TWI428217B - 並聯機構 - Google Patents

Description

並聯機構

本發明涉及一種並聯機構，特別涉及一種用於機器人中之並聯機構。

機器人中常採用並聯機構以實現多方位之快速運動，且並聯機構相對於串聯機構具有剛度大、結構穩定、承載能力強、精度高等優點，擴大了機器人之應用領域。

一種並聯機構，包括固定平台、可動平台以及連接於固定平台與可動平台之間之三主動支鏈及一從動支鏈。主動支鏈包括與固定平台固定連接之驅動裝置、與可動平台鉸接之第一連桿及鉸接於驅動裝置及第一連桿之間之第二連桿。驅動裝置包括伺服電機及減速器，藉由減速器來調節主動支鏈中之第一連桿之轉動速度。然，減速器之成本較高，故此種並聯機構之整體製作成本較高。另，減速器結構較為複雜，不便於維修。

鑒於上述狀況，有必要提供一種結構簡單且成本較低之並聯機構。

一種並聯機構，包括固定平台、可動平台、連接於固定平台與可動平台之間之平移支鏈及轉動支鏈以及固定平台上之第一動力裝置及第二動力裝置，第一動力裝置提供平移支鏈之運動動力，第 二動力裝置提供轉動支鏈之動力裝置，平移支鏈包括第一傳動件，該第一傳動件具有傳動部，傳動部呈扇形且具有弧形邊緣，該弧形邊緣形成有齒狀結構，第一動力裝置包括與傳動部之齒狀結構嚙合之主動齒輪，第一傳動件還包括自傳動部一端延伸形成之傳動桿，以及轉軸，傳動桿自扇形的圓心遠離傳動部延伸形成，轉軸垂直穿過傳動桿且轉軸兩端分別收容於固定平台內。

上述並聯機構藉由採用互相嚙合之第一傳動件及主動齒輪來改變第一動力裝置至平移支鏈之傳動比，生產成本較低。另，並聯機構之平移支鏈之平移角度通常於一定範圍內，故將第一傳動件之傳動部之弧形邊緣之角度根據平移角度來設置，而無需採用圓形齒輪，節省了空間，減少了轉動慣量，使該並聯機構之結構簡單且具有較高之傳動精度。

100‧‧‧並聯機構

10‧‧‧固定平台

20‧‧‧可動平台

30‧‧‧平移支鏈

40‧‧‧轉動支鏈

50‧‧‧第一動力裝置

60‧‧‧第二動力裝置

11‧‧‧安裝口

13、21‧‧‧連接部

131‧‧‧支撐軸承

15‧‧‧安裝孔

211、3131‧‧‧連接孔

31‧‧‧第一傳動件

33‧‧‧第二傳動件

311‧‧‧傳動部

313‧‧‧傳動桿

315‧‧‧轉軸

3111‧‧‧齒狀結構

331‧‧‧第一連桿

332‧‧‧第二連桿

333‧‧‧第一樞轉組件

334‧‧‧第二樞轉組件

335‧‧‧第三樞轉組件

336‧‧‧第四樞轉組件

337‧‧‧加強桿

3331‧‧‧第一轉動件

3333‧‧‧第二轉動件

51、61‧‧‧馬達

53‧‧‧主動齒輪

63‧‧‧傳動齒輪

圖1係本發明實施方式之並聯機構之立體組合圖。

圖2係圖1所示並聯機構之另一視角之局部立體分解圖。

圖3係圖1所示並聯機構之第二傳動件之立體分解圖。

圖4係圖2所示並聯機構IV處之放大結構圖。

下面結合附圖及實施方式對本發明提供之並聯機構作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施方式提供之並聯機構100包括固定平台10、可動平台20、連接於固定平台10與可動平台20之間之平移支鏈30及轉動支鏈40，及固定於固定平台10上之第一動力裝置50及第 二動力裝置60。

固定平台10基本呈圓形，自固定平台10之邊緣向其中心部分開設有三安裝口11，該三安裝口11基本均勻分佈於固定平台上。每一安裝口11之相對二側還形成有連接部13，連接部13中安裝有支撐軸承131。固定平台10之中心還貫通開設有安裝孔15。當然，固定平台10亦可為三角形等其他形狀。

請同時參閱圖1及圖2，可動平台20之週緣上凸出形成有三連接部21，每一連接部21上開設有連接孔211。

平移支鏈30數量為三，每一平移支鏈30包括第一傳動件31及第二傳動件33。

第一傳動件31包括傳動部311、傳動桿313及轉軸315。傳動部311基本呈扇形，其弧形邊緣形成有齒狀結構3111。傳動桿313自扇形之圓心遠離傳動部311延伸形成，其遠離傳動部311之一端開設有連接孔3131。轉軸315基本垂直穿過傳動桿313。傳動部311之扇形角度根據並聯機構100所需要之平移角度設置。

請同時參閱圖2至圖4，第二傳動件33為四連桿結構，包括第一連桿331、第二連桿332及連接於第一連桿331及第二連桿332間之第一樞轉組件333、第二樞轉組件334、第三樞轉組件335、第四樞轉組件336及加強桿337。四樞轉組件333、334、335、366均包括轉動連接之第一轉動件3331及第二轉動件3333。第一、第二樞轉組件333、334藉由第一轉動件3331分別連接於第一連桿331之二端，第三、第四樞轉組件335、336藉由第一轉動件3331分別連接於第二連桿332之二端。加強桿337用於連接第一連桿331及第二 連桿332，並可增加第一連桿331及第二連桿332之連接強度及整個四連桿結構穩定性。本實施方式中，第一、第二、第三、第四樞轉組件333、334、335、336為球鉸鏈結構。

第一動力裝置50數量為三，分別安裝於固定平台10之三安裝口11旁，以提供平移支鏈30之動力。第一動力裝置50包括馬達51及與馬達51固定連接之主動齒輪53。主動齒輪53與第一傳動件31之傳動部311之齒狀結構3111嚙合，主動齒輪53之半徑小於第一傳動件31之傳動部311之半徑，從而起到減速之作用。

第二動力裝置60數量為一，安裝於固定平台10之安裝孔15中，以提供轉動支鏈40之動力。第二動力裝置60包括馬達61、與馬達61連接之主動齒輪(圖未示)及與主動齒輪嚙合之傳動齒輪63。傳動齒輪63與轉動支鏈40活動連接，從而驅動轉動支鏈40轉動。

請再次參閱圖1至圖4，組裝該並聯機構100時，第一動力裝置50及第二動力裝置60固定於固定平台10上。平移支鏈30之第一傳動件31之轉軸315之二端分別收容於固定平台10之支撐軸承131內，以實現轉動連接。第一傳動件31之傳動部311自固定平台10之安裝口11處伸出並與固定於固定平台10上之主動齒輪53嚙合。第二傳動件33藉由第二、第四樞轉組件334、336之第二轉動件3333穿過第一傳動件31之連接孔3131與第一傳動件31轉動連接。第一、第三樞轉組件333、335之第二轉動件3333穿過可動平台20之連接部21之連接孔211與可動平台20轉動連接。轉動支鏈40一端與可動平台20轉動連接，另一端穿過固定平台10之安裝孔15與固定平台10轉動連接。

工作時，平移支鏈30之第一傳動件31於第一動力裝置50之驅動下 繞固定平台10之連接部13轉動，並帶動第二傳動件33實現平移、轉動等運動，從而實現平移支鏈30之相對固定平台10於空間內移動，並帶動可動平台20相對固定平台10於空間內作三維移動。轉動支鏈40於第二動力裝置60之驅動下相對固定平台10轉動，並帶動可動平台20內部轉動。從而實現可動平台20相對固定平台10之平移及可動平台20內部之轉動。

本發明實施方式之並聯機構100藉由互相嚙合之主動齒輪53及第一傳動件31之齒狀結構3111來改變第一傳動件31之轉動速度，而無需採用減速器等結構複雜、不便於維修之機構，故成本較低。另，因第一傳動件31之傳動部311採用扇形結構，扇形之角度可根據並聯機構100所需要之移動角度來設置，而無需採用圓形齒輪，可節省空間，使結構簡單。扇形結構之傳動部311所需要之驅動力亦較圓形齒輪小，故轉動過程中之轉動慣量亦較小，可提高傳動精度。

可以理解，第一傳動件31之傳動部311亦可不為扇形，如圓環形等，僅需其具有弧形邊緣即可。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧並聯機構

10‧‧‧固定平台

20‧‧‧可動平台

30‧‧‧平移支鏈

40‧‧‧轉動支鏈

50‧‧‧第一動力裝置

60‧‧‧第二動力裝置

11‧‧‧安裝口

13‧‧‧連接部

131‧‧‧支撐軸承

15‧‧‧安裝孔

31‧‧‧第一傳動件

33‧‧‧第二傳動件

51、61‧‧‧馬達

53‧‧‧主動齒輪

63‧‧‧傳動齒輪

Claims (10)

1. 一種並聯機構，包括固定平台、可動平台、連接於固定平台與可動平台之間之平移支鏈及轉動支鏈，以及固定於該固定平台上之第一動力裝置及第二動力裝置，該第一動力裝置提供該平移支鏈之運動動力，該第二動力裝置提供該轉動支鏈之動力裝置，其改良在於：該平移支鏈包括第一傳動件，該第一傳動件具有傳動部，該傳動部呈扇形且具有弧形邊緣，該弧形邊緣形成有齒狀結構，該第一動力裝置包括與該傳動部之齒狀結構嚙合之主動齒輪，該第一傳動件還包括自該傳動部一端延伸形成之傳動桿，以及轉軸，該傳動桿自扇形的圓心遠離該傳動部延伸形成，該轉軸垂直穿過該傳動桿且該轉軸兩端分別收容於該固定平台內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機構，其中該平移支鏈還包括連接該第一傳動件與可動平台之第二傳動件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機構，其中該傳動桿與第二傳動件連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機構，其中該固定平台上形成有連接部，該轉軸轉動收容於該連接部內，與該固定平台轉動連接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之並聯機構，其中該固定平台還包括設置於該連接部內之支撐軸承，該支撐軸承套設於該轉軸上。
6. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機構，其中該第二傳動件為四連桿結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機構，其中該第二傳動件包括第一連桿、第二連桿、連接於第一連桿二端之第一樞轉組件及第二樞轉組件、連接於第二連桿二端之第三樞轉組件及第四樞轉組件。
8. 如申請專利範圍第7項所述之並聯機構，其中該第一、第二、第三、第四樞轉組件均包括第一轉動件及與第一轉動件轉動連接之第二轉動件，其中第一、第二樞轉組件之第一轉動件分別連接於第一連桿之二端，第三、第四樞轉組件之第一轉動件分別連接於第二連桿之二端，該第一、第三樞轉組件之第二轉動件相對，第二、第四樞轉組件之第二轉動件相對。
9. 如申請專利範圍第8項所述之並聯機構，其中該第二傳動件還包括連接於該第一連桿及第二連桿之間之加強桿。
10. 如申請專利範圍第7或8項所述之並聯機構，其中該第二樞轉組件及第四樞轉組件與該第一傳動件轉動連接，該第一樞轉組件及第三樞轉組件與該可動平台轉動連接。