TW201442838A - 並聯式機器人及線性並聯式機構 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種線性並聯式機構，包含一固定平台、一可動平台及複數連桿組。連桿組連接固定平台與可動平台，並帶動可動平台，其中一連桿組包含線性傳動元件以及致動連桿，各致動連桿由各線性傳動元件帶動，使可動平台相對固定平台作動。藉此，除解決傳統串聯式機器人機構誤差累積的問題，亦同時降低習用並聯式機器人機構之運動誤差的問題，且可擴大其工作範圍並強化工作穩定性。

Description

並聯式機器人及線性並聯式機構

本發明提供一種線性並聯式機構，尤其是一種穩定的線性並聯式機構及具有前述並聯式機構的並聯式機器人。

按傳統習用的串聯式機器人機構，均須要一串聯式三軸調整機構，此機構可水平與垂直自動調整其可動平台的姿態與角度，但此機構具有以下缺點: (1)串聯式機構易造成誤差的累積；(2)串聯式機構負荷流線長，機構強度較弱，容易變形；(3)串聯式機構若欲增加其強度，會增加慣性造成機構控制上的不易，且精度較差，以及能源耗損嚴重；(4)串聯式機構於作動時，無法有效消除熱變形的問題。

基於前述傳統串聯式機器人機構的困擾，現今許多產業將串聯式機構改良為並聯式機構。此並聯式機構為一封閉的系統，採用習用並聯式機構的機器人多將三個固定座散佈安裝於一工作平台外圍，再從三固定座延伸出三個連桿組，這些連桿組的一端由線性傳動元件構成, 另一端則由連桿構成，並連接到一個可動平台上，這些線性傳動元件分別在單一方向做線性往復運動，而帶動可動平台於三度空間移動，此種習用並聯式機構設計可以解決結構複雜、慣性大及高負荷的缺點。

前述並聯式機構雖可解決串聯式機器人機構的部份問題，但習用並聯式機構會產生以下困擾：
其一，此類並聯式機構設計將三組傳動元件散佈安裝於一工作平台外圍，其工作平台上方週側空間並無法有效運用，工作平台下方供工件傳輸的空間亦因為三組傳動元件與其固定機構占住部分空間而多所受限。
其二，工作平台要運用下方空間進行工作，故工作平台亦無法降低工作高度。
其三，三組傳動元件與其固定機構散佈安裝於一工作平台外圍，整體體積龐大,安裝及運輸皆麻煩又佔空間。
其四，三組傳動元件散佈安裝於一工作平台外圍會讓工作慣性不容易集中控制，增加線性並聯式機器人調校穩定性的難度。

本發明提供一種線性並聯式機構以及一種並聯式機器人，利用並聯式的複數個連桿組對稱排列固定於同一固定座之設計，不但可以帶動可動平台於三度空間移動，且此並聯式機構及並聯式機器人可降低運動誤差（提昇穩定性），有效抵消熱變形。同時，複數組傳動元件集中式的固定設計令連桿組可以充分運用固定平台上方工作空間，降低固定平台工作安裝高度，以擴大工作範圍及並提高穩定性。

依據本發明一實施方式，提供一種線性並聯式機構，此線性並聯式機構包括一固定平台、一可動平台以及複數連桿組。可動平台相對於固定平台，連桿組則連接固定平台與可動平台，並帶動可動平台。固定平台包含一固定基座及一固定座，此固定座設置於固定基座之一中心位置。各連桿組包括一線性傳動元件與一致動連桿，其中複數線性傳動元件呈均勻對稱環繞固定在固定座外側，且各線性傳動元件用以傳動致動連桿。各致動連桿具有兩端，各致動連桿之第一端受各線性傳動元件帶動，而各致動連桿之第二端連接於可動平台。藉此，利用連桿組分別在單一方向做線性往復運動，帶動可動平台於三度空間移動。

依據前述之線性並聯式機構，其中各致動連桿一端可以採可拆卸鎖接或固接於各線性傳動元件，各致動連桿的第二端可以一球接頭或是一萬向接頭連接於可動平台。藉此，可提供並聯式機器人更多設計的靈活性。

依據本發明另一實施方式，提供一種具並聯式機構的並聯式機器人，其用以配置在於自動化生產線上，前述並聯式機器人包含一固定平台、一可動平台、一旋轉裝置以及複數連桿組。可動平台相對於固定平台，可動平台利用一載具以帶動一工件。旋轉裝置帶動可動平台上的載具進行旋轉。各連桿組裝設於固定平台與可動平台之間。固定平台包含一固定基座與一固定座，其中固定座裝設於固定基座之一中心位置。各連桿組包括一傳動元件（可為直線性或非直線性）與一致動連桿，其中複數個傳動元件呈均勻對稱環繞固設在固定座外側。各致動連桿具有相連接之一致動上桿及一致動下桿。其中致動上桿上側具有第一端連接於傳動元件，同時，致動下桿下側具有第二端連接於帶動可動平台。當傳動元件傳動令致動上桿伸縮作動，致動上桿同時帶動致動下桿，並以複數致動連桿獨立動作驅動可動平台於三度空間移動，且旋轉裝置可進一步以增加可動平台另一自由度的旋轉。

依據前述之並聯式機器人，其中該傳動元件可呈直線性或非直線性傳動。致動上桿被帶動的位移範圍可位於固定基座的上方。

依據本發明再一實施方式，提供一種並聯式機器人，其包括一固定平台、一可動平台、一旋轉裝置以及複數連桿組。連桿組裝設於固定平台與可動平台之間，旋轉裝置連接固定座與可動平台，而可動平台相對於固定平台。可動平台利用一載具以帶動一工件。旋轉裝置帶動可動平台上的載具進行旋轉。固定平台包括一固定基座以及一固定座，其中固定座設置於固定基座之一中心位置。各連桿組包括一傳動元件以及一致動連桿，其中傳動元件呈均勻對稱環繞固設在固定座外側，各致動連桿包括相連接之一致動上桿以及一致動下桿。致動上桿上側具有第一端連接傳動元件且被傳動元件帶動，致動下桿下側具有第二端連接帶動可動平台。藉由旋轉裝置被裝設於固定座內的機構驅動的配置來旋轉載具，可以經由降低裝設於固定座的傳動元件的載重負擔，進而增加機器人的載重能力。

依據前述之並聯式機器人，其中各致動上桿可為彎曲形狀，以增加此並聯式機器人之運動空間。

100．．．固定平台

110．．．固定基座

120．．．固定座

3201．．．第一端

3202．．．第二端

3203．．．樞轉端

121．．．馬達

200．．．可動平台

300．．．連桿組

310．．．線性傳動元件

320．．．致動連桿

321．．．致動上桿

322．．．致動下桿

330．．．傳動元件

400．．．旋轉裝置

500．．．罩體

600．．．載具

700．．．旋轉裝置

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種線性並聯式機構配合一罩體之外觀圖。
第2圖繪示依照第1圖實施方式的線性並聯式機構之立體圖。
第2A圖繪示依照第2圖實施方式之線性並聯式機構的側視圖。
第3圖繪示依照本發明另一實施方式的一種並聯式機器人之立體圖。
第3A圖繪示依照第3圖實施方式的並聯式機器人之側視圖。
第4圖繪示依照本發明再一實施方式的一種並聯式機器人之立體圖。
第4A圖繪示依照第4圖實施方式的並聯式機器人之側視圖。

請參閱第1圖，其繪示依照本發明之一實施方式的一種線性並聯式機構配合一罩體500之外觀圖。本實施方式之線性並聯式機構包含一固定平台100、一可動平台200與複數連桿組300。利用並聯式且對稱的複數連桿組300伸縮作動，以帶動可動平台200相對固定平台100進行三度空間的移動。由第1圖可知，在實際操作時，可外加一罩體500，避免線性並聯式機構在使用過程中，受外在環境的影響。

請參閱第2圖，係繪示依照第1圖實施方式的線性並聯式機構之立體圖。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設置於固定基座110之一中心位置。可動平台200相對應於固定平台100。

請同時配合第2A圖，其繪示依照第2圖實施方式之線性並聯式機構的側視圖。複數連桿組300裝設於固定平台100與可動平台200之間，且各連桿組300包括一線性傳動元件310與一致動連桿320，其中線性傳動元件310呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側，複數線性傳動元件310帶動複數致動連桿320，且使複數致動連桿320用以連動可動平台200。各致動連桿320包括相樞連之一致動上桿321以及一致動下桿322。致動上桿321上側具有致動連桿320的第一端3201連接傳動元件310且被傳動元件310帶動，致動下桿322下側具有致動連桿320的第二端3202樞接帶動可動平台200。第一端3201鎖接於各線性傳動元件310，致動上桿321則與致動下桿322以一球接頭或一萬向接頭連結。第二端3202以另一球接頭或一萬向接頭（未編號）連接於可動平台200，有助於帶動可動平台200連動一載具600進行多個自由度的作動。

值得進一步說明的是，本實施方式之線性並聯式機構包含複數馬達121（作為傳動源），利用各馬達121分別驅動各個線性傳動元件310，使線性傳動元件310可以在整體重心位置帶動致動連桿320穩定伸縮作動，進而穩定連動可動平台200。

繼續參照第2圖，各致動上桿321為直桿，其受各線性傳動元件310帶動，且藉由各線性傳動元件310不同的進給量調整各致動連桿320的位移量而達成可動平台200於三度空間的位置調整。

請參閱第3圖，其繪示依照本發明另一實施方式的一種並聯式機器人之立體圖。並聯式機器人包含一固定平台100、一可動平台200、複數連桿組300以及一旋轉裝置400。

固定平台100包含一固定基座110與固定座120，此固定座120裝設置於固定基座110之一中心位置。連桿組300連接固定平台100與可動平台200，並帶動可動平台200於三度空間內移動。旋轉裝置400裝設於可動平台200，並以旋轉裝置400帶動可動平台200上之一載具600進行旋轉，以載具600帶動一工件。

請同時配合第3A圖，係繪示依照第3圖實施方式的並聯式機器人之側視圖。連桿組300裝設於固定平台100與可動平台200之間，且連桿組300包括一傳動元件330與一致動連桿320，其中複數個傳動元件330呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側。且各致動連桿320受各傳動元件330傳動而使可動平台200於三度空間內移動。各致動連桿320包括一致動上桿321及一致動下桿322。其中致動上桿321上側有致動連桿320的第一端3201連接於傳動元件330，同時，致動下桿322具有一樞轉端3203（一球接頭或一萬向接頭）連接於致動上桿321；致動下桿322另具有致動連桿320的第二端3202連接於可動平台200。當傳動元件330帶動致動上桿321伸縮作動，致動下桿322會隨著致動上桿321連動，並帶動可動平台200改變姿態、位置與角度。此時，各致動連桿320的昇降空間可以運用固定基座110各側空間，也就是說，各傳動元件330可沿著固定座120各側空間帶動各致動上桿321作不同高度的位移，使可動平台200於三度空間內移動。此外，藉由將傳動元件330平均對稱固定於固定座120，且固定座120又設置於固定基座110的中央，更有助於提升並聯式機器人作動期間的穩定性。

依據第3圖實施方式，並聯式機器人之傳動元件330呈線性傳動，令致動上桿321伸縮作動。前述伸縮帶動方式令致動上桿321同時帶動致動下桿322，並以複數致動連桿320獨立動作驅動可動平台200改變姿態、位置與角度。另外，傳動元件330不僅可採直線性傳動（如圖所示）；傳動元件330更可呈非直線性傳動，藉此以擺動方式帶動致動上桿321，使可動平台200的作動有更多元的變化。

依據本實施方式，上述固定座120設置於前述固定基座110之一中心位置使各致動連桿320可以穩定帶動可動平台200水平、傾斜與垂直移動，並由於複數個傳動元件330呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側，故本發明不僅具有更佳穩定性，且可以充分運用固定基座110上方各側空間（固定基座110上方運動機構集中於中央），藉以增加致動連桿320運動空間又或是可以依設計需求降低固定平台100安裝高度，故本發明具有較大工作範圍。另一方面，此一體集中式的固定座120設計，便於生產後的集中裝箱輸送及一次性組裝維修，故其安裝及運輸皆方便性與節省空間。

請參閱第4圖與第4A圖，其分別繪示依照本發明再一實施方式的一種並聯式機器人之立體圖及側視圖。此實施方式中並聯式機器人具一並聯式機構，並聯式機器人用以配置在一自動化生產線上，此並聯式機器人之並聯式機構於此再一實施方式的特徵在於改善旋轉裝置700驅動方式，旋轉裝置700為一連桿，其直接連接固定座120與可動平台200，並受一設置於固定座120內的馬達(在此不加以繪示)驅動。藉此，旋轉裝置700由固定座120內凸伸而出，且旋轉裝置700經可動平台200旋動工作，故旋轉裝置700透過固定座120穩定地驅動而能帶動可動平台200之載具600旋轉。

由上述本發明各態樣可知，應用本發明具有下列優點：
1.本發明運用固定平台，可動平台與連桿組三者之集中穩定結合設計，以降低運動累積誤差，增加工作範圍、運動精度與提高機構之穩定性。
2.本發明利用固定座集中連接連桿組及其他構件，使並聯式機器人及線性並聯式機構安裝容易且佔用空間較小，更可外加一罩體避免複數連桿組受外在環境的影響。
3.本發明增加致動連桿運動空間，故可提供較廣的工作範圍，且作動空間不受以往週邊元件的干擾。
4.本發明之致動上桿可為彎曲形狀，藉此擴大工作範圍及角度，並可減少連桿組構件之間干涉的問題。
5.本發明可以依設計需求降低固定平台安裝高度，可使此並聯式機器人及線性並聯式機構於加工產線安裝後，整體工作高度降低以利於特殊空間需求。
6. 本發明藉由旋轉裝置被固定座內的機構驅動的配置，降低裝設於固定座的傳動元件的載重負擔, 進而增加機器人的載重能力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．固定平台

110．．．固定基座

120．．．固定座

121．．．馬達

200．．．可動平台

300．．．連桿組

310．．．線性傳動元件

320．．．致動連桿

3201．．．第一端

3202．．．第二端

321．．．致動上桿

322．．．致動下桿

Claims (10)

1. 一種線性並聯式機構，包括:
   一固定平台，包括:
   一固定基座；及
   一固定座，設置於該固定基座之一中心位置；
   一可動平台，該可動平台相對於該固定平台；以及
   複數連桿組，係連接該固定平台與該可動平台，並帶動該可動平台，各該連桿組包括:
   一線性傳動元件，該些線性傳動元件均對稱環繞固定在該固定座外側；及
   一致動連桿，各該致動連桿具有一第一端及一第二端，該第一端受該線性傳動元件帶動，該第二端與該可動平台相連接。
2. 如請求項1之線性並聯式機構，其中另包括一罩體，該罩體罩覆於該固定基座外。
3. 一種具並聯式機構的並聯式機器人，其包括:
   一固定平台，包括:
   一固定基座；及
   一固定座，設置於該固定基座之一中心位置；
   一可動平台，該可動平台相對於該固定平台，用以帶動一載具；
   一旋轉裝置，其安裝於該可動平台帶動該載具進行旋轉：以及
   複數連桿組，其裝設於該固定平台與該可動平台之間，各該連桿組包括:
   一傳動源，固設在該固定座上；
   一傳動元件，該些傳動元件呈均勻對稱環繞固設在該固定座外側：及
   複數致動連桿，各該致動連桿包括：
   一致動上桿，其上側具有第一端，該第一端連接該傳動元件且被該傳動元件帶動；及
   一致動下桿，其樞接於該致動上桿，而該致動下桿下側具有第二端，該第二端樞接帶動該可動平台。
4. 如請求項3之並聯式機器人，其中該傳動元件呈直線性或非直線性運動。
5. 如請求項3之並聯式機器人，其中該致動上桿被帶動的位移範圍位於該固定基座的上方。
6. 如請求項3之並聯式機器人，其中各該致動下桿以一球接頭或萬向接頭連接於該可動平台及該致動上桿。
7. 如請求項3之並聯式機器人，其中各該致動上桿為彎曲形狀。
8. 一種具並聯式機構的並聯式機器人，其包括:
   一固定平台，包括:
   一固定基座；及
   一固定座，設置於該固定基座之一中心位置；
   一可動平台，該可動平台相對於該固定平台，用以帶動一載具；
   一旋轉裝置，安裝在於該固定平台，且該旋轉裝置由該固定平台凸伸而經該可動平台旋動該載具；以及
   複數連桿組，其裝設於該固定平台與該可動平台之間，各該連桿組包括:
   一傳動元件，該些傳動元件呈均勻對稱環繞固設在該固定座外側；及
   一致動連桿，各該致動連桿包括：
   一致動上桿，其具有一第一端，該第一端連接該傳動元件且被該傳動元件帶動；及
   一致動下桿，其樞接於該致動上桿，而該致動下桿具有第二端，而該第二端則連接帶動該可動平台。
9. 如請求項8之並聯式機器人，其中各該致動上桿為彎曲形狀。
10. 如請求項8之並聯式機器人，其中各該致動下桿以一球接頭或一萬向接頭連接於該可動平台及該致動上桿。