CN1249705A - 用以使两个构件相对移位的装置 - Google Patents

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Abstract

用以使两个构件(1、2)相对运动的装置具有通过一连接结构(4)串联的两个连杆结构(5、6)。一第一连杆结构(5)至少具有三个大体上等长的和平行的连杆(9、14),所述连杆(9、14)具有在连接结构(4)和构件(2)之间沿连杆纵向看去成三角形关系的取向。第二连杆结构(6)至少构成一个作用在连接结构(4)和构件(1)之间的平行四边形。第一和第二施力结构(17、18)用以使第一连杆结构(5)作枢轴式转动。一第三施力结构(33)用以使第二连杆结构(6)作枢轴式转动。

Description

用以使两个构件相对移位的装置
发明领域
本发明涉及用以使两个构件相对运动的装置，具有用以在一第一连杆结构和一运动结构之间形成连接结构，运动结构设于连接结构和其中一个构件之间而第一连杆结构设于连接结构和第二构件之间。
使两个构件相对运动的目的是通过施力结构使两个构件按预期状态进行定位。更具体地说，本发明的装置用以构成机械手或机器人。第二构件用以通过传送结构直接或间接地进行传送或用以构成一用以完成指定作业的工作部件如完成拣选、安放、包装和堆垛的工作部件。但，应看到，工作部件也可用以进行以上所述以外的作业。按第一实施例第一构件可成为固定在空间内的基底部件而按第二实施例可成为可相对于一基底部件移动的传送器一部分。而施力结构则用以相对于基底部件调整传送器的位置。
现有技术
美国专利4976582对引言所述类型的机器人作了论述。为对第二构件进行定位，机器人具有三个施力结构，这三个结构共同构成在第一构件上，成三角形分布的施力部件。每个施力部件通过其由两个连杆结构和一个中间连接结构构成的连接机构与可动的第二构件连接。这三个连接机构并联而同样成三角形分布。三个中的每个连接机构具有：一第一连杆结构，具有两个与第二构件作枢轴式转动连接的第一连杆；一第二连杆，与施力部件的一可动部分作刚性连接并通过一连接结构与两个第一连杆连接。第二连杆相对于施力部件的固定部分可作单自由度运动。连接结构与第一和第二连杆作铰链式连接而具有两个但不多于两个自由度。由第一连杆构成的连杆结构与第二构件连接而具有两个但不超过两个自由度。实际上第一连杆结构成平行四边形四连杆系统。这种机器人的缺点是：由于以上所述的三角形分布相对较笨重。两相邻第二连杆的枢轴式转动平面之间的角度就应始终小于180°。这样，很难对两个或更多这样的机器人作彼此靠紧而又不互碰的布置。另一缺点是在结构上很难按所要求的刚度和强度设计这种已知的机器人，因为三个施力部件的可动部分从第一构件上成星形伸出，此构件从空间要求来看应尽可能做得小些，但从另一方面来看又必须容纳这些施力部件。因此，就支壁本身以及其在第一构件上的支承而言很难设计出与具有足够宽度的施力部件可动部分刚性连接的支壁。
另一缺点是所有支壁的长度必须是相同的。这意味着不可能优选机器人的上述运动模式。其作业就始终是对称地分布在对称的工作区域内，这是很不经济有效的。
此外，这种已知的机器人不能使第二构件作出倾斜的动作以便提取位于机器人侧旁和上方的物件。
此外，必须用另外三个马达来改变第二构件的倾斜度。而操作这种动作最好只用一个马达以得出一个经济有效的定则。
由于这种已知的机器人具有等边三角形的结构，也就很难使其在传送器和装货夹板等的上方作水平操作。此外，应指出的是，如果要用位于第一构件上的马达来传动位于第二构件上的工作部件，必须使延伸在第一和第二构件之间的一个轴具有可改变轴长的传递扭矩用联接器。实际上此轴在设计上可由两个彼此可相对伸缩移位的轴件构成而用键轴、楔形槽等来传递扭矩。这就使这一实施例很复杂并使其更加昂贵。
发明目的
本发明的目的在于谋求发展，在前言中提出的这种装置以便消除或至少减少以上所述一个或几个缺点。作为一个从属部分，本发明的目的在于对装置的结构提供更大的适应性而使两个或更多的装置可作彼此可比较靠近地作业的布置。作为另一从属部分，本发明的目的在于改进机器人的机动性。
发明概述
为达到本发明的目的，第一连杆结构具有通过接头相对于连接结构和结构中的相关构件作枢轴式转动连接的连杆，运动结构允许连接结构和相关构件之间的相对运动，并且该装置具有施力结构以便致动连杆结构和运动结构而改变构件之间的相对位置。
这样，连杆结构通过至少两个、最好三个连杆形成连接结构和相关构件之间的互连机构。这就可取得本发明装置的不对称设计。因而可根据其用途调整其工作区域。例如，本发明装置的这种不对称性质提供一种对若干机器人作十分紧密的组合。这就使本发明装置区别于美国专利4976582，而这一专利则立足于等边三角形的结构而在无任何情况下在两相邻第二连杆的枢轴式转动平面之间的角度始终应小于180°。
按本发明可将移位结构设计成一第二四连杆系统。在这种情况下，第一和第二四连杆系统也就通过连接结构彼此串联起来。这使装置具有十分有利的操作性能。特别有利的选择方案在于第二四连杆系统可用以使工作部件通过由单个施力部件构成的施力结构作倾侧动作。
此外，采用由连接结构串联的两个四连杆系统在将四连杆系统设计成平行四边形的情况下意味着通过装在四连杆系统内的轴并借助于万向接头和斜齿轮等，不必在轴系统内引入任何滑动连接或用以补偿轴长的类似接头就可取得力的传递。
作为本发明的一个优选实施例，将运动结构设计成枢轴式转动臂。
本发明的几种优选新型装置在从属权利要求中作了说明。对本发明的这些新型装置和优点在以下说明书中予以更具体的论述。
附图的简要描述
以下参照附图对于本发明实施例进行详细的说明。
图中：
图1为本发明机器人的侧视简图；
图2为本发明机器人的透视简图；
图3和图4为类似于图1机器人处于不同位置上的视图；
图5为透视简图，示出在具有图1～4所示基本结构的机器人内所装传动机构；
图6为一详图，示出第一连杆结构的另一实施例；
图7为机器人的透视图，机器人具有与图1～4所示相应的基本特点，但具有不同形式的四连杆系统；
图8为图7中一细部的部分透视图；
图9为另一机器人结构的透视图；
图10为另一机器人结构的透视图；
图11为另一机器人结构的透视图；
图12为另一机器人结构的透视图；
图13为类似于图12的视图，但示出处于不同位置的机器人；
图14为透视图，示出用于如图12、13所示基本类型机器人的驱动装置；
图15为透视图，示出在具有两个自由度的接头内、更具体地说，具有绕两个彼此成一角度延伸的轴线作枢轴式转动的自由度这样的接头内作出双重传力的情况；
图16为类似于图14所示透视图，但未示出经某些改变的实施例。
优选实施例的详细描述
为便于了解，对以下不同实施例中类似或相应的构件采用相同的参考号，但对各实施例加上特定的字母。
图1～4所示机器人用于两个构件1、2的相对移位。构件1在此示例中用以构成一基底部件，构件2用以在空间内相对于此部件予以定位。构件2用以如图1所示直接地或如下面将予论述的间接地通过一传递结构传递一工作部件3。
机器人具有用以在连杆结构5和运动结构6之间形成连接的结构4。连杆结构5设于连接结构4和第二构件2之间而运动结构6设于连接结构4和第一构件1之间。连杆结构5至少具有两个第一连杆9，此连杆分别通过接头7和8与连接结构4和构件2作枢轴式转动连接，所述第一连杆同连接结构4和构件2构成第一四连杆系统FS1。各连杆9的接头7、8设计成使所述连杆相对于连接结构4和构件2可作任何方向枢轴式转动。
运动结构6允许在连接结构4和第一构件1之间作相对的运动。更具体地说，运动结构6用以使连接结构4相对于构件1运动。因而，最好使运动结构6在构件1和连接结构4之间作相对移位时就倾斜而言大体上在两者之间保持恒定关系。换言之，在运动结构6操作时，连接结构4用以相对于构件1运动而不改变连接结构4在空间内的取向。作为运动结构6的示例，可以提出的有可作直线运动的结构如活塞缸体机构、滚动螺杆结构和齿条驱动装置。在这种直线移位中连接结构4具有恒定的取向。但，应指出，也还可涉及各种类型的运动结构。
作为本发明特别优选的实施例，可将运动结构6设计成第二连杆结构而至少具有一个第二连杆10，此连杆可相对于连接结构4和第一构件1作枢轴式转动。而特别优选的是使连杆结构6至少具有两个相对于连接结构4和第一构件1可作枢轴式转动的第二连杆10、11。连杆结构6以其连杆10、11连同连接结构4和构件1形成第二四连杆系统FS2。连杆10、11相对于构件1的接头示为12而相对于连接结构4的接头示为13(见图1)。
在四连杆系统FS2内接头12、13最好具有单自由度，就是绕彼此平行的枢轴线作单纯的枢轴式转动动作。这样，四连杆系统FS2会在平行的平面内作枢轴式转动。
连杆结构5至少具有一个第三连杆14，此连杆依次通过接头15、16相对于连接结构4和构件2作枢轴式转动的连接。第一和第三连杆9、14的接头7、15；8、16成三角形布置。在图1～4中示出一直角三角形，但其角度也可以小于或大于一直角。在这方面最低标准是，这些接头形成所述的三角形，就是，这些接头并不同一个平面内。此三角形意味着连杆9、14至少会在三个点上支承构件2。
连杆14与每一连杆9、连接结构4和构件2形成一第三四连杆系统FS3。因此，在此示例中含有两个四连杆系统FS3。应指出，当然可以具有一个以上的连杆14。这样，当然也就形成更多的四连杆系统FS3。此外，可以具有两个以上的连杆9而形成更多的四连杆系统FS1。
连杆9大体上是等长的。此外，这些连杆大体上是平行的。这样，四连杆系统FS1形成一平行四边形。
连杆10、11大体上是等长的。这些连杆最好大体上也是平行的。这样，四连杆系统FS2也形成一平行四边形。
连杆14大体上与连杆9等长。此外，连杆14最好大体上平行于连杆9。因此，在此示例中两个中的每一四连杆系统FS3形成一平行四边形。应指出，在具有几个连杆14的情况下，这些连杆应大体上与连杆9等长并大体上与其平行。应指出，在此示例中，连杆结构5、6通过连接结构4连接而在通过接头7、15的一平面p1和与接头13相交而相对于连杆10、11的枢轴式转动平面垂直延伸的平面p2(见图3)之间形成一角度α，更确切地说，形成大体上成直角的角度。但，如在以下将看出，所述角度可以是在0～360°范围内的任一角度。在所示具有90°角的实施例内，连接结构4从如图1和3、4所示侧面看去大体上成L形。在这些图内的取向中连接结构4从侧面看去具有一大体上垂直的支柱和一大体上水平的支柱。垂直支柱与连杆10、11连接而水平支柱与连杆9、14连接。水平支柱从上面看去可以成一半角度的形状，其两支柱中的一个沿FS1延伸而另一个沿两个中的一个FS3延伸。
第一连杆结构5的连杆9、14及其相应接头7、8和15、16在这种情况下在连接结构4和第二构件2之间形成连接结构，这些机构都可绕大体上平行于连杆的轴线转动。这样一种实施例意味着接头7、8、15、16具有三个自由度，也就是前面所述绕两个彼此成一角度的实轴线或虚轴线所作枢轴式转动外加所述绕平行于连杆9、14的轴线所作转动动作。这样一种设计的优点是，连杆9、14及其接头不必在尺寸上考虑转动应变。用于这种目的的接头设计示例如球窝接头。但，应指出，本发明功能度的最低标准就接头7、8和15、16而言是这些接头应使连杆9、14相对于连接结构4和第二构件2具有作各向枢轴式转动的自由度，也就是必须具有绕两个成一角度的轴线作枢轴式转动的两个自由度。在这样具有不多于两个自由度时的连杆及其接头容许传递绕平行于连杆的轴线的转动应变。在这种情况下接头可由万向接头或其他具有两个不平行枢轴式转动轴线的接头构成。
第一和第二施力结构17、18用以使连杆结构5内连杆9、14相对于连接结构4作枢轴式转动。结构17、18分别具有施力部件19、20，施力部件具有与构件1作刚性连接的固定部分和相对于固定部分分别具有单自由度的可动部分21、22，可动部分通过相应连杆臂结构23、24与构件2连接。施力结构17、18用以在互不相同的方向上致动构件2以便在空间内控制此构件。
在其中一个施力结构中，也就是结构17内的连杆臂23至少具有两个连杆臂6，此连杆臂与构件2通过接头27作铰链式连接而与可动部分21通过接头29作铰链式连接。这些接头27、29各应设计上使单个连杆臂26可相对于第二构件2和可动部分21作各向枢轴式转动，也就是，应具有两个自由度，也就是可绕两个不平行的枢轴式转动轴线作枢轴式转动。因此，这些接头在这种情况下可由万向接头或其他两个轴线的接头构成。此外，接头27、29各可相对于构件2或可动部分21具有另一自由度，也就是绕大体上平行于所述连杆臂26的轴线转动，这也包括在本发明的范围内。在这种情况下，接头可举例来说由球窝接头构成。
连杆臂结构23在此示例中具有一第三连杆臂28，此臂通过接头29与连杆臂26连接。另一方面，连杆臂28与可动部分21作刚性连接或与可动部分21通过一接头30连接，此接头具有单自由度，也就是实际上的单纯转动。
连杆臂26连同相关接头27、29形成四连杆系统。最好将此系统设计成一平行四边形。
由于可动部分21相对于构件1只有一个自由度，连杆臂28就在空间内保持其取向。由所述连杆臂和连杆臂26并结合构件2形成的平行四边形结构因此意味着施力结构23整个地会锁定第二构件2而不使其相对于连接结构4绕大体上垂直于连杆9、14端部接头7、15；8、16所在平面的轴线作枢轴式转动。因此，连杆臂结构23的这一特性意味着，只要FS2就第二施力结构18相应地必须具有的另一自由度以外的所有自由度而言是可以锁定的，也就可将构件2锁定在空间内。
如果连杆臂结构24具有单个连杆臂31而此臂与可动部分22连接并通过接头32与第二构件2连接，就可锁定唯一留下的自由度。这两接头应在设计上使连杆臂31相对于可动部分22和构件2可作各向枢轴式转动。此外，接头32可具有另一相对于可动部分22和构件2绕一平行于连杆臂31的轴线转动的自由度。在此情况下，就取得了三个自由度。这样，接头32可由万向接头、其他可绕两个不平行轴线作枢轴式转动的接头、万向节。球窝接头等构成。由单连杆臂31构成连杆臂结构24的另一可选方案是将其设计成类似于连杆臂结构23的结构。这对锁定所有自由度来说并非必需，但在某些情况下由于用双连杆臂可取得额外的稳定性还是可取的。
应指出，此后对具有单自由度的接头有时用透视图内的椭圆(见接头30)表示而对具有两个或更多自由度的接头用一圆表示。
在此示例中，施力部件19和(或)20由转动机构构成，其定子构成固定部分而其转子分别构成可动部分21、22或将转子包括在这些部分内。在此示例中，可动部分21、22具有一个自由度枢轴式转动臂的性质，但，应指出，可动部分21、22就其他的单一自由度而言也可举例来说作平移的运动。这种可作平移运动的部分21、22就可以其末端分别与连杆臂结构23、24连接。
第三施力结构33用以使第二连杆10、11相对于构件1作枢轴式转动。施力结构33具有施力部件，此部件具有与第一构件1作刚性连接的固定部分和与两个中的一个连杆10连接的可动部分。施力部件33适当地由一转动机构构成，其定子构成固定部分，其转子与连杆10作刚性连接。
就至此按图1所示机器人而言，由施力部件33所作连杆10。11的枢轴式转动造成连接结构4在空间内作保持其取向的平行运动而构件2则通过连杆结构5作与此相应的有关运动。
但，机器人具有一种使构件2的取向可变的设计，也就是使其可以是倾转的，更具体地说这是由于改变连杆结构6的形式所致。为此，第一构件1由两个部分1A和1B构成，这两个部分彼此绕与连杆10的铰接轴线12相重的轴线作铰链式连接。一第四施力结构34用以使第二部分1B相对于第一部分1A作枢轴式转动。这第二部分1B构成四连杆系统FS2的一连杆，因其与两连杆10、11作铰链式连接。施力结构34具有一施力部件，此施力部件具有一与构件部分1A作刚性连接的固定部分和一与构件部分1B作刚性连接的可动部分。更具体地说，施力部件34由一转动机构构成，其定子与构件部分1A连接，其转子与构件部分1B连接。
在使施力部件33不动时，连杆10在空间内取同一位置，在驱动施力部件34时，构件部分或连杆1B就在空间内作枢轴式转动并也相对于连杆10作枢轴式转动。这就使平行四边形FS2变形而使连接结构4、因而也使构件2倾倒闭如图3、4所示。这种倾斜对构件2上的工作部件意味着另一自由度。在使施力部件34不动时，连杆或构件部分1B相对于构件部分1A始终取同一位置，这意味着构件2不会倾转而连杆10的枢轴式转动意味着构件2在空间内作保持恒定取向的运动。
如图2所示，可通过作构17、18使连杆9、14作枢轴式转动而使构件2在XY平面内运动。通过连杆10、11的枢轴式转动可使构件2在XZ平面内移位。
但，应指出，平行四边形FS2相对于XZ平面可作或多或少的倾斜动作，这都包括在本发明的范围内。
图5所示传动装置80可用以在图1～4所示基本型机器人中将驱动力从装在第一构件10的施力结构81上传递到工作部件30上而使此工作部件相对于第二构件20转动。在图5中示出四连杆系统FS2，但未示出连杆结构5，也未示出任何用以使四连杆系统FS2与此连杆结构互相连接的连接结构4。但在图5中示出用以使连杆10。作枢轴式转动的施力部件330。
传动装置80具有沿四连杆系统FS2延伸的第一传力部件。更具体地说，这些传力部件包括绕转向轮83、84安置的牵引力传递构件82。这两转向轮83、84的转动轴线与四连杆系统FS2中的接头120、130相重。作为施力部件81的转动马达具有固定在第一构件10上的定子和与转向轮83和驱动式连接的转子。第二转向轮84与轴85作驱动式连接，此轴装有齿轮86，此齿轮构成一与另一齿轮87连接的斜齿轮。
在图5中示出一连杆88。此连杆可由第一连杆结构5中某些连杆构成(与图1～4作比较)，但也可由与连杆结构5中的连杆作平行布置的另一连杆构成。不论这种个别的情况如何，齿轮87与装有另一转向轮90的轴89连接。绕此转向轮90和布置在连杆88相对一端上的转向轮91装有第二索引力传递构件92。转向轮91装在轴93上，在此轴上还装有斜齿轮94。此齿轮94与另一斜齿轮95啮合，此斜齿轮的转动轴线垂直于轴93。此齿轮95又与另一齿轮96作成角度的啮合，此齿轮的转动轴线垂直于齿轮95的转动轴线。这样，齿轮95在其两侧具有适当的齿形而可与两个齿轮94、96啮合。在此示例中，工作部件30通过共同轴97与齿轮96连接而与齿轮96作固定不转的安装。齿轮95及其轴在第二构件20的一个部分上作转动的轴颈式安装如图5所示。
分别通过齿轮86、87和94、95构成的所述这些斜齿轮形成可使四连杆系统FS2以及包含在连杆结构5中的四连杆系统FS1、FS3作所需调整而不会使图5所示传力装置对四连杆系统的整个运动性造成任何约束。
图6示出对连杆结构5p作某种改变的设计。连杆结构5p仍构成如以上图1～4所述方式的四连杆系统FS1、FS3。但，差别在于四连杆系统FS1是由两个传递牵引力。而非传递压缩力的第一连杆9pA和另一部是传递压缩力、也就是距离的第一连杆9pB构成的。这里应指出，第一连杆结构5p的连杆9p、14p及其接头构成连杆结构4p和第二构件2p之间的连接机构，其中至少一个连接机构是固定不转的，也就是可绕一平行于此连接机构的轴线传递转矩。在此示例中，连杆9p和14p构成这种固定不转的连接机构。
第一连杆9pA和9pB由牵引力传递构件构成，该构件用以在连杆结构5p运动时使相关第二构件2p在空间内保持其取向。这两个牵引力传递构件构成绕分别与连接结构4p和第二构件2p连接的转向部件98、99安置的环形件两个部分。环形件相对于转向部件98、99是固定不移位的。此两部件对环形件两个部分来说构成大体上为弧形的转向路段。在沿这两转向路段的适当部位将环形件用适当的固定构件作相对于转向部件98、99的固定。在此示例中，可以看出，转向部件98、99由具有装入环形件用周边凹槽的两个轮体构成。此两轮体与两连接部分43连接而是对其固定不转的，所述两连接部分43分别与连接结构4p和第二构件2p绕轴74作铰链式连接。可传递压缩力的第一连杆9pB以其两端与两连接部分43作铰链式连接，更具体地说，使铰接轴7p与转向部件98、99的轴线是同心的。
换句话说，第一连杆9pB绕其接头7p在平行于两连接轴74的平面内作枢轴式转动，连接轴则分别连接着连接部分43、连接结构4p和第一构件2p。这样，这意味着连杆9pA、9pB可说成是与连接结构4p和第二构件2p连接而可作各向枢轴式转动。在这种绕连接轴7p的枢轴式转动中，牵引力传递构件或连杆9pA会在沿转向部件98、99周边的不同部位分别进入转向部件的周边凹槽或从其中出来而同时在连接结构4p和第二构件2p之间完成平行的控制操作。
就连杆14p而言，可以认定其与连杆9pA、9pB中之一构成第三四连杆系统FS3。也可使连杆14p与转向部件按9pA、9pB、7p、74的方式进行操作。
图7、8示出通过一些图6所示类型的平行控制连杆系统作出类似于图1～4所示机器人的情况，更具体地说，可使这些由转向部件、牵引力传递构件环形体和其他中央连杆构成的平行控制连杆系统形成不同的四连杆系统FS1、FS2、FS3，此外，平行连杆系统26也装有这种如图6所示平行控制连杆系统。
在正常情况下，最好形成四连杆系统FS1、FS2、FS3而使其连杆采取参照图1～4所述形式，但，如图6～8所示设计在功用上是等效的，因而就连杆9、14；10、11和由此所形成四连杆系统的现行定义而言包括在本发明的范围内。
图9示出一种变型的机器人，就连杆结构5q和第一、第二施力结构17q、18q而言这对应于参照图1～4所示机器人。其差别在于这里并不将运动结构6q设计成四连杆系统FS2而代之以可相对于形成基底部件的第一构件1q绕轴线101作枢轴式转动的枢轴式转动臂100。此枢轴式转动臂100同时还起有前面所述实施例中连接结构4的作用，因为第一和第三连杆9q、14q通过接头与枢轴式转动臂100连接。就此而论，应指出，图9所示枢轴式转动臂100的长度可以调整到所要求的机器人工作区域。使枢轴式转动臂100绕轴线101作枢轴式转动的施力结构33q具有施力部件，其定子连接在第一构件1q上，其转子连接在枢轴式转动臂100上。此外，应指出，施力结构17q中的施力部件19q也连在施力部件33q的转子上而随着转子转动。使施力部件19q的重量集中在枢轴式转动轴线101上而尽量减小在枢轴式转动臂100转动时所产生的惯量。
在此示例中，所示枢轴式转动臂100具有大体上垂直于枢轴式转动轴101的取向。但，这并非必需。
最好，虽非必需，使施力部件20q与施力部件33q共一轴线。
应指出，由于对应于在图1～4中示为6的结构，这里形成枢轴式转动臂100的运动结构会绕轴线101作出枢轴式转动动作，而工作部件3q因此会随着此枢轴式转动动作作枢轴式转动，这就应根据情况抵消工作部件3q的转动动作以免枢轴式转动臂100的枢轴式转动将工作部件3q置于不是所需的方位上(转动位置)。因此，对图1～4运动结构6所作枢轴式转动臂的实施例一般只是在对其一操作装置因某些原因要求其相对于第二构件2q转动工作部件3q时才是经济有效的。这一缺点在应用中从以下这一点来说得到了补偿，这就是，枢轴式转动臂的方案可使整个机器人在一很大的角度内(直至360°)作枢轴式转动，在某些实施例中还可转动一圈以上(甚至若干圈)，这就提供了很大的工作范围，而且不论枢轴式转动臂处于哪一圈上都可采取最直接的途径。
示于图10的图9实施例的变型方案就驱动结构的设计而言包含着一些区别及其他内容。如上所述，此装置具有第一和第二施力结构17r、18r以使第二构件2r相对于枢轴式转动臂100r(运动结构6r)运动。第三施力结构33r用以使枢轴式转动臂100r相对于第一构件1r作枢轴式转动。这些不同的施力结构分别具有施力部件19r、20r、33r，这是由具有定子和转子的驱动机构构成的。驱动机构19r、20r和33r具有固定在第一构件1r上，也就是在此示例中的某种基底上的定子，此构件本身可以是运动的。转动机构的转子具有平行于如图10所示轴线101、最好与之重合的转动轴线。
转动机构19r的转子用以通过斜齿轮112、113和连杆臂结构17r致动第二构件2r。作为斜齿轮的第一齿轮112固定在转动机构19r的转子上而作为斜齿轮的第二齿轮113由支架110作转动支承，在通过转动机构33r使枢轴式转动臂100r作枢轴式转动时可以使支架转动。换言之，转动机构33r的转子与支架110连接而并不使其相对于转动机构转动。齿轮113的转动轴线示为111。
连杆臂结构17r的连杆臂148与齿轮113作刚性连接而在转动此齿轮时使其作枢轴式转动动作。
图10所示实施例的优点是转动机构的定子不必在装置运动时运动而只是转动机构的转子在完成所需动作。这就使一实施例具有尽量小的质量惯性。应指出，可以使支架110和斜齿轮112、113具有大体上小于转动机构定子的质量。在图9实施例中，缺点是必须通过转动机构33q转动整个转动机构19q。
此外，图10所示变型不同于图9实施例的是，设计成平行四边形的四连杆系统FS4代替了与转动机构19q的转子连接的连杆臂21q(见图9)而并不相对于转动机构转动。转动机构19r的转子与四连杆系统FS4中的连杆148、150之一，也就是连杆148连接。
四连杆系统FS4在距远离转动机构19r的一端与连杆系统23r连接。连杆148、150可以相对于支架110作一个自由度的运动，也就是绕平行轴线作枢轴式转动。支架110可以说是构成四连杆系统FS4中的一连杆。另一连杆152与连杆臂结构23r中的一个连杆连接。
这样，转动机构19r可使四连杆系统FS4作枢轴式转动。
应指出，具有图9中一轴和一臂21q的方案，也就是不带平行四边形的方案也可用转动机构19r的一静止的转子和一斜齿轮机构112、113得出。
图11示出就这里也将运动结构65作成枢轴式转动臂100s这一点来说联想到图9、10中之一的实施例。连杆结构5s具有以某一端与基底式第一构件1s作铰链式连接的连杆。连杆结构5s中连杆的第二端与连接结构4s作铰链式连接。连杆结构5s中的连杆相对于第一构件1s和连接结构4s可作各向枢轴式转动。枢轴式转动臂100s与连接结构4s可绕示为149的轴作枢轴式转动连接。此轴可相对于连杆结构5s内连杆的纵向延伸区具有任一方向。就如图12、13中将在以后予以说明的情况所示，施力结构33s通过如图12、13实施例所示性质类似的连杆臂结构106s、107s作用在枢轴式转动臂100s上。可以将工作部件3s装在枢轴式转动臂100s，远离连接结构4s的一端上。
图12示出一实施例，其中，将运动结构6t设置在连接结构4t和第二构件2t之间。第一连杆结构5t设在连接结构4t和第一构件1t之间。第二构件2t由工作部件3t构成或用以带动此工作部件。运动结构6t由一可相对于连接结构4t作枢轴式转动的臂构成。第一四连杆系统FS1的连杆9t可相对于第一构件1t和连接结构4t作各向枢轴式转动，其原因是：施力结构18t具有通过连杆43t与连杆9t连接的可动部分而可使FS1在XY平面内作枢轴式转动。施力结构19t具有与另一施力结构18t的可动部分21t作刚性连接的固定部分，此施力结构具有固定在第一构件1t上的固定部分。连杆43t与施力结构18t的可动部分21t和施力结构19t的固定部分作刚性连接。结构18t、19t适当地由转动机构构成。这里，连杆9t可通过结构19t在平行于连杆本身所在平面的平面内作枢轴式转动。通过结构18t，连杆19t可绕一刚才所述枢轴式转动的轴线成一角度、最好成一直角的轴线转动。这样，可使连杆9t绕两个彼此成一角度的轴线操作。应指出，连杆9t只有一个自由度，也就是相对于连杆43t作单纯的枢轴或转动，此连杆连同转动机构19t与连杆9t在枢轴式转动的轴线区内相交。这样，使连杆9t作枢轴式转动的结构19t通过结构18t在此结构转动时会运动起来。连杆9t远离结构18t、19t的端部通过铰链44t与一连接部分43t作铰链式连接，此铰链只有一个自由度，就是绕单个轴线作枢轴式转动。连接结构4t具有连接构件10t，此构件相对于连接部分43t作一个自由度的枢轴式转动，也就是绕连接部分43t的纵向作纯枢轴式转动而构成一接头104。连接构件10t绕连接结构4t的另一连接构件103作一个自由度的枢轴式转动。也就是绕一轴线作纯枢轴式转动而构成一接头105，此轴线平行于使连接构件10t绕连接部分43t转动的枢轴式转动轴线。连接构件103通过连杆臂结构14t与第一构件1t连接。此连杆臂结构14t具有一连杆臂，此臂分别通过接头15t和16t与连接构件103和第一构件1t连接而具有至少两个枢轴式转动自由度。这样，接头15t、16t应可绕两个彼此成一角度布置的轴线作枢轴式转动。还可使其具有另一转动自由度，这时就可对接头15t、16t采用除万向接头等以外的球窝接头。可适当地，虽非必需，使连杆臂14t与各连杆9t形成一四连杆系统FS3。最好使四连杆系统FS1、FS3具有平行四边形的形状而使连接构件10t在连杆9t、14t作枢轴式转动时保持其取向。
接头44t和104使连杆9t可相对于连接结构4t(其部件10t)作任何方向枢轴式转动。
为使枢轴式转动臂6t相对于连接结构4t的连接构件103作枢轴式转动设有总的示为33t的施力结构。此结构的施力部件具有相对于第一构件1t固定的部分和相对于固定部分具有一个自由度的可动部分。在此示例中，臂106与施力部件的可动部分连接，所述臂106通过连杆臂107与枢轴式转动臂6t连接。连杆臂107与臂106和枢轴式转动臂6t的相应接头108-109至少具有两个自由度，即绕非平行轴线的枢轴式转动，但也可在设计上使其可转动，也就是具有球窝接头的性能。
图12、13所示实施例可用以使四连杆系统FS1和FS3相对于第一构件1t作各向枢轴式转动以便通过施力结构18t、19t的操作改变连接结构4t的位置。可以使枢轴式转动臂6t相对于连接结构4t作枢轴式转动而可通过施力结构33t的操作使工作部件3t在空间内进行操作。
如图12所示，可以使第二构件2t在此示例中形成枢轴式转动臂6t的末端。也可能自然地就表明第二构件2t本身是由工作部件3t构成的。
应指出，在图12、13实施例的一个未予示出的变型中，还可用图10所示斜齿轮的方案来减小质量惯性。
图14示出一实施例，适用于从第一构件1u起使工作部件3u转向，从而可调整工作部件而作足够的转位。这种对转位的调整可起因于须由工作部件进行各种不同的操作任务，但通常还是愿意使机器人的枢轴式转动实施例意味着工作部件3u通过这种枢轴式转动会改变其在空间内的转位。如图14所示，施力部件33u具有固定在第一构件1u上的固定部分和与与臂106u连接的可动部分。枢轴式转动臂示为6u，类似于前面所述同编号连杆臂的连杆臂107u接在臂106u和枢轴式转动臂6u之间。通过施力部件33u的适当驱动，枢轴式转动臂6u可通过臂106u和连杆臂107u相对于连接结构4u(图14中未示出)作枢轴式转动。
在第一构件1u上设有驱动马达114，用以作功而转动工作部件3u。驱动马达114具有与构件1u连接的固定部分和用以使驱动轮115转动，这里为驱动轴的可动部分。在臂106u的末端上另一轮116作轴颈式转动安装，绕此两轮115、116安置环形牵引力传递构件117。将轮116接在轴118上，在此轴上固定有斜齿轮119。轴118相对于臂106u末端转动。支承构件120绕轴118作轴颈式安装而可绕轴118作一个自由度的运动，也就是作纯枢轴式转动。此支承构件120与轴121作一个自由度的枢轴式转动连接，所述轴121还相对于连杆臂107u转动。斜齿轮122和123与轴121连接而相对于此轴固定不转，环形牵引力传递构件124绕轮123安置，所述构件124还绕另一轮125安置，此轮与轴126作刚性连接而相对于此轴固定不转，所述轴126在连杆臂107u的末端内作轴颈式安装。
齿轮119、122由于轴118、121彼此大体上垂直延伸而协同构成斜齿轮机构。轴126与斜齿轮127作刚性连接，此斜齿轮与工作部件3u上作刚性连接的斜齿轮128啮合而构成另一斜齿轮机构。齿轮128在轴129上作刚性连接。此轴对轴126作垂直延伸。另一支承构件130相对于两轴126、129作单一自由度、即纯枢轴式转动的轴颈式安装。
图14实施例的操作如下：在致动施力部件33u时，臂106u可作枢轴式转动并通过连杆臂107u使枢轴式转动臂6u作枢轴式转动。通过斜齿轮和与齿轮轴作枢轴式转动连接的支承构件120、130所作连接或力的传递意味着有可能一方面在臂106u和连杆臂107u之间，另一方面在连杆臂107u和枢轴式转动臂6u之间的转接中取得两个自由度，即绕两个互相垂直的轴作枢轴式转动的运动。这意味着可在一个平面内作枢轴式转动的臂106u也可以枢轴式转动臂6u从臂106u的枢轴式转动平面移开时操作此枢轴式转动臂如图14所示。在驱动驱动马达114时，可使驱动轮115转动。此驱动轮驱动皮带、绳索、钢丝或链条或牵引力传递构件117而使轮116转动。轴121通过斜齿轮119、122转动而使轮123也转动，此轮通过构件124驱动轮125，从而使轴126转动。这会通过斜齿轮127、128使工作部件3u转动。
图15示出在装置的两个部分之间取得双重传力方案的原理，所述两个部分可绕非平行的双轴作枢轴式转动。与图14所示臂106u和连杆臂107u之间的传力机构相比，通过图15实施例可取得双重传力机构。对比的说明如下：在图15中安排了两组牵引力传递构件131、132，所述两组构件是用各自的驱动马达驱动的，并将其安置在相应从动轮133、134上。将轮134的轴135设计成管状轴而使第二轮133的轴136穿过管状轴135。管状轴135装有第一斜齿轮137而轴136在其穿过管状轴135的一端装有第二斜齿轮138。接在管状轴135上的齿轮137与装在管状轴140上的斜齿轮139啮合而构成斜齿轮机构。轮141与管状轴140作刚性连接，牵引力传递构件142是由将此构件安置其上的轮141驱动的。
另一斜齿轮143与齿轮138啮合并固定在轴144上，此轴穿过管状轴140并与轮145连接，此轮驱动牵引力传递构件146，此构件进一步通向由其驱动的轮子(未示出)，这对构件142来说是相同的。
图15所示传动机构因而可作双重传力并可同时取得两个自由度的接头，也就是绕两个相互成一角度布置的轴线作枢轴式转动的接头。这种传动机构可作以取得相关具有两个自由度的机器人结构。例如，组件131、133、136、138、143、144、145、146可用以转动工作部件3而其他组件则用于机器人的另一自由度如某一部分的运动，这一部分又带动此工作部件。
图16示出参照图14所述实施例的另一方案。这里采用沿臂106v和连杆臂107v安装的传动轴146、147以替代由牵引力传递构件以及驱动这些构件和受其驱动的轮件构成的传动机构。这意味着在接头转接中须引入另外的斜齿轮功能件，这直接可在图中看出。
对全部所述实施例共同的一点是装有合适的控制装置，具体地说，装有计算机形式的控制装置，用以控制各种不同机器人实施例的施力部件以便使直接或间接接在其上的第二构件2或部件沿所需路线运动。
应指出，“施力部件”和“驱动机构”等词除另有明确说明者外分别应作极其广泛意义的解释。在这些部件和机构分别表明具有定子和转子时，这意味着在所有定子和转子之间接有合适的齿轮以便取得所需齿轮比。
可能的改动
很明显，本发明并不限于以上所述实施例。因此，根据情况对实施例可作出具体的修改而并不脱离由权利要求1所体现出的本发明范围。

Claims (19)

1.一种用以使两个构件作相对运动的装置，其特征是：装置具有一在第一连杆结构(5、5p、5q、5r、5s、5t)和一运动结构(6等)之间构成一连接的结构(4、4p、4q、4r、4s、4t)，运动结构(6等)设在连接结构(4等)和构件中之一(1；2等)之间而第一连杆结构(5等)设在连接结构和构件中的另一个(2；1等)之间，第一连杆结构(5等)具有通过接头(7、8、15、16等)相对于连接结构(4等)和构件中的相关一个(2；1等)作枢轴式连接的连杆(9；14等)，运动结构(6等)允许连接结构(4等)和构件中的相关一个(1；2等)之间的相对运动，该装置具有用以致动连杆结构(5等)和运动结构(6等)的施力结构以便改变构件(1；2等)之间的相对位置。
2.权利要求1所述装置，其特征是：连杆结构中的第一连杆(9、9q、9r、9s、9t)形成至少一个第一四连杆系统(FS1)。
3.权利要求2所述的装置，其特征是：第一连杆的至少两个(9pA)由牵引力传递构件构成，该牵引力传递构件设置成使构件中的相关构件(2p)在连杆结构(5p)运动时在空间内保持取向。
4.按权利要求3所述装置，其特征是：两个牵引力传递构件(9pA)构成一绕转向部件(98、99)设置的环形件一部分，转向部件分别与属于连杆结构(5p)的连接结构(4p)和构件(2p)连接，环形件相对于转向部件固定以防移位。
5.按权利要求4所述装置，其特征是：转向部件(98、99)大体上构成弧形转向路段。
6.按权利要求5所述装置，其特征是：传递压缩力的第一连杆(9pB)的相对两端(7p)相对于转向路段(98、99)大体上位于中央。
7.按权利要求1所述装置，其特征是：运动结构(6q、6r)设于连接结构和构件中的第一构件(1g、1r)之间；连杆结构(5g、5r)设于连接结构和构件中的一第二构件(2g、2r)之间；第二构件由一工作部件(3q、3r)构成或用以带动该工作部件；以及运动结构(6q、6r)成形为一枢轴式转动臂(100)。
8.按权利要求7所述装置，其特征是：该装置具有第一和第二施力结构(17q、17r、18q、18r)以使第二构件相对于枢轴转动臂运动，以及一第三施力结构(33q、33r)以使枢轴式转动臂相对于构件中的一第一构件作枢轴式转动；各施力结构具有相应的由转动机构构成的施力部件。
9.按权利要求8所述装置，其特征是：第二和第三施力部件(20q、20r、33q、33r)具有相对于第一构件(1g、1r)固定的定子和转动轴线大体上作平行布置、最好作重合布置的转子。
10.按权利要求9所述装置，其特征是：第一施力部件(19g)适于在第三施力部件(33g)推动枢轴式转动臂(100)作枢轴式转动时伴随此枢轴式转动臂。
11.按权利要求9所述装置，其特征是：第一施力部件(19r)具有固定在第一构件(1r)上的定子和适于通过一斜齿轮(112、113)致动第二构件(2r)的转子。
12.按权利要求11所述装置，其特征是：包括在斜齿轮内的一第一齿轮(112)固定在第一施力部件(19r)的转子上，而包括在斜齿轮中的一第二齿轮(113)由一支架作转动支承，支架适于在枢轴式转动臂(100r)作枢轴式转动时借助于一第三施力部件(33r)进入转动。
13.按权利要求1所述装置，其特征是：运动结构(6t)设于连接结构(4t)和构件中的第二构件(2t)之间；连杆结构(5t)设于连接结构(4t)和构件中的第一构件(1t)之间；构件中的第二构件由一工作部件(3t)组成或用以带动一工作部件(3t)；运动结构具有一枢轴式转动臂(6t)。
14.按权利要求13所述装置，其特征是：第一四连杆系统(FS1)的连杆(9t)设置成可绕与枢轴式转动臂的枢轴式转动轴线(103)成一角度取向的轴线(44t)作枢轴式转动。
15.按权利要求14所述装置，其特征是：枢轴式转动臂(6t)由连接结构(4t)作枢轴式转动支承；连接结构(9t)又与第一连杆(9t)作枢轴式驱动连接，此外，还通过一连杆(14t)与第一构件连接，此连杆的接头(15t、16t)允许沿任何方向作枢轴式转动。
16.按权利要求15所述装置，其特征是：用以使枢轴式转动臂(6t)作枢轴式转动的施力结构(33t)具有一装在第一构件(1t)上的施力部件(33t)和位于此施力部件的一可动部分和枢轴式转动臂(6t)之间的连杆结构(106、107)。
17.按权利要求1或2和7所述装置，其特征是；由第一构件(1u)上一驱动马达(114)驱动的、用以转动设在第二构件上的工作部件(3u)的一传动机构具有沿装置内连杆结构(5)、连接结构(4)、运动结构(6)和(或)其他连杆臂结构(17-18)延伸的传力部件，所述传力部件的形式是轴(146、147)和(或)绕转向轮设置的牵引力传递构件(117、124)，以及设于这些轴/转向轮之间的斜齿轮部件(119、122、127、128)，轴和转向轮用以传力而不干扰装置的运动性。
18.按以上任一权利要求所述装置，其特征是：为在装置内可绕非平行的双轴彼此相对地作枢轴式转动的两个部分之间进行双重传力，设有两组牵引力传递构件(131、132、142、146)，这些构件绕转向轮(133、134、141、145)设置，这些转向轮可绕轴转动，所述两组牵引力传递构件由各自的驱动马达驱动；转向轮中之一的轴设计成一管状轴(135、140)而第二转向轮的轴穿过此管状轴；轴和管状轴分别装有斜齿轮(137、138、139、143)，该等斜齿轮连同另一组支承牵引力传递构件所用可转动转向轮的轴上的相应齿轮可形成一可绕双重非平行轴作枢轴式转动的接头，彼此啮合的斜齿轮因为由所述齿轮形成的中间斜齿轮机构而可完成力的传递。
19.按以上任一项权利要求所述装置，其特征是：装置由一工业机器人构成，机器人的第二构件(2)用以直接或间接地带动至少一个工作部件(3)。
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