TWI428218B - 並聯機器人 - Google Patents

Description

並聯機器人

本發明涉及一種並聯機器人，尤其涉及一種於平面內作平移運動之並聯機器人。

自動化、電子、輕工等行業中，通常需要機器人完成諸如插裝、封裝和包裝等操作，這類操作之特點係：精度要求高，運動速度快以及動作為往復運動且於運動過程中不改變姿態。

一種並聯機器人，包含機架、運動平台和二支鏈。運動平台藉由二支鏈與機架相連，形成封閉結構。每一支鏈包括相互鉸接之主動桿和從動桿。機架上安裝有二與主動桿驅動相連之伺服電機。惟，上述並聯機器人之支鏈存於垂直於運動平面之方向剛性不高之缺點，於高速運動時運動平台容易發生振動。

有鑒於此，有必要提供一種穩定性較好之並聯機器人。

一種並聯機器人，包括支架、移動平台、連接支架與移動平台之二平移支鏈，以及設於支架上之二第一驅動裝置。每一平移支鏈包括彼此相連之驅動桿組和從動桿組，每一驅動桿組與一第一驅動裝置驅動相連，每一從動桿組與移動平台相連。每一驅動桿組包括平行設置之二第一傳動桿，每一第一傳動桿包括與支架活動相連之轉動部和與從動桿組活動相連之連接部。第一驅動裝置同 時驅動每一驅動桿組之二轉動部朝相同之方向轉動，每一轉動部邊緣形成有齒狀結構，第一驅動裝置包括與二轉動部之齒狀結構同時相嚙合之齒輪。

上述並聯機器人之第一驅動裝置可同時驅動每一驅動桿組之二轉動部朝相同之方向轉動，與單一之驅動桿相比剛性較好。另外，採用平行設置之二第一傳動桿可有效限制平移支鏈之自轉，提高上述機器人高速運動時之穩定性。

100‧‧‧並聯機器人

10‧‧‧支架

13‧‧‧轉軸

15‧‧‧安裝口

20‧‧‧第一驅動裝置

21‧‧‧伺服馬達

23‧‧‧齒輪

30‧‧‧平移支鏈

31‧‧‧驅動桿組

32‧‧‧第一傳動桿

33‧‧‧從動桿組

35‧‧‧連接平台

40‧‧‧動平台

41‧‧‧安裝孔

43‧‧‧支撐軸

48‧‧‧第三樞軸

50‧‧‧轉動支鏈

60‧‧‧第二驅動裝置

61‧‧‧馬達

63‧‧‧傳動齒輪

311‧‧‧軸承

313‧‧‧卡環

315‧‧‧卡簧

323、341‧‧‧主體

325‧‧‧轉動部

327‧‧‧連接部

322‧‧‧軸孔

324‧‧‧齒狀結構

328、344、346‧‧‧連接孔

343‧‧‧第一樞接部

345‧‧‧第二樞接部

351‧‧‧第一連接塊

352、354、47‧‧‧樞接孔

353‧‧‧第二連接塊

357、45‧‧‧鎖定孔

356‧‧‧支撐軸

361‧‧‧連接孔

371‧‧‧第一樞軸

373、377、49‧‧‧螺母

375‧‧‧第二樞軸

379、44‧‧‧鎖定螺絲

圖1係本發明實施方式之並聯機器人之立體組裝圖。

圖2係圖1所示並聯機器人之部分立體分解圖。

圖3係圖1所示並聯機器人之平移支鏈之放大分解圖。

下面將結合附圖及實施方式對本發明之並聯機器人作進一步詳細說明。

請一併參閱圖1和圖2，本發明實施方式之並聯機器人100包括支架10、移動平台40、連接支架10與移動平台40之二平移支鏈30和一轉動支鏈50，以及固定於支架10上之二第一驅動裝置20及一第二驅動裝置60。每一第一驅動裝置20與一平移支鏈30驅動相連，第二驅動裝置60與轉動支鏈50活動相連並可驅動轉動支鏈50相對支架10旋轉。

支架10大致為方形板，其一側面向外延伸形成兩兩一組之四平行之轉軸13。支架10之中部還開設有一圓形之安裝口15。

二第一驅動裝置20分別設於支架10之頂面兩側。第一驅動裝置20 包括固定於支架10上之伺服馬達21和與伺服馬達21驅動相連之齒輪23。齒輪23之中心至每一轉軸13中心之距離相等，且上述距離小於二轉軸13之中心距。

每一平移支鏈30包括驅動桿組31、從動桿組33及活動連接驅動桿組31和從動桿組33之連接平台35。

請一併參閱圖3，驅動桿組31包括二平行設置之第一傳動桿32。二第一傳動桿32所於之平面與平移支鏈30運動之平面相重合。每一第一傳動桿32包括主體323及位於主體323兩端之轉動部325和連接部327。

轉動部325大致為圓盤形，其上開設有容納支架10之轉軸13之軸孔322。請再次參閱圖2，平移支鏈30還包括軸承311。軸承311位於軸孔322內，並套設於轉軸13上，以使轉動部325繞轉軸13旋轉。為了防止轉動部325旋轉時與轉軸13脫離，平移支鏈30還包括套設於轉軸13上，且位於軸承311兩側之C型卡環313及卡簧315。

轉動部325之邊緣上形成有可與第一驅動裝置20之齒輪23相嚙合之齒狀結構324。

連接部327大致呈“ㄇ”形，其末端上開設有二同軸之連接孔328。

從動桿組33包括第二傳動桿34和二第三傳動桿36。第二傳動桿34包括主體341和位於主體341兩端之第一樞接部343和第二樞接部345。第一樞接部343大致呈“ㄇ”形，其末端上開設有二同軸之連接孔344。第二樞接部345與第一樞接部343之形狀大致相同，其開設有二同軸之連接孔346。

二第三傳動桿36相互平行。第三傳動桿36之長度與第二傳動桿34相等，以使每一第三傳動桿36可與第二傳動桿34形成一平行四邊形結構之二邊。每一第三傳動桿36兩端各開設有一連接孔361。二第三傳動桿36所確定之平面與平移支鏈30運動之平面垂直。

連接平台35大致為方形板，其靠近驅動桿組31之一側面上向外延伸形成二分離之第一連接塊351。每一第一連接塊351上開設有一貫穿之樞接孔352。平移支鏈30還包括二第一樞軸371和二螺母373。每一第一樞軸371可依次穿過第一傳動桿32之其中一連接孔328、樞接孔352、另一連接孔328而進入螺母373，從而將第一傳動桿32活動連接於連接平台35。

連接平台35靠近從動桿組33之側面向外延伸形成二第二連接塊353。其中一第二連接塊353上開設有一貫穿之樞接孔354，另一第二連接塊353上沿兩側延伸形成二可容納於第三傳動桿36之連接孔361內之支撐軸356。支撐軸356之末端沿軸向開設有鎖定孔357。平移支鏈30還包括一第二樞軸375、一螺母377和二鎖定螺絲379。第二樞軸375可依次穿過第二傳動桿34之其中一連接孔344、樞接孔354、另一連接孔344而進入螺母377，從而將第二傳動桿34活動連接於連接平台35。支撐軸356進入第三傳動桿36之連接孔361後，鎖定螺絲379進入支撐軸356之鎖定孔357，從而將第三傳動桿36活動連接於連接平台35。

請再次參閱圖2，移動平台40大致為方形板，其中部開設有供轉動支鏈50穿過之安裝孔41。移動平台40兩側靠近安裝孔41之部位還向外延伸形成四支撐軸43。支撐軸43之末端沿軸向開設有鎖定孔45。支撐軸43可穿設於第三傳動桿36之連接孔361內。為防止 支撐軸43與連接孔361分離，移動平台40還包括複數鎖定螺絲44。支撐軸43進入連接孔361後，鎖定螺絲44進入鎖定孔45內，從而將第三傳動桿36活動連接於移動平台40。

移動平台40兩側靠近端部之位置還各開設有一貫穿之樞接孔47。移動平台40還包括二可與樞接孔47相配合之第三樞軸48和二螺母49。第三樞軸48可依次進入第二傳動桿34之其中一連接孔346、樞接孔47、另一連接孔346而進入螺母49，從而將第二傳動桿34活動連接於移動平台40。

轉動支鏈50一端穿過安裝口15並與支架10轉動相連，另一端穿過安裝孔41並與移動平台40活動相連。

第二驅動裝置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。轉動支鏈50穿設於傳動齒輪63內部，並可隨傳動齒輪63一起轉動。

請再次參閱圖3，組裝平移支鏈30時，二第一樞軸371依次穿過第一傳動桿32之其中一連接孔328、樞接孔352、另一連接孔328而進入螺母373，從而將二第一傳動桿32活動連接於連接平台35。第二樞軸375依次穿過第二傳動桿34之其中一連接孔344、樞接孔354、另一連接孔344而進入螺母377，從而將第二傳動桿34活動連接於連接平台35。二支撐軸356分別進入二第三傳動桿36之連接孔361後，二鎖定螺絲379分別進入二支撐軸356之鎖定孔357，從而將二第三傳動桿36活動連接於連接平台35。平移支鏈30組裝完畢。

請再次參閱圖2，組裝並聯機器人100時，首先軸承311進入平移 支鏈30之轉動部325之軸孔322，C型卡環313進入軸孔322以將軸承311與轉動部325固定。再將轉動部325套設軸承311上，並使C型卡環313和軸承311套合於轉軸13上，然後卡簧315卡合於轉軸13上，從而將平移支鏈30與支架10活動相連。此時，驅動桿組31之二第一傳動桿32可分別繞二轉軸13旋轉。

第三樞軸48依次進入第二傳動桿34之其中一連接孔346、樞接孔47、另一連接孔346而進入螺母49，從而將第二傳動桿34活動連接於移動平台40。二第三傳動桿36之連接孔361分別套設於移動平台40之二支撐軸43上，鎖定螺絲44進入支撐軸43之鎖定孔45內，從而將二第三傳動桿36分別活動連接於移動平台40。此時，平移支鏈30與移動平台40活動相連，且第二傳動桿34和二第三傳動桿36可分別繞第三樞軸48和支撐軸43旋轉。

二第一驅動裝置20分別固定設於支架10上。由於齒輪23之中心至每一轉軸13中心之距離相等，因此齒輪23可同時與二轉動部325之齒狀結構324相嚙合。第二驅動裝置60固定設於支架10上，並使轉動支鏈50一端與第二驅動裝置60驅動相連，另一端與移動平台40活動相連。並聯機器人100組裝完畢。

工作時，平移支鏈30之驅動桿組31於二第一驅動裝置20之驅動下同時繞支架10之轉軸13轉動，並帶動從動桿組33實現平移運動，從而帶動動平台40相對支架10於一平面內作往返運動。轉動支鏈50於第二驅動裝置60之驅動下可繞自身之軸線旋轉，同時於動平台40之帶動下相對支架10還可實現擺動、升縮等運動。動平台40上可進一步安裝與轉動支鏈50相連之機械爪或刀具等執行器，以完成工業生產中之工件取放、切削、鑽孔等任務。

本發明實施方式之並聯機器人100採用第一驅動裝置20驅動驅動桿組31之二轉動部325同時朝相同之方向轉動，與單一之驅動桿相比受力較為均勻，驅動剛性較好。另外，採用平行設置之二第一傳動桿32可有效限制平移支鏈30之自轉，且採用所於平面與平移支鏈30運動之平面垂直之二第三傳動桿36可進一步限制移動平台40之轉動，提高並聯機器人100高速運動時之穩定性。

可理解，第三傳動桿36之數量亦可為一或大於二。第一傳動桿32、第二傳動桿34及第三傳動桿36與連接平台35活動連接之方式亦不限於上述實施方式所描述之樞軸連接，例如可用鉸鏈鉸接等。軸承311、C型卡環313及卡簧315亦可省略。

第一驅動裝置20同時驅動二第一傳動桿32運動之方式亦不限於上述實施方式所描述之齒輪傳動，例如可使用兩組帶輪加皮帶之方式傳動。

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‧‧‧並聯機器人

10‧‧‧支架

13‧‧‧轉軸

20‧‧‧第一驅動裝置

21‧‧‧伺服馬達

23‧‧‧齒輪

30‧‧‧平移支鏈

40‧‧‧動平台

50‧‧‧轉動支鏈

60‧‧‧第二驅動裝置

Claims (9)

1. 一種並聯機器人，包括支架、移動平台、連接支架與移動平台之二平移支鏈，以及設於該支架上之二第一驅動裝置，每一平移支鏈包括彼此相連之驅動桿組和從動桿組，每一驅動桿組與一第一驅動裝置驅動相連，每一從動桿組與移動平台相連，其改良在於：每一驅動桿組包括平行設置之二第一傳動桿，每一第一傳動桿包括與該支架活動相連之轉動部和與該從動桿組活動相連之連接部，該第一驅動裝置同時驅動每一驅動桿組之二轉動部朝相同之方向轉動，每一轉動部邊緣形成有齒狀結構，該第一驅動裝置包括與該二轉動部之齒狀結構同時相嚙合之齒輪。
2. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該支架包括二組平行轉軸，每一組轉軸包括二轉軸，每一第一傳動桿之轉動部上開設有容納對應轉軸之軸孔，每一齒輪之中心至與其對應一組之二轉軸各自中心之距離相等。
3. 如申請專利範圍第2項所述之並聯機器人，其中該平移支鏈還包括軸承，該軸承套設於該轉軸上，並位於該軸孔內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之並聯機器人，其中該平移支鏈還包括套設於該轉軸上，且位於該軸承兩側之卡環和卡簧。
5. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該二平行設置之第一傳動桿所於平面與該平移支鏈運動之平面重合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該從動桿組包括第二傳動桿和第三傳動桿，該平移支鏈還包括活動連接於驅動桿組和從動桿組之間之連接平台，該第一傳動桿之連接部活動連接於該連接平台，該第二傳動桿及該第三傳動桿之兩端分別活動連接於該連接平台及該移動平台 。
7. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機器人，其中該第三傳動桿之數量為二，該二第三傳動桿平行設於該連接平台及該移動平台之間，該二第三傳動桿所確定之平面與該平移支鏈運動之平面垂直。
8. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機器人，其中該第三傳動桿之長度與該第二傳動桿之長度相等。
9. 如申請專利範圍第1項所述之並聯機器人，其中該並聯機器人還包括轉動支鏈及設於該支架上之第二驅動裝置，該轉動支鏈兩端分別與該支架和該移動平台活動相連，該第二驅動裝置驅動該轉動支鏈相對該支架旋轉。