TW202337655A - 並聯式機器人 - Google Patents

Abstract

一種並聯式機器人，包括：一基座部、一可動部，及複數機械手臂。可動部設於基座部下方且與基座部具有一間隔；複數機械手臂並列地連接基座部及可動部；各該些機械手臂包括一驅動桿及二平行的被動桿，驅動桿受設置於基座部的一伺服馬達的驅動而旋轉，被動桿分別連接驅動桿及可動部；可動部包括一前端驅動機構及一殼體，前端驅動機構具有一馬達，前端驅動機構容設在殼體內；及各該些被動桿的下端連結至殼體，而能夠以圍繞配置在殼體上端的旋轉中心進行旋轉。

Description

並聯式機器人

本案是關於一種並聯式機器人。

習知的並聯式機器人於手腕部裝有馬達(例如參閱專利文獻1)。此種並聯式機器人的馬達設置在手腕部(以下可稱為可動部)的圓筒狀的殼體內。殼體在高度方向的中央位置以三組六個球型關節連結六根連桿。

一般在馬達的側面，設置有大又突出並且為了可裝卸性連接電線的連接器。特別是，連接器大多是設置在馬達的頭部附近的側面。為此，在殼體內，特別是頭部的附近，必須確保具有相當大的內部空間，用以裝設突出於馬達側面的連接器或者是電線。且，為了得到高力矩而使用大型馬達的情況下，變得更需要較大的內部空間，因此使得殼體外型變得極為龐大。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：特開2014-168839號公報。

並聯式機器人為確保藉由連桿的搖動使可動部具有較大的可動範圍，在可動範圍的一端，含有六個球型關節的旋轉中心的水平面與移動前方側的連桿的長軸之間呈銳角配置。因此，即使容納搭載在可動部的馬達的殼體外型變大，亦期望可以迴避殼體與連桿的干涉。

本案一態樣是一種並聯式機器人，包括基座部、可動部及複數機械手臂。可動部於基座部下方且與基座部具有間隔；複數機械手臂並列地連接基座部及可動部；各機械手臂包括驅動桿及二平行的被動桿，驅動桿受設置於基座部的伺服馬達的驅動而旋轉，被動桿分別連接驅動桿及可動部；可動部包括前端驅動機構及殼體，前端驅動機構具有馬達，前端驅動機構容設在殼體內；及各被動桿的下端連結至殼體，而能夠以圍繞配置在殼體上端的旋轉中心進行旋轉。

本案的一實施形態，並聯式機器人(Parallel link robot，又稱作delta機器人、三角式機器人)1，請配合圖式及以下說明。 如圖1所示，在本實施例中，並聯式機器人1包括固定在天花板或是架台的基座部2、一設置於基座部2下方且具有一間隔的可動部3，及並列連接基座部2及可動部3的三根機械手臂4、5、6。

在基座部2設有三個分別驅動三根機械手臂4、5、6的伺服馬達7、8、9。 各機械手臂4、5、6包括一受各伺服馬達7、8、9驅動而於圍繞水平旋轉軸線A旋轉的驅動桿10、11、12，及二根分別連結驅動桿10、11、12及可動部3且相互平行的棒狀的被動桿13、14、15。三個驅動桿10、11、12圍繞沿基座部2中心的垂直方向延伸的中心軸線B的圓周等間隔配置，且與旋轉軸線A的夾角相差120°。

如圖2及圖3所示，可動部3包括殼體21及設於殼體21內的前端驅動機構22。 如圖3所示，殼體21包括具有在上方形成開口的開口部(開口)23a的殼體本體(殼體)23，及能夠開關地封閉殼體本體23的開口部23a的蓋體元件24。

殼體本體23形成桶狀或是杯狀。殼體本體23包括自開口部23a垂直向下且漸縮成錐形圓桶狀的側壁25，及設置於封閉側壁25的下端位置的底板26。側壁25包圍住前端驅動機構22的周圍。

被動桿13、14、15形成直棒狀。如圖4所示，各被動桿13、14、15的上端及下端分別以球型關節16，與驅動桿10、11、12及可動部3的殼體21形成可旋轉的連接。球型關節16包括球型插銷19及插座20。

球型插銷19包括球體17、及自球體17的外側徑向向外延伸的圓棒狀插銷18。插座20具有包覆球體17部分外周面的內球面16a，而能支持球體17以圍繞其中心(旋轉中心)進行旋轉。透過讓球體17於插座20內圍繞其中心進行旋轉，使插銷18能夠以任意傾斜方向進行傾斜。

如圖4所示，各被動桿13、14、15二端分別固設有插座20。然後，球型插銷19在與被動桿13、14、15的長軸垂直相交的方向為中心的預定角度範圍內，相對於被動桿13、14、15可旋轉地被支持。

將構成各機械手臂4、5、6的二根被動桿13、14、15的上端分別裝設在各驅動桿10、11、12的二個一對的球型關節16的球型插銷19，在各驅動桿10、11、12的前端的寬度方向二側，二個球型插銷19並列在與各驅動桿10、11、12的旋轉平面垂直相交的一直線上，且二者反向固定。 將構成各機械手臂4、5、6的二根被動桿13、14、15的下端分別裝設在可動部3的二個一對的球型關節16的球型插銷19，二個球型插銷19並列在與上述直線平行的直線上，且二者方向相反並固定在殼體本體23。

在本實施形態，如圖2所示，將被動桿13、14、15的下端分別裝設在殼體本體23的二個一對的球型關節16的球型插銷19所配置的直線C，與殼體21的外表面(如圖2所示的二點鏈線)的切線幾乎一致。

如圖4所示，符號27是輔助桿。輔助桿27是維持二根被動桿13、14、15的平行，並防止各被動桿13、14、15的上端及下端的插座20與球型插銷19的球體17分離。輔助桿27連接在被動桿13、14、15的長度方向的途中位置，並能夠圍繞與被動桿13、14、15的長軸垂直相交的軸線進行旋轉。

前端驅動機構22包括伺服馬達(馬達)28、降低伺服馬達28的輸出軸28a轉速的減速機29、及固定在減速機29的出力軸部32的手腕法蘭(旋轉元件)30。 如圖5所示，伺服馬達28在垂直下方設有輸出軸28a，如圖3所示，伺服馬達28固定在減速機29的機殼上表面。

如圖3所示，減速機29包括與伺服馬達28的輸出軸28a同軸配置的圓柱狀機殼31，及相對於機殼31可同軸旋轉地被支持的出力軸部32。在輸出軸28a固定齒輪36(請參閱圖5)，因為與配置在減速機29內且圖未顯示的齒輪形成嚙合，伺服馬達28的旋轉力能夠傳達到減速機29。

減速機29降低伺服馬達28的輸出軸28a的旋轉轉速，然後對出力軸部32輸出動力。減速機29的機殼31固定在殼體本體23的底板26上表面。伺服馬達28經由機殼31固定在殼體本體23的底板26。

減速機29的出力軸部32貫穿設於殼體本體23的底板26的貫通孔26a並垂直向下延伸。圓板狀的手腕法蘭30固定在出力軸部32的底面。手腕法蘭30設有為了以螺栓固定在工具上且圖式未顯示的螺孔，以及為了以插銷決定工具位置且圖式未顯示的插銷孔。

在本實施形態，前端驅動機構22設置於殼體21內，同時，可旋轉地連接於被動桿13、14、15的下端的球型關節16的球體17的中心係設置於殼體21的上端。如圖3所示，包含六個球型關節16的球體17中心的水平面配置於較殼體21上端面還要下方，前端驅動機構22的伺服馬達28的頭部上表面，配置於比包含六個球型關節16的球體17中心的水平面還要下方。

因此，在伺服馬達28的頭部及殼體21的上端面之間的空間，以水平配置的圓板狀的蓋體元件24封閉殼體21上部的開口部23a以形成密封狀態。

以下說明本實施例的並聯式機器人1的作用。 關於本實施形態的並聯式機器人，以三個伺服馬達7、8、9同時驅動，可動部3能夠一邊維持水平姿勢，一邊朝向預期的三次元位置前進移動。

接著，可動部3設置在任意的三次元位置的狀態下，驅動前端驅動機構22的伺服馬達28。如此，伺服馬達28的輸出軸28a的旋轉因減速機29而減速，並從出力軸部32輸出動力。固定在出力軸部32的手腕法蘭30在底板26的下方，以圍繞與輸出軸28a同軸的垂直軸線D相對於殼體21旋轉。換句話說，在任意的三次元位置，能夠變更設置在手腕法蘭30的工具圍繞垂直軸線D的姿勢。

在此狀況下，關於本實施形態的並聯式機器人1，使被動桿13、14、15能夠旋轉地連結至殼體21的球型關節16的球體17係固定在殼體21的上端。此結果，使六根被動桿13、14、15下端分別連結在殼體21的六個球型關節16的六個球體17所包圍的內側空間中，具有殼體21的上端不需要突出於球型關節16上方的優點。

換句話說，隨著機械手臂4、5、6的作動，可動部3朝向動作範圍的水平方向一端移動，移動方向前方的被動桿13、14、15朝向可動部3的中心軸側傾斜，相對於水平面，被動桿13、14、15的傾斜角度會變得更尖銳。

假設如圖3的鏈線所示，在被動桿13、14、15的下端側的六個球型關節16的六個球體17所包圍的內側空間中，假設殼體21的上端突出於球型關節16的上方。如圖3所示，在這情況下，殼體21的大小即使相同，殼體21與被動桿13、14、15之間產生干涉的可能性相當高。在這情況下，如果球型關節16的球體17的位置遠離殼體21的中心軸，雖然可以降低干涉的可能性，但是存在含有安裝球型關節16的座面的殼體21尺寸變大的不方便之處。

根據本實施形態，因球型關節16設置於殼體21的上端，被動桿13、14、15即使朝向可動部3的中心軸傾斜，殼體21與被動桿13、14、15之間也不會產生干涉。又，球型關節16的球體17的位置不需要遠離殼體21的中心軸，就能構成防止大重量化、小巧且動作性能良好的並聯式機器人1。

再者，在本實施形態，殼體本體23具有垂直向下形成漸縮的錐形圓桶狀的側壁25。因殼體本體23朝向最下端的手腕法蘭30變得漸縮，可以降低殼體本體23與手腕法蘭30周圍附近的物體之間的干涉。又，因殼體本體23形成桶狀或杯狀，簡易的形狀可以提高殼體本體23的強度。

又，因殼體本體23形成桶狀，殼體本體23的內部空間能夠形成向上逐漸寬廣的圓錐台狀。如圖2及圖3所示，因前端驅動機構22的伺服馬達28以頭部朝上的方式設置在殼體本體23內，連接伺服馬達28的側壁的連接器33或是電線34設置在殼體本體23內部空間的上部。

因殼體本體23內部空間向上變得寬廣，能夠確保設置在殼體本體23的伺服馬達28的連接器33周圍具有相當寬廣的空間。電線34可以例如以配線器(圖式省略)等配線於殼體21的內外，而配線器可設置於貫穿殼體本體23側壁25的貫通孔。

由於殼體本體23的內部空間向上逐漸寬闊，優點是不僅可以確保連接器33的設置空間，也可以讓電線34的配線作業變得容易。 又，如圖5所示，殼體本體23的內部空間向上逐漸寬闊的情況下，優點是伺服馬達28的安裝或是取下的作業可以在寬闊的開口部23a進行以提升操作性。

換句話說，根據本實施形態不僅可以確保具有較大的殼體本體23內部空間，且確保具有較大的開口部23a以進行伺服馬達28的裝卸或是電線34的配線作業等情況下，也可以迴避殼體本體23與被動桿13、14、15之間的干涉。在因伺服馬達28所產生的力矩變大等，使伺服馬達28的外型變大，殼體本體23也必須跟著變大時，本發明的構造特別有效避免干涉。

又，由於殼體本體23形成桶狀，作為用來封閉上部的開口部23a的蓋體元件24，可以採用單純的圓型的平板狀元件。因此能夠輕量化以及降低成本。

又，使構成各機械手臂4、5、6的二根被動桿13、14、15連結在殼體本體23的二個球型關節16的球體17的中心設置在殼體本體23的側壁25的同一切線上。因此，具有為了安裝球型關節16的座面不會自殼體21的外側面大幅度的突出，利用殼體本體23的側壁25外表面圓周方向的曲率能夠確保座面。

又，在本實施形態，雖然採用上方開口的桶狀的殼體本體23。取而代之的是，也可以採用前端驅動機構22能夠從下方裝卸的構造。在這狀況下，殼體本體23在下方設有開口部23a，上端由側壁25一體成形的頂板形成封閉狀態。

又，在本實施形態，雖然殼體本體23具有錐形圓桶狀的側壁25而形成桶狀或杯狀，取而代之的是，也可以形成錐形多角桶狀或者其他任意的橫切面形狀的桶狀。又，雖然殼體本體23的側壁25垂直向下形成漸縮形狀，但也可以是橫切面為同一的桶狀。又，雖然構成單純的桶狀，內部也是可以利用肋條等元件來進行補強。

又，如圖3所示，在本實施形態，雖然球型關節16設置在殼體21的上端，且球型關節16的最上面位置與殼體本體23的上端面位在同一位置，但不以此為限。換句話說，因為被動桿13、14、15朝向殼體21的中心軸傾斜的角度不能為0°，在最大限度傾斜下也不會干涉的程度下，殼體21的上端面也可以高於球型關節16的最上面位置。在這情況下也可以說球型關節16固定在殼體本體23的上端。

又，在本實施形態，雖然舉例具有三根機械手臂4、5、6的情況，但不以此為限，並聯式機器人1具有二根或者四根以上任意數量的機械手臂也可以適用。 又，雖然舉例手腕法蘭30作為旋轉元件而受前端驅動機構22的驅動以圍繞垂直軸線D進行旋轉，作為旋轉元件也可以採用齒輪等的其他軸線進行旋轉，例如圍繞水平軸線。又，取代手腕法蘭30，工具也可以直接固定在減速機29。

1:並聯式機器人 2:基座部 3:可動部 4、5、6:機械手臂 7、8、9:伺服馬達 10、11、12:驅動桿 13、14、15:被動桿 16:球型關節 16a:內球面 17:球體 18:插銷 19:球型插銷 20:插座 21:殼體 22:前端驅動機構 23:殼體本體 23a:開口部 24:蓋體元件 25:側壁 26:底板 26a:貫通孔 27:輔助桿 28:伺服馬達 28a:輸出軸 29:減速機 30:手腕法蘭 31:機殼 32:出力軸部 33:連接器 34:電線 36:齒輪 A:旋轉軸線 B:中心軸線 C:直線 D:垂直軸線

[圖1]繪示本案一實施形態，並聯式機器人的前視圖。 [圖2]繪示圖1之並聯式機器人的可動部的俯視圖。 [圖3]繪示圖2可動部內部構造的縱向剖視圖。 [圖4]繪示圖1並聯式機器人的被動桿的前視圖。 [圖5]繪示圖3可動部的分解縱向剖視圖。

1:並聯式機器人

2:基座部

3:可動部

4、5、6:機械手臂

7、8、9:伺服馬達

10、11、12:驅動桿

13、14、15:被動桿

16:球型關節

21:殼體

23:機殼本體

25:側壁

27:輔助桿

30:手腕法蘭

A:旋轉軸線

B:中心軸線

D:垂直軸線

Claims (5)

1. 一種並聯式機器人，包括： 一基座部； 一可動部，設於該基座部下方且與該基座部具有一間隔；以及 複數機械手臂，並列地連接該基座部及該可動部； 各該些機械手臂包括一驅動桿及二平行的被動桿，該驅動桿受設置於該基座部的一伺服馬達的驅動而旋轉，該被動桿分別連接該驅動桿及該可動部； 該可動部包括一前端驅動機構及一殼體，該前端驅動機構具有一馬達，該前端驅動機構容設在該殼體內；及 各該些被動桿的下端連結至該殼體，而能夠以圍繞配置在該殼體上端的旋轉中心進行旋轉。
2. 如請求項1所述之並聯式機器人，其中該殼體包括一側壁及一底板，該側壁成桶狀且包覆該前端驅動機構的四周，該底板設置於封閉該側壁下端的位置；該馬達固定在該底板；該前端驅動機構包括一旋轉元件，該旋轉元件位在該底板下方且相對於該殼體旋轉。
3. 如請求項2所述之並聯式機器人，其中該側壁垂直向下漸縮。
4. 如請求項2或3所述之並聯式機器人，其中該殼體包括一蓋體元件，該蓋體元件能夠開關地封閉該側壁上部的開口。
5. 如請求項3所述之並聯式機器人，其中構成使各該些機械手臂的二該被動桿連結在該殼體的二該旋轉中心配置於與該側壁同一切線上。

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