TW202237352A - 並聯式機器人 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種並聯式機器人，包括：基座部、可動部件、以及將基座部與可動部件並列連接的複數之機械臂；且各機械臂具備：驅動連桿，利用設置於基座部之馬達而驅動旋轉；二隻平行的被動連桿，將驅動連桿與可動部件連結；球接頭，配置於各被動連桿與驅動連桿之間及各被動連桿與可動部件之間；以及安裝機構，以可拆裝的方式將各該球接頭安裝於該驅動連桿或該可動部件；且各球接頭具備：球頭、以及一體成形設置於該球頭的固定部；其中至少一個安裝機構，包括：第一螺紋孔，設置於該固定部；第二貫通孔，設置於驅動連桿或可動部件；以及螺絲部件，貫通第二貫通孔並緊固於第一螺紋孔。

Description

並聯式機器人

本發明關於一種並聯式機器人。

目前已知一種並聯式機器人，其包括將基礎部與可動部並列連結的3個機械臂；且各機械臂包括：驅動連桿，藉由馬達驅動；以及2隻平行一對的被動連桿，與驅動連桿和可動部連結(例如，參照專利文獻1。) 驅動連桿與2隻被動連桿之間、以及2隻被動連桿與可動部之間，分別藉由球接頭以能夠旋轉的方式將其等連結。

各機械臂的2隻被動連桿係配置在可從平行於驅動連桿之旋轉軸線的軸線方向的兩側面包夾驅動連桿及可動部的位置。驅動連桿及可動部之上述軸線方向的兩側面上，在沿著該軸線方向設置有螺紋孔，藉由固定於球接頭之球頭的外螺紋與螺紋孔的緊固，從而可固定球接頭。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2019-119017號公報

進行球接頭的交換，必須旋轉螺絲來解開其與螺紋孔的緊固，並使球接頭沿著平行於驅動連桿之旋轉軸線的軸線移動。因此，欲將球接頭從驅動連桿或可動部拆下時，必須往使2隻被動連桿之間隔加寬的方向移動。

為使各機械臂之2隻被動連桿，即使高速運作仍會維持在平行的狀態，故有設置支撐連桿的情形，且該支撐連桿係橫跨2隻被動連桿，並以能夠繞著與被動連桿之長軸正交的軸線進行旋轉的方式設置。此情形中，在交換球接頭時，必須耗費心力進行使支撐連桿從被動連桿分離的作業。因此，目前期望能夠不須使球接頭往使2隻被動連桿之間隔加寬的方向上移動即可交換球接頭。

本發明之一態様，係一種並聯式機器人，包括：基座部；可動部件，隔著間隔相對於該基座部配置；以及複數之機械臂，將前述基座部與前述可動部件並列連接；且各該機械臂具備：驅動連桿，利用設置於前述基座部之馬達而驅動旋轉；2隻平行的被動連桿，將該驅動連桿與前述可動部件連結；球接頭，配置於各該被動連桿與前述驅動連桿之間及各前述被動連桿與前述可動部件之間；以及安裝機構，以可拆裝的方式將各該球接頭安裝於該驅動連桿或該可動部件；且各前述球接頭具備：球頭、以及一體成形設置於球頭的固定部；且各前述機械臂之各前述被動連桿與前述驅動連桿之間及各前述被動連桿與前述可動部件之間中的至少一個前述安裝機構，包括：第一螺紋孔或第一貫通孔，設置於前述固定部；第二貫通孔或第二螺紋孔，設置於前述驅動連桿或前述可動部件；以及螺絲部件，貫通前述第一貫通孔並緊固於前述第二螺紋孔，或，貫通前述第二貫通孔並緊固於前述第一螺紋孔。

關於本發明之第一實施形態之並聯式機器人1，參照圖式於下述進行說明。 本實施形態之並聯式機器人1，如圖1所示，包括：基座部2，固定於天花板或架台；可動部件3，在基座部2下方隔著間隔配置；以及3隻機械臂4、5、6，與基座部2和可動部件3並列連接。

在基座部2設置有分別用來驅動3隻機械臂4、5、6的3個伺服馬達(馬達)7、8、9。 各機械臂4、5、6，包括：驅動連桿10、11、12，利用各伺服馬達7、8、9而以繞著水平之旋轉軸線A的方式受驅動旋轉；2隻平行的棒狀被動連桿13、14、15，將驅動連桿10、11、12與可動部件3連結。3個驅動連桿10、11、12係繞著中心軸線B等間隔配置，且該中心軸線B係以基座部2之中心為中心而在垂直方上延伸者。

各被動連桿13、14、15的兩端，如圖2所示，係安裝有球接頭16，該球接頭16以能夠使被動連桿13、14、15相對於驅動連桿10、11、12及可動部件3旋轉的方式連結。球接頭16具備球頭螺栓19、以及插口20。球頭螺栓19具備球頭17、以及從球頭17之外表面向徑方向外側延伸之圓棒狀的螺栓(固定部)18。插口20具備內球面16a，其部分覆蓋球頭17之外周面，並以能夠繞著中心點移動的方式支撐著球頭17。藉由在插口20內使球頭17繞著中心點旋轉，從而能夠使螺栓18向任意傾斜方向傾斜。

圖2所示之例，係在被動連桿13、14、15之兩端固定插口20，球頭螺栓19係將與被動連桿13、14、15的長軸正交的方向作為中心，以能夠在預定角度範圍內相對於被動連桿13、14、15進行旋轉的方式受支撐。 螺栓18之端面在沿著螺栓18之軸方向上設置有螺紋孔(第一螺紋孔)21。

各機械臂4、5、6之2隻被動連桿13、14、15之間，如圖2及圖3所示，有支撐連桿22橫跨。支撐連桿22具備：2塊支撐板23，配置於將2隻被動連桿13、14、15在徑方向包夾的兩側；軸24，固定於被動連桿13、14、15；以及軸承25，安裝成為使各支撐板23能夠繞著與被動連桿13、14、15之長軸正交的軸線C進行旋轉。 圖中，符號26係表示用來施予軸承25預負荷而調整為適當長度的墊圈，符號27係表示將墊圈26安裝於2塊支撐板23間的螺栓。

因應2隻被動連桿13、14、15相對於驅動連桿10、11、12的旋轉，支撐連桿22會相對於被動連桿13、14、15旋轉。因此，即使被動連桿13、14、15以劇烈的加減速相對於驅動連桿10、11、12旋轉，各機械臂4、5、6之2隻被動連桿13、14、15仍可維持平行。

如圖1及圖2所示，各驅動連桿10、11、12在安裝被動連桿13、14、15的位置上設置有2個板狀安裝部28，且該2個板狀安裝部28係沿著與旋轉軸線A正交的平面延伸，並在旋轉軸線A方向上隔著間隔設置。如圖2所示，各安裝部28分別設置有貫通孔(第二貫通孔)29，該貫通孔(第二貫通孔)29平行於旋轉軸線A且在同軸延伸。2個安裝部28之外側面彼此的間隔，係設定為與安裝於2隻被動連桿13、14、15之球頭螺栓19的長軸配置在同一直線上時的球頭螺栓19之端面彼此的間隔相等。

各驅動連桿10、11、12與安裝於被動連桿13、14、15之球頭螺栓19的固定，係藉由在從內側面側將驅動連桿10、11、12之安裝部28的貫通孔29貫通的螺栓部件(螺絲部件)30，即藉由螺栓部件(螺絲部件)30與球頭螺栓19之螺紋孔21緊固，從而固定。螺栓部件30在一端之外螺紋30a與另一端之頭部30b之間，具備與安裝部28之貫通孔29嵌合之嵌合部30c。藉此，球頭螺栓19能夠以定位於驅動連桿10、11、12之安裝部28的狀態下固定。

可動部件3，如圖2所示，在安裝有3組6隻(其中2隻以圖2表示。)之被動連桿13、14、15的位置，設置有從外周面至徑方向外側沿著平行於中心軸D之平面延伸的3組6處(其中2處以圖2表示。)之板狀的安裝部31。各組之2處的安裝部31分別具備貫通孔(第二貫通孔)32，且該貫通孔(第二貫通孔)32係於繞著中心軸D之切線方向隔著間隔平行配置並在切線方向同軸沿伸。

此外，2個安裝部31之外側面彼此的間隔，係設定為與安裝於2隻被動連桿13、14、15之球頭螺栓19的長軸配置在同一直線上時的球頭螺栓19之端面彼此的間隔相等。本實施形態中，安裝機構係由下列構成：設置於螺栓18之第一螺紋孔21；設置於驅動連桿10、11、12或可動部件3之安裝部28、31的第二貫通孔29、32；以及貫通第二貫通孔29、32並與第一螺紋孔21緊固的螺栓部件30。

可動部件3與安裝於被動連桿13、14、15之球頭螺栓19，係藉由貫通可動部件3之安裝部31之貫通孔32的螺栓部件30緊固於球頭螺栓19之螺紋孔21而固定。螺栓部件30在一端之外螺紋30a與另一端之頭部30b之間，具備與安裝部31之貫通孔32嵌合的嵌合部30c。藉此，球頭螺栓19能夠以定位於可動部件3的安裝部31的狀態下固定。

下列說明如此構成之本實施形態之並聯式機器人1的作用。 依據本實施形態之並聯式機器人1，藉由同步驅動3個伺服馬達7、8、9，能夠使可動部件3維持在水平姿勢下平行移動至期望的3維位置。

由於並聯式機器人1會使可動部件3高速移動，故將驅動連桿10、11、12與被動連桿13、14、15連結以及將被動連桿13、14、15與可動部件3連結的球接頭16會頻繁地重複旋轉。因此，必須定期確認球接頭16的狀態，有耗損等情形時必須實施交換等之維護作業。

依據本實施形態，連結被動連桿13、14、15與驅動連桿10、11、12的球接頭16的交換，首先，如圖4所示，必須將緊固於2隻被動連桿13、14、15的球接頭16之球頭螺栓19的螺紋孔21的螺栓部件30鬆開，亦即必須將緊固於螺紋孔21的螺栓部件30鬆開，取下螺栓部件30。 取下螺栓部件30時，係將螺栓部件30移動至從驅動連桿10、11、12的安裝部28之內側面側拉出的方向後拆下，故能夠不改變2個球頭螺栓19之球頭17間隔即拆下螺栓部件30。

將螺栓部件30從貫通孔29拉出後，如圖5所示，藉由使驅動連桿10、11、12與被動連桿13、14、15沿著安裝部28的外側面在箭頭A的方向進行相對移動，從而可分離驅動連桿10、11、12與被動連桿13、14、15。並且，在從驅動連桿10、11、12分離的狀態下，球接頭16能夠輕易地從被動連桿13、14、15之端部拆下，從而可交換新的球接頭16。

接著，藉由與上述相反的手續，將球頭螺栓19以與安裝於2隻被動連桿13、14、15之新的球接頭16的螺栓18之長軸位於同一軸線上的方式配置，在此狀態下，將驅動連桿10、11、12之安裝部28以箭頭B的方向挿入球頭螺栓19之端面間。並且，將貫通2個安裝部28之貫通孔29的螺栓部件30之外螺紋30a分別緊固於2個球頭螺栓19之螺紋孔21。藉此，完成球頭螺栓19的交換作業。

如此地，依據本實施形態之並聯式機器人1，在交換用來將驅動連桿10、11、12與2隻被動連桿13、14、15連結的球接頭16時，不須變更欲交換的2個球接頭16的球頭17間隔即可完成。將驅動連桿10、11、12與2隻被動連桿13、14、15連結的2個球接頭16之球頭17間隔，藉由支撐連桿22以及將可動部件3與2隻被動連桿13、14、15連結的2個球接頭16而固定。由於交換時不會變更球頭17間隔，故不用伴隨拆解支撐連桿22、或拆下可動部件3與被動連桿13、14、15的連結等浩大的工程即可交換球接頭16。

特別地，構成支撐連桿22之2塊支撐板23係利用接著劑而堅固地受固定時，為了拆解支撐連桿22必須剝離該接著，導致支撐連桿22的拆解作業更加難以進行。依據本實施形態，可不拆解支撐連桿22即交換球接頭16，有能夠大幅減少作業所需時間之優點。

此外，連結可動部件3與被動連桿13、14、15之球接頭16的球頭17間隔，係利用支撐連桿22以及將驅動連桿10、11、12與2隻被動連桿13、14、15連結的2個球接頭16而固定。因此，進行可動部件3與被動連桿13、14、15之間的球接頭16的交換等作業時，與對於驅動連桿10、11、12和被動連桿13、14、15之間的球接頭16進行的步驟相同，不需要浩大的工程即可輕易地交換等。

此外，依據本實施形態之並聯式機器人1，可將一對的被動連桿13、14、15、安裝於被動連桿13、14、15之兩端的球接頭16、以及安裝於被動連桿13、14、15之支撐連桿22作為被動連桿單元(單元)操作。 亦即，可作為被動連桿單元製造、管理，不僅便於維護作業，還有能夠輕易進行組裝作業之優點。

又，本實施形態中，球頭螺栓19係在定位於驅動連桿10、11、12或可動部件3的狀態下被固定，設置在驅動連桿10、11、12或可動部件3的安裝部28、31之貫通孔29、32，與球頭螺栓19之螺紋孔21緊固的螺栓部件30之嵌合部30c嵌合。取代此，如圖6所示，亦可在球頭螺栓19之螺栓18設置平行於螺紋孔21的銷孔33，在安裝部28、31設置平行於貫通孔29、32的銷孔34。藉此，在利用與螺栓18之銷孔33及安裝部28、31之銷孔34嵌合的銷35來定位之狀態下，將貫通孔29、32貫通但未具有嵌合部30c之一般的螺栓30會緊固於螺栓18之螺紋孔21，從而可將球頭螺栓19固定於驅動連桿10、11、12或可動部件3。

此外，取代在螺栓18之端面間插入驅動連桿10、11、12或可動部件3之安裝部31，如圖7所示，亦可平板狀構成螺栓18，並使驅動連桿10、11、12或可動部件3在螺栓18之板厚方向上重疊，在此狀態下固定。圖式表示之例，螺栓18係設置有在板厚方向上被貫通的貫通孔(第一貫通孔)36及銷孔37，該銷孔37平行於貫通孔36，驅動連桿10、11、12則係在平行於旋轉軸線A之平板狀的安裝部28上設置有沿著板厚方向延伸的螺紋孔(第二螺紋孔)38及銷孔39。

並且，在利用與螺栓18之銷孔37嵌合以及與安裝部28之銷孔39嵌合的銷40而定位的狀態下，將貫通貫通孔36之螺栓30緊固於安裝部28之螺紋孔38，從而可將球頭螺栓19固定於驅動連桿10、11、12或可動部件3。此時，設置於固定部即螺栓18之第一貫通孔36、設置於驅動連桿10、11、12或可動部件3之安裝部28、31之第二螺紋孔38、以及貫通第一貫通孔36並緊固於第二螺紋孔38之螺栓部件30可構成安裝機構。

此外，並聯式機器人1具備3個機械臂4、5、6，惟取代此，亦可具備2以上的任意數量的機械臂。 此外，上述係針對連結驅動連桿10、11、12與被動連桿13、14、15之球接頭16及連結可動部件3與被動連桿13、14、15之球接頭16具有相同構造之情形進行說明，惟並不受限於此，亦可僅採用其中之一種情形。

此外，上述之各實施形態中，係表示螺栓18具有螺紋孔21或貫通孔36之情形，惟如圖8所示，亦可採用一構造，包括：具有外螺紋41之螺栓18、以及將螺栓18之外螺紋41緊固之具有螺紋孔42的配接器43。此時，螺栓18及配接器43可作為固定部，只要在配接器43設置貫通孔(第一貫通孔)44及銷孔45即可。

此外，上述各實施形態中，安裝於各被動連桿13、14、15之球接頭16的螺栓18係分別設置於每一被動連桿13、14、15。惟取代此，如圖9所示，成對的球接頭16，亦可採用包括2個球頭17以及連結2個球頭17間的一體成形的螺栓(固定部)46的構造。此時，螺栓46設置有1個以上之貫通孔(第一貫通孔)47或螺紋孔(第一螺紋孔，圖式省略)及1個以上之銷孔48。此時，亦不需拆解支撐連桿22即可將包括球接頭16之被動連桿單元從驅動連桿10、11、12及可動部件3拆下。

因此，若採用之構造係直接在長軸方向將插口20從被動連桿13、14、15拆下而不使其繞著被動連桿13、14、15之長軸旋轉，即能夠以2個球接頭16與單一螺栓18作為一組合單位進行交換。抑或，可藉由將整個被動連桿單元進行交換來交換球接頭16。

1:並聯式機器人 2:基座部 3:可動部件 4、5、6:機械臂 7、8、9:伺服馬達 10、11、12:驅動連桿 13、14、15:被動連桿 16:球接頭 16a:內球面 17:球頭 18:螺栓 19:球頭螺栓 20:插口 21:螺紋孔 22:支撐連桿 23:支撐板 24:軸 25:軸承 26:墊圈 27:螺栓 28:安裝部 29:貫通孔 30:螺栓部件 30a:外螺紋 30b:頭部 30c:嵌合部 31:安裝部 32:貫通孔 33:銷孔 34:銷孔 35:銷 36:貫通孔 37:銷孔 38:螺紋孔 39:銷孔 40:銷 41:外螺紋 42:螺紋孔 43:配接器 44:貫通孔 45:銷孔 46:螺栓 47:貫通孔 48:銷孔 A:旋轉軸線 B:中心軸線 C:軸線 D:中心軸

[圖1]表示本發明之一實施形態之並聯式機器人的前視圖。 [圖2]表示圖1之並聯式機器人之被動連桿、驅動連桿及可動部件之一部分剖面的前視圖。 [圖3]表示圖1之並聯式機器人所具備的支撐連桿的縱斷面圖。 [圖4]表示圖2之被動連桿與驅動連桿之間的球接頭的交換手續之一部分剖面的前視圖。 [圖5]表示圖4之球接頭的交換作業中，從驅動連桿將被動連桿拆下之狀態之一部分剖面的前視圖。 [圖6]表示圖1之並聯式機器人之第一變形例之一部分剖面的前視圖。 [圖7]表示圖1之並聯式機器人之第二變形例之一部分剖面的前視圖。 [圖8]表示圖1之並聯式機器人之第三變形例之一部分剖面的前視圖。 [圖9]表示圖1之並聯式機器人之第四變形例之一部分剖面的前視圖。

3:可動部件

10、11、12:驅動連桿

13、14、15:被動連桿

16:球接頭

16a:內球面

17:球頭

18:螺栓

19:球頭螺栓

20:插口

21:螺紋孔

22:支撐連桿

23:支撐板

27:螺栓

28:安裝部

29:貫通孔

30:螺栓部件

30a:外螺紋

30b:頭部

30c:嵌合部

31:安裝部

32:貫通孔

D:中心軸

Claims (4)

1. 一種並聯式機器人，包括： 基座部； 可動部件，隔著間隔相對於該基座部配置；以及 複數之機械臂，將該基座部與該可動部件並列連接；且 各該機械臂具備： 驅動連桿，利用設置於該基座部之馬達而驅動旋轉； 二隻平行的被動連桿，將該驅動連桿與該可動部件連結； 球接頭，配置於各該被動連桿與該驅動連桿之間及各該被動連桿與該可動部件之間；以及 安裝機構，以可拆裝的方式將各該球接頭安裝於該驅動連桿或該可動部件；且 各該球接頭具備：球頭、以及一體成形設置於該球頭的固定部；且 各該機械臂之各該被動連桿與該驅動連桿之間及各該被動連桿與該可動部件之間中的至少一個該安裝機構，包括： 第一螺紋孔或第一貫通孔，設置於該固定部； 第二貫通孔或第二螺紋孔，設置於該驅動連桿或該可動部件；以及 螺絲部件，貫通該第一貫通孔並緊固於該第二螺紋孔，或，貫通該第二貫通孔並緊固於該第一螺紋孔。
2. 如請求項1所述之並聯式機器人，其中，二個該球接頭之該固定部為一體成形之構成，且二個該球接頭係配置於各該機械臂之各該被動連桿與該驅動連桿之間及各該被動連桿與該可動部件之間中的至少一處。
3. 如請求項1或2所述之並聯式機器人，進一步包括支撐連桿，橫跨在各該機械臂的二隻該被動連桿間，並連結二隻該被動連桿；且 該支撐連桿以能夠繞著與該被動連桿之長軸正交的軸線進行旋轉的方式安裝於各該被動連桿。
4. 如請求項3所述之並聯式機器人，其中，將兩端安裝有該球接頭的二隻該被動連桿，藉由該支撐連桿連結而作為一單元，以可拆裝的方式安裝於該驅動連桿及該可動部件。

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