器5的旋转驱动轴，两根平行的从动连杆42连接在驱动连杆41的另一端和可动部3之间。驱动连杆41和从动连杆42以及从动连杆42和可动部3分别由球面轴承43、44连接。

配置在各臂4的两根从动连杆42的两端的四个球面轴承43、44配置在以该球面轴承43、44为顶点的四边形构成平行四边形的位置。

由此，三根臂4在围绕基础部2的中心轴的周向上等间隔配置。通过单独控制三个促动器5，能够在将可动部3保持在水平姿态的状态下，使可动部3平移到水平两个方向以及竖直一个方向的三维方向的预期位置并进行定位。

在本实施方式中，如图1所示，两个臂4上分别具备追加促动器7。

如图2所示，各臂4所具备的两根从动连杆42通过配置在其长度方向的中途位置的辅助连杆45相互连接。辅助连杆45的两端通过轴承46以围绕与包含两根从动连杆42的长度轴线的平面正交的轴线能够旋转的方式与各从动连杆42连接。

追加促动器7通过轴承47以围绕与辅助连杆45的两端的轴承46的轴线平行的轴线能够旋转的方式与辅助连杆45的长度方向的中央连接。追加促动器7也具备未图示的马达和减速器，并具备围绕与从动连杆42的长度方向平行的轴线能够旋转的输出轴。

如图3所示，传动轴8的一端固定于追加促动器7的输出轴，传动轴8在两个从动连杆42之间与该从动连杆42平行延伸。

如图3至图5所示，传动轴8的另一端通过万向接头48与后述的姿态变更机构部62的轴部62a连接。万向接头48的中心点优选配置在两个球面轴承44的中心点的连接直线上，其中所述两个球面轴承44连接两根从动连杆42和可动部3。

如图3以及图4所示，示出了使可动部3沿水平方向移动时的从动连杆42、辅助连杆45、追加促动器7以及传动轴8的动作。图3示出了可动部3的中心轴与基础部2的中心轴一致的状态，图4示出了可动部3从图3的状态沿水平方向移动后的状态。

无论可动部3的位置如何，从动连杆42、追加促动器7以及传动轴8都维持在相互平行的状态。

手腕轴6具备圆板状的安装部件(构件)61以及姿态变更机构部62，安装部件61围绕可动部3的中心轴能够旋转地支撑于可动部3，姿态变更机构部62驱动安装部件61围绕中心轴旋转。

如图5所示，姿态变更机构部62具备第一齿轮63和两个第二齿轮64，第一齿轮63容纳于可动部3内部，并固定于安装部件61，且由被支撑为围绕安装部件61的中心轴相对于可动部3能够旋转的锥齿轮组成，两个第二齿轮64由与第一齿轮啮合的锥齿轮组成。

两个第二齿轮64的轴部62a贯穿可动部3并向斜上方突出，并分别如上所述通过万向接头48与不同的传动轴8的另一端连接。

构成驱动与单一的第一齿轮63啮合的两个第二齿轮64的两个追加促动器7的两个马达由同一转矩指令驱动。即，两个追加促动器7通过基于一个转矩指令的串联控制而被控制。由此，两个第二齿轮64与第一齿轮63同时可靠地啮合，第一齿轮63的驱动转矩由两个促动器5可靠地分配。

以下对如此构成的本实施方式的并行机器人1的作用进行说明。

根据本实施方式的并联连杆机器人1，通过驱动固定于外部构造物的基础部2所具备的三个促动器5，使得三根驱动连杆41围绕各自的促动器5的旋转驱动轴以一个自由度摆动。

当通过单独地控制各驱动连杆41而使各驱动连杆41摆动时，通过球面轴承43连接在各驱动连杆41的前端的每两根从动连杆42，在驱动连杆41与可动部3之间保持平行的关系并被动地摆动。由此，可动部3以水平两个方向以及竖直一个方向三个自由度移动，并定位于预期的位置。

利用串联控制使两个追加促动器7同时动作，从而使得通过万向接头48分别与两个追加促动器7的传动轴8连接的两个第二齿轮64与第一齿轮63同时啮合并传递动力，安装部件61相对于可动部3围绕竖直轴线旋转。由此，能够在将定位后的可动部3固定不变的状态下，围绕竖直轴线变更安装于安装部件61的工具(图略)的姿态。

在该情况下，由于并非通过单一的追加促动器7来输出使安装部件61旋转的动力，而是由两个追加促动器7分担，因此具有如下优点：能够在防止追加促动器7大型化的同时，增大动力。

即，由于无需使追加促动器7大型化，因此无需将安装追加促动器7的辅助连杆45以及从动连杆42高刚性化。具有如下优点：也能够防止连接有从动连杆42的驱动连杆41以及向驱动连杆41提供动力的促动器5的大型化。

若使单一的臂4的追加促动器7大型化，则由于三根臂4的重量平衡变差，因此会发生依赖于可动部3的移动方向而损害加减速性能的情况，但由于将追加促动器7的重量分配给了两个臂4，因此具有不会发生这种不良情况的优点。

在本实施方式中，由于将重量较大的追加促动器7配置在从动连杆42的接近驱动连杆41的位置，并利用重量较轻的传动轴8来传递动力，因此不会损害可动部3的加减速性能。

在本实施方式中，由于采用锥齿轮作为第一齿轮63以及第二齿轮64，因此能够简单地使两个第二齿轮64的轴部62a朝向上方且向分离的方向倾斜。由此具有如下优点：能够使沿着朝向前端且向接近的方向倾斜的从动连杆42而配置的传动轴8与两个第二齿轮64的轴部62a之间的通过万向接头48的连接变得容易，确保可动部3的动作范围大。

在本实施方式中，例示了具有三根臂4的三角形并联连杆机器人1，但取而代之，也可以适用于具有两根以上的臂4的其他形式的并联连杆机器人。

例示了在三根臂4中的两根臂4上安装追加促动器7的情况，但取而代之，也可以在三根臂4上均安装追加促动器7，并使三个第二齿轮64与第一齿轮63同时啮合。

例示了手腕轴6通过两个追加促动器7围绕竖直轴线变更安装部件61的姿态的情况，但取而代之，也可以适用于围绕水平轴线进行变更的情况。例示了手腕轴6为一个自由度的情况，但也可以适用于两个自由度的情况，通过两个追加促动器7进行基于任意一个自由度的安装部件61的姿态变更。

作为姿态变更机构部62，例示了使第一齿轮63和第二齿轮64啮合的结构，但不限于此，也可以采用其他任意的机构。第一齿轮63以及第二齿轮64不限于锥齿轮。

Claims (3)

1.一种并联连杆机器人，其特征在于，具备：

基础部，其具备两个以上的促动器，且固定于外部构造物；

可动部，其相对于该基础部能够移动；

两个以上的连杆部，其与所述基础部的各所述促动器连接；

姿态变更机构部，其变更附属于所述可动部的构件的姿态；

两个以上的追加促动器，其设置于两个以上的所述连杆部，且变更所述构件的同一自由度的姿态；以及

动力传递轴部，其将各该追加促动器的旋转驱动力传递到所述姿态变更机构部，

各所述连杆部具备驱动连杆和两个从动连杆，所述驱动连杆与各所述促动器连接，且相对于所述基础部具有一个自由度，所述两个从动连杆连接该驱动连杆和所述可动部，且相互平行配置，

各所述追加促动器配置于两个以上的所述连杆部的所述从动连杆之间，

各所述动力传递轴部从各该追加促动器沿着所述从动连杆延伸，且分别通过万向接头与从所述姿态变更机构部延伸的轴部连接，

各所述万向接头位于两个所述从动连杆与所述可动部的交点的连接直线上。

2.根据权利要求1所述的并联连杆机器人，其特征在于，

所述姿态变更机构部具备第一齿轮和两个以上的第二齿轮，所述第一齿轮固定于所述可动部的所述构件，所述两个以上的第二齿轮与该第一齿轮啮合，

各所述轴部固定于各所述第二齿轮。

3.根据权利要求2所述的并联连杆机器人，其特征在于，

两个以上的所述连杆部的所述从动连杆配置在从所述驱动连杆朝向所述可动部相互接近的方向上，

所述第一齿轮以及所述第二齿轮为锥齿轮。

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