TWI757959B - 並聯式三軸線性機器人 - Google Patents

Abstract

一種並聯式三軸線性機器人，其包括分布於中心軸線外圍的三驅動器和運動機構，運動機構包括相對於中心軸線呈旋轉對稱的三連桿組和該三連桿組並聯組接的端效器，每一驅動器以直線或旋轉方式驅動連桿組，並帶動端效器於三度空間中線性運動；各連桿組包括依序串聯的第一連桿、第二連桿和第三連桿，第三連桿樞接端效器，分別樞設於第一連桿、第二連桿、第三連桿及端效器之間的第一旋轉接頭、第二旋轉頭與第三旋轉接頭相互平行，第一旋轉接頭、第二旋轉頭與第三旋轉接頭均與垂直於中心軸線的假想平面的夾角為銳角，第一旋轉接頭與第二旋轉接頭之間的第一中心距等於第二旋轉接頭與第三旋轉接頭之間的第二中心距，使運動機構能縮減整體高度，增加工作行程，提高運動穩定性。

Description

並聯式三軸線性機器人

本發明係關於一種三軸線性機器人，尤指一種能廣泛應用於機器人與其他自動化機械領域等之並聯式三軸線性機器人。

目前已知的並聯式三軸直線運動機器人，概如美國US4976582專利案公開的「用於在空間中移動和定位元件的裝置」(Device for the movement and positioning of an element in space)、美國US6729202專利案公開的「笛卡爾並聯機器人」(Cartesian parallel manipulators)，以及中國CN105150199A專利案公開的「結構可調的三自由度並聯機構」。以下分別前述的並聯式三軸直線運動機器人提出說明。

美國US4976582專利案公開的「用於在空間中移動和定位元件的裝置」，一般簡稱為三角機器人(Delta robot)，該三角機器人主要是將三組分支連桿機構共同組接一端效器，以端效器作為輸出端，且每一分支連桿機構分別由一組驅動組件所驅動，每一分支連桿機構是由一組平行四連桿及兩個旋轉接頭所組成，使輸出的端效器能進行三軸直線運動(XYZ)。

前述US4976582專利案公開的三角機器人(Delta robot)，其揭示使用三組由平行四連桿與兩個旋轉接頭組成的分支構造共同連接一端效器，基於三維空間運動所需，其三組分支連桿機構的整體長度偏長，在一定的空間中，該三角機器人的整體體積因分支連桿機構的長度長，使其高度方向的工作行程偏短，導致其適用範圍狹隘。

再者，前述現有的三角機器人中，每一分支連桿機構由平行四連桿與兩個旋轉接頭組合，由於每一分支連桿機構的平行四支連桿的整體長度長，其X軸與Y軸方向的剛性較差，且端效器由三組分支連桿機構共同帶動，造成端效器運動時晃動狀態大，有穩定性不佳的問題。此外，現有三角機器人運動的向量分析的雅可比矩陣，會隨其端效器位置的不同而有顯著變化，造成其速度及力量傳輸關係的變動性偏大，運動控制設計較為困難。

美國US6729202專利案公開的「笛卡爾並聯機器人」(Cartesian parallel manipulators)，為直角型並聯式機器人，其揭示於平行排列的三軸桿上分別裝設一組分支連桿機構，並以該三分支連桿機構共同連接一端效器，每一所述分支連桿機構包括依序串聯樞接的三連桿，其中第一支連桿能於一軸桿上下移動，每二相鄰接的連桿之間分別穿設有樞柱，該三分支連桿機構分別以其位於末端之連桿共同樞接端效器，使該三分支連桿機構能分別被驅動而帶動端效器於空間中運動。

前述直角型並聯式機器人雖能產生類似於現有三角機器人的運動功能，但是，該直角型並聯式機器人並未對其分支連桿機構提出較佳的機構設計，導致其分支連桿機構的整體長度仍然偏長，仍然存在工作行程短與運動穩定性不足等問題。

中國CN105150199A專利案公開的「結構可調的三自由度並聯機構」中，其揭示該結構可調的三自由度並聯機構包括定平台、動平台和三個支鏈，每一個支鏈包括調節部件、立柱、移動副、轉動副、連桿和球面副，調節部件由滑軌、滑塊、鑲條和螺釘組成，調節部件的滑軌水平安裝在定平台上，滑軌與滑塊下部的滑槽配合，立柱垂直安裝在滑塊上，移動副與立柱連接，移動副的軸線與定平台上平面垂直，移動副與轉動副連接，轉動副的軸線 與定平台的上平面平行，連桿的一端連接於轉動副與球面副之間，並以球面副安裝置動平台上。

前述現有的結構可調的三自由度並聯機構雖能產生類現有三角機器人的運動功能，但是，該三自由度並聯機構並未對其分支連桿機構提出較佳的機構設計，導致其三個支鏈中，結合轉動副與球面副連接於動平台與立柱之間的連桿必須直下傾斜延伸，導致帶動動平台的連桿長度偏長，整體高度較大，且自輸入驅動端至動平台的距離長，仍然存在工作行程短與運動穩定性不足等問題。

另在現有的並聯式機器人中，還有一種如中國CN107139174A專利案公開的「雙五桿機構驅動的平面並聯機構控制裝置」，該平面並聯機構控制裝置中揭示具有受控於控制單元的平面並聯機構本體，該平面並聯機構本體包括動平台、被動運動支鏈和兩個平面五桿機構，每個平面五桿機構包括兩個直接驅動旋轉電機、兩個主動桿和兩個從動桿，被動運動支鏈包括軸承組件和兩個被動桿，控制單元電性連接位於動平台上的三軸加速度傳感器以及直接驅動旋轉電機，其中以兩個平面五桿機構作為主動運轉支鏈，通過直接驅動旋轉電機進行驅動。

前述現有的雙五桿機構驅動的平面並聯機構控制裝置中的平面並聯機構本體雖能受控驅動其動平台運動，但是，其被動運動支鏈結合作為主動運動支鏈的兩個平面五桿機構的整體組成，其主動桿與被動桿的樞接軸線皆平行於直接驅動旋轉電機的軸線，故僅能提供驅動動平台於水平面方向的平面運動，無法驅動動平台產生三度空間運動功能，其適用的範圍有限。而且，該平面並聯機構本體必須使用五組連桿式運動支鏈共同執行，其整體連桿組成構較為複雜。

本發明之目的在於提供一種並聯式三軸線性機器人，解決現有三角機器人、現有直角型並聯機器人和現有三自由度並聯機構等三者的分支連桿機構長度長，而致其工作行程短與運動穩定性不足等問題，同時解決現有以及現有雙五桿機構驅動的平面並聯機構無法提供驅動動平台產生三度空間運動功能等。

為了達成前述目的，本發明所提出之並聯式三軸線性機器人，其定義有一工作區間以及通過該工作區間的幾何中心的一中心軸線，該並聯式三軸線性機器人包括：三驅動器，分布設置於該中心軸線的外圍；以及一運動機構，能為該三驅動器共同驅動，該運動機構包括一端效器以及三連桿組，該端效器的幾何中心位於該工作區間中，該三連桿組相對於該中心軸線呈旋轉對稱且並聯組接該端效器，每一所述連桿組能分別為其對應位置的一所述驅動器所驅動，使該端效器能被驅動於三度空間中線性運動，其中：每一所述連桿組包括依序串聯的一第一連桿、一第二連桿以及一第三連桿，該第一連桿的一端連接於對應位置的所述驅動器，該第一連桿的另一端結合一第一旋轉接頭樞接該第二連桿的一端，該第二連桿的另一端結合一第二旋轉接頭樞接該第三連桿的一端，該第三連桿的另一端結合一第三旋轉接頭樞接該端效器，該三連桿組分別帶動該端效器的幾何中心運動所產生的封閉狀運動軌跡範圍的交集為該工作區間；該第一旋轉接頭與垂直於該中心軸線的一假想平面的夾角為銳角，該第一旋轉接頭、該第二旋轉接頭與該第三旋轉接頭相互平行，且該第一旋轉接頭與該第二旋轉接頭之間具有一第一中心距，該第二旋轉接頭與該第三旋轉接頭之間具有一第二中心距，該第一中心距等於該第二中心距。

本發明藉由前述並聯式三軸線性機器人之整體組成構造之創作，其至少具備以下功效：

1、縮減運動機構的整體高度，增加工作行程：本發明並聯式三軸線機器人藉其運動機構中，各連桿組包括依序串聯的第一連桿、第二連桿與第三連桿，第三連桿樞接端效器，分別樞設於第一連桿、第二連桿、第三連桿及端效器之間的第一旋轉接頭、第二旋轉頭與第三旋轉接頭相互平行，第一旋轉接頭、第二旋轉頭與第三旋轉接頭均與垂直於中心軸線的假想平面的夾角為銳角，第一旋轉接頭與第二旋轉接頭之間的第一中心距等於第二旋轉接頭與第三旋轉接頭之間的第二中心距等整體構造的創作，使其在相同的端效器工作空間下，該並聯式三軸線性機器人的運動機構整體能夠呈現扁平化的構造，具有顯著較小的高度，大約比現有三角機器人的整體高度的一半還小，也小於現有的直角型並聯式機器人的整體高度，基於本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構具備較小的高度，可以節省空間。在相同高度的條件下，本發明並聯式三軸線性機器人與現有的三角機器人或直角型並聯式機器人相比，本發明並聯式三軸線性機器人具有顯著較大的工作行程。

2、速度及力量傳輸關係一致：本發明並聯式三軸線性機器人能以雅可比矩陣(Jacobian matrix)作為向量分析控制，且三驅動器可以選用直線輸入驅動或旋轉輸入驅動等方式驅動運動機構，使其雅可比矩陣為定值(直線輸入驅動)或接近定值(旋轉輸入驅動)，使本發明並聯式三軸線性機器人的端效器的運動速度及力量傳輸關係一致，本發明並聯式三軸線性機器人的運動控制設計較為容易。

3、提高輸出速度：承上所述，本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構的整體高度較小，自輸入驅動端至端效器的距離短，且速度與力量傳輸關係一 致，在相同輸入速度條件下，本發明並聯式三軸線性機器人的輸出速度較快，約為現有三角機器人輸出速度的二倍。

4、提高運動穩定性：本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構的連桿組的桿件數較少，且僅使用旋轉接頭作為樞接部件，因此，其整體的剛性較佳、耐磨耗度較佳、部件與部件之間的間隙較小，而且本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構藉由創新的扁平化構造，使其整體高度較小，故能有效提高運動穩定性。

本發明並聯式三軸線性機器人還可於該三驅動器相對於該中心軸線呈旋轉對稱地分布設置於一固定機構上，所述驅動器各包括具有軸桿的伺服馬達、驅動臂以及輔助臂，伺服馬達固定於固定機構，驅動臂的一端固接軸桿，驅動臂的另一端能旋轉地連接位置對應的第一連桿，輔助臂與驅動臂平行排列，且輔助臂的一端能旋轉地連接固定機構，輔助臂的另一端能旋轉地位置對應的第一連桿，被驅動的驅動臂與輔助臂能一起擺動而帶動位置對應的第一連桿運動，並借由驅動臂與輔助臂構成的平行連桿組，增進該三驅動器共同驅動運動機構線性運動時的平穩性。

O:中心軸線

W:工作區間

1A:驅動器

10A:主軸

11A:伺服馬達

12A:輪系傳動組件

13A:基座

131A:固定架板

1B:驅動器

10B:固定架

11B:伺服馬達

111B:軸桿

12B:驅動臂

1C:驅動器

10C:固定架

11C:伺服馬達

111C:軸桿

12C:驅動臂

121C:軸承

13C:固定機構

131C:固定座

14C:輔助臂

141C:軸承

2:運動機構

20:端效器

C:端效器的幾何中心

30:連桿組

31:第一連桿

32:第二連桿

33:第三連桿

34:第一旋轉接頭

35:第二旋轉接頭

36:第三旋轉接頭

rp:主軸相對於中心軸線的距離

d1:第一旋轉接頭相對於通過中心軸線的y軸向法線的距離

d2:第一旋轉接頭相對於通過中心軸線的x軸向法線的距離

d3:第一中心距

d4:第二中心距

L1:第二連桿的兩端於垂直第一旋轉接頭方向的長度

L2:第三連桿的兩端於垂直第二旋轉接頭方向的長度

P:垂直於中心軸線的假想平面

β:第一旋轉接頭與垂直於中心軸線的假想平面的夾角

圖1為本發明並聯式三軸線性機器人的第一較佳實施例的立體示意圖。

圖2為圖1所示並聯式三軸線性機器人第一較佳實施例移除基座的固定架板後的立體示意圖。

圖3為圖1所示並聯式三軸線性機器人第一較佳實施例的側視平面示意圖。

圖4為圖1所示並聯式三軸線性機器人第一較佳實施例的俯視平面示意圖。

圖5為本發明並聯式三軸線性機器人第二較佳實施例的立體示意圖。

圖6為圖5所示並聯式三軸線性機器人第二較佳實施例的側視平面示意圖。

圖7為圖5所示並聯式三軸線性機器人第二較佳實施例的俯視平面示意圖。

圖8為本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構的俯視簡圖。

圖9為本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構中的一連桿組與端效器的部分側視簡圖。

圖10為本發明並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例的立體示意圖。

圖11為圖10所示並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例的不同視角的立體示意圖。

圖12為圖10及圖11所示並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例的俯視平面示意圖。

圖13為圖10及圖11所示並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例的仰視平面示意圖。

圖14為圖10及圖11所示並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例的側視平面示意圖。

圖15為圖10及圖11所示並聯式三軸線性機器人第三較佳實施例局部立體示意圖。

圖16為圖14不同視角度的立體示意圖。

如圖1、圖5及圖10所示，其揭示本發明並聯式三軸線性機器人的三種較佳實施例，由該些圖式中可以見及，所述並聯式三軸線性機器人定義有一工作區間W(workspace)以及通過該工作區間W的幾何中心的一中心軸線O，並包括有三驅動器1A、1B、1C以及一運動機構2。

如圖1、圖5及圖10所示，該三驅動器1A、1B、1C分布設置於該中心軸線O的外圍，由該三驅動器1A、1B、1C以直線或旋轉方式輸入驅動力 量。該三驅動器1A、1B、1C至少可以圖1、圖5及圖10所示的三種較佳實施例予以實現。

如圖1、圖3至圖4所示的第一較佳實施例，每一所述驅動器1A各包括一主軸10A、一伺服馬達11A與一輪系傳動組件12A，請配合參看圖8及圖9所示，該三驅動器1A的主軸10A平行於該中心軸線O且呈等角度分布設置於該中心軸線O的外圍，即每一主軸10A相對於該中心軸線O具有一距離rp(rp≠0)，所述伺服馬達11A位於所述主軸10A的側邊，並具有一軸桿，所述輪系傳動組件12A連接於所述伺服馬達11A的軸桿與所述主軸10A的一端，以所述主軸10A連接該運動機構2，該三驅動器1A能以直線方式輸入驅動力量，使三所述驅動器1A能共同驅動該運動機構2線性運動，所述輪系傳動組件12A可以選用時規皮帶輪組、齒輪組或是其他等效的輪系傳動組件。

如圖1、圖3及圖4所示的第一較佳實施例中，該並聯式三軸線性機器人還包括一基座13A，該基座13A包括三固定架板131A，每一固定架板131A分別組設一所述驅動器1A。

如圖5至圖7所示的第二較佳實施例，該三驅動器1B呈旋轉對稱地分布設置於一固定架10B上，該中心軸線O通過該固定架10B的幾何中心，每一所述驅動器1B各包括一伺服馬達11B與一驅動臂12B，所述伺服馬達11B固定於該固定架10B，且所述伺服馬達11B各具有一軸桿111B，所述驅動臂12B的一端固接所述伺服馬達11B的軸桿111B，所述驅動臂12B的另一端用於連接該運動機構2，該三驅動器1B能以旋轉方式輸入驅動力量，使三所述驅動器1B能共同驅動該運動機構2產生線性運動。

如圖10至圖16所示的第三較佳實施例，該三驅動器1C呈旋轉對稱地分布設置於一固定機構13C上，該固定機構13C可為單一構件，或是該固定機構13C包括三固定座131C，每一固定座131C分別組設一所述驅動器1C。

每一所述驅動器1C各包括一伺服馬達11C、一驅動臂12C以及一輔助臂14C，所述伺服馬達11B固定於該固定座131C，且所述伺服馬達11C各具有一軸桿111C，所述驅動臂12C的一端固接所述伺服馬達11C的軸桿111C，所述驅動臂12C的另一端用於連接該運動機構2，所述輔助臂14C與所述驅動臂12C平行排列，且所述輔助臂14C的一端能旋轉地連接該固定機構13C，所述輔助臂14C的另一端用於連接該運動機構2，該三驅動器1C能以旋轉方式輸入驅動力量，使三所述驅動器1C能共同驅動該運動機構2產生線性運動，並藉由驅動臂12C與輔助臂14C構成的平行連桿組，增進三所述驅動器1C共同驅動該運動機構2線性運動時的平穩性。

如圖1至圖4、圖5至圖7及圖10至圖11所示，該運動機構2能為該三驅動器1A、1B、1C共同驅動，該運動機構2包括一端效器20以及三連桿組30，該端效器20的幾何中心C位於該工作區間W中，該三連桿組30相對於該中心軸線O呈旋轉對稱且並聯組接該端效器20，每一所述連桿組30能分別為其對應位置的一所述驅動器1A、1B、1C所驅動，使該端效器20能被驅動於三度空間中線性運動。

如圖1至圖4、圖5至圖7、圖10至圖11，結合圖8至圖9所示，前述運動機構2中，每一所述連桿組30包括依序串聯的一第一連桿31、一第二連桿32以及一第三連桿33，該第一連桿31的一端連接於對應位置的所述驅動器1A、1B、1C，該第一連桿31的另一端結合一第一旋轉接頭34樞接該第二連桿32的一端，該第二連桿32的另一端結合一第二旋轉接頭35樞接該第三連桿33的一端，該第三連桿33的另一端結合一第三旋轉接頭36樞接該端效器20，該第一旋轉接頭34、該第二旋轉接頭35與該第三旋轉接頭36三者皆為單一旋轉中心軸的旋轉部件，例如：軸承等，且該第一旋轉接頭34、該第二旋轉接頭35與該第 三旋轉接頭36三者的旋轉中心軸相互平行，該三連桿組30分別帶動該端效器20的幾何中心C運動所產生的封閉狀運動軌跡範圍的交集為該工作區間W。

如圖8及圖9所示，前述中，該第一旋轉接頭34與垂直於該中心軸線O的一假想平面P的夾角β為銳角，該第一旋轉接頭34相對於通過中心軸線O的y軸向法線具有一距離d1，且該第一旋轉接頭34相對於通過中心軸線O的x軸向法線具有一距離d2，且該第一旋轉接頭34與該第二旋轉接頭35之間具有一第一中心距d3，該第二旋轉接頭35與該第三旋轉接頭36之間具有一第二中心距d4，該第一中心距d3等於該第二中心距d4。

如圖9所示，前述中，所述第二連桿32的兩端於垂直該第一旋轉接頭34方向的長度L1以及所述第三連桿33的兩端於垂直該第二旋轉接頭35方向的長度L2兩者中的一所述長度等於零，另一所述長度不等於零。或者，所述第二連桿32兩端於垂直該第一旋轉接頭34方向的長度L1不等於零，且所述第三連桿33兩端於垂直該第二旋轉接頭35方向的長度L2不等於零。

如圖1至圖4所示的第一較佳實施例，當所述驅動器1A為包括主軸10A、具有軸桿的伺服馬達11A與輪系傳動組件12A的較佳實施例時，每一所述第一連桿31具有一螺接套，所述主軸10A外周面具有螺紋且螺接於位置對應的所述第一連桿31的螺接套中，每一所述驅動器1A能分別驅動位置對應的所述第一連桿31於所述主軸10A上直線運動。

如圖5至圖7所示的第二較佳實施例，當該三驅動器1B呈旋轉對稱地分布設置於固定架10B上，且所述驅動器1B各包括具有軸桿111B的伺服馬達11B與驅動臂12B時，所述驅動臂12B的一端固接所述軸桿111B，所述驅動臂12B的另一端連接位置對應的所述第一連桿31，每一所述驅動器1B的驅動臂12B能擺動而帶動位置對應的所述第一連桿31呈平行於所述中心軸線O方向運動。

如圖10至圖16所示的第三較佳實施例，當該三驅動器1C相對於該中心軸線O呈旋轉對稱地分布設置於固定機構13C上，所述驅動器1C各包括具有軸桿111C的伺服馬達11C、驅動臂12C以及輔助臂14C的較佳實施例時，所述伺服馬達11C固定於該固定機構13C的固定座131C，所述驅動臂12C的一端固接所述軸桿111C，所述驅動臂12C的另一端能旋轉地連接位置對應的所述第一連桿31，所述輔助臂14C與所述驅動臂12C平行排列，且所述輔助臂14C的一端能旋轉地連接該固定機構13C的固定座131C，所述輔助臂14C的另一端能旋轉地位置對應的所述第一連桿31，每一所述驅動器1C的被驅動的驅動臂12C與述輔助臂14C能一起擺動而帶動位置對應的所述第一連桿31呈平行於所述中心軸線O方向運動。

前述較佳實施例中，所述驅動臂12C的另一端結合軸承121C連接位置對應的所述第一連桿31，所述輔助臂14C的一端結合軸承141C旋轉地連接該固定機構13C的固定座131C，所述輔助臂14C的另一端結合軸承141C旋轉地位置對應的所述第一連桿31，借由驅動臂12C與輔助臂14C構成的平行連桿組，縱使所述軸承121C、141C的尺寸公差而導致軸承121C、141C內部的元件之間具有間隙時，仍能透過輔助臂14對驅動臂12C的輔助，而能以協調的運動方式來維持驅動器1C帶動該運動機構2線性運動時的平穩性。

關於本發明並聯式三軸線性機器人的作動方式，如圖3至圖4、圖6至圖7、圖10至圖11以及圖8、圖9所示，該並聯式三軸線性機器人能藉由雅可比矩陣(Jacobian matrix)作為向量分析控制，進而分別控制該三驅動器1A、1B、1C分別以直線輸入驅動(如圖1所示的第一較佳實施例)或旋轉輸入驅動(如圖5所示第二較佳實施例、圖10所示的第三較佳實施例)等方式驅動該運動機構2的三組連桿組30，進而由該運動機構2的三組連桿組30共同驅動端效器20於 三度空間中線性運動。所述雅可比矩陣(Jacobian matrix)是屬現有技術，於此不再贅述。

由前述說明可知，本發明並聯式三軸線性機器人主要利用其運動機構2的三連桿組30為依序串聯的第一連桿31、第二連桿32以及第三連桿33的組合構造，連接於第一連桿31與第二連桿32之間的第一旋轉接頭34、連接於第二連桿32與第三連桿33之間的第二旋轉接頭35、以及連接於第三連桿33與端效器20之間的第三旋轉接頭36皆為單一旋轉中心軸的旋轉部件，第一旋轉接頭34、第二旋轉頭35與第三旋轉接頭36均與垂直於中心軸線O的假想平面P的夾角為銳角，第一旋轉接頭34、第二旋轉接頭35與第三旋轉接頭36三者的旋轉中心軸線相互平行，且第一旋轉接頭34與第二旋轉接頭35之間的第一中心距d3等於第二旋轉接頭35與第三旋轉接頭36之間的第二中心距d4等，使該運動機構2的整體構造得以產生扁平化的型態。

藉由前述整體性機構創作，使本發明並聯式三軸線性機器人能利用已知的雅可比矩陣(Jacobian matrix)作為向量分析控制，三驅動1A、1B、1C器可以選用直線輸入驅動或旋轉輸入驅動等方式驅動運動機構，使雅可比矩陣為定值(直線輸入驅動)或接近定值(旋轉輸入驅動)，使本發明並聯式三軸線性機器人的端效器20的運動速度及力量傳輸關係一致，本發明並聯式三軸線性機器人的運動控制設計較為容易。

另一方面，本發明並聯式三軸線性機器人利用前述整體性機構創作，使其能夠有效地縮減運動機構的整體高度，增加工作行程。一般而言，在相同的端效器20的工作區間W的條件下，本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構2大約為現有三角機器人的整體高度的一半還小，且進一步藉由運動機構2具備較小的高度的特點，使其可以節省空間，同時，在工作區間W相同高 度的條件下，本發明並聯式三軸線性機器人與現有的三角機器人相比，本發明並聯式三軸線性機器人具有較大的工作行程。

其次，因本發明並聯式三軸線性機器人的扁平化運動機構2的整體高度較小，自輸入驅動端至輸出的端效器20的距離較短，且速度與力量傳輸關係一致，在相同輸入速度條件下，本發明並聯式三軸線性機器人的輸出速度較快，約為現有三角機器人輸出速度的二倍。而且，本發明並聯式三軸線性機器人的運動機構2的連桿組30桿件數較少，且僅使用旋轉接頭34、35、36作為樞接部件，其整體的剛性較佳、耐磨耗度較佳、部件與部件之間的間隙較小，而且扁平化的運動機構2的整體高度較小，故能有效提高運動穩定性。

O:中心軸線

1A:驅動器

10A:主軸

11A:伺服馬達

12A:輪系傳動組件

13A:基座

131A:固定架板

2:運動機構

20:端效器

C:端效器之幾何中心

30:連桿組

31:第一連桿

32:第二連桿

33:第三連桿

34:第一旋轉接頭

35:第二旋轉接頭

36:第三旋轉接頭

Claims (10)

1. 一種並聯式三軸線性機器人，其定義有一工作區間以及通過該工作區間的幾何中心的一中心軸線，該並聯式三軸線性機器人包括：三驅動器，分布設置於該中心軸線的外圍；以及一運動機構，能為該三驅動器共同驅動，該運動機構包括一端效器以及三連桿組，該端效器的幾何中心位於該工作區間中，該三連桿組相對於該中心軸線呈旋轉對稱且並聯組接該端效器，每一所述連桿組能分別為其對應位置的一所述驅動器所驅動，使該端效器能被驅動於三度空間中線性運動，其中：每一所述連桿組包括依序串聯的一第一連桿、一第二連桿以及一第三連桿，該第一連桿的一端連接於對應位置的所述驅動器，該第一連桿的另一端結合一第一旋轉接頭樞接該第二連桿的一端，該第二連桿的另一端結合一第二旋轉接頭樞接該第三連桿的一端，該第三連桿的另一端結合一第三旋轉接頭樞接該端效器，該三連桿組分別帶動該端效器的幾何中心運動所產生的封閉狀運動軌跡範圍的交集為該工作區間；該第一旋轉接頭與垂直於該中心軸線的一假想平面的夾角為銳角，該第一旋轉接頭、該第二旋轉接頭與該第三旋轉接頭相互平行，且該第一旋轉接頭與該第二旋轉接頭之間具有一第一中心距，該第二旋轉接頭與該第三旋轉接頭之間具有一第二中心距，該第一中心距等於該第二中心距。
2. 如請求項1所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述驅動器各包括一主軸、一具有軸桿的伺服馬達與一輪系傳動組件，該三驅動器的主軸平行於該中心軸線且呈等角度分布設置於該中心軸線的外圍，所述輪系傳動組件連接於所述伺服馬達的軸桿與所述主軸的一端，所述第一連桿具有一螺接套，所述主軸螺接於位置對應的所述第一連桿的螺接套中，每一所述驅動器能分別驅動位置對應的所述第一連桿於所述主軸上直線運動。
3. 如請求項2所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述輪系傳動組件為一時規皮帶輪組。
4. 如請求項3所述之並聯式三軸線性機器人，其中，該並聯式三軸線性機器人還包括一基座，該基座包括三固定架板，每一所述固定架板分別組設一所述驅動器。
5. 如請求項1所述之並聯式三軸線性機器人，其中，該三驅動器呈旋轉對稱地分布設置於一固定架上，該中心軸線通過該固定架的幾何中心，所述驅動器各包括一具有軸桿的伺服馬達與一驅動臂，所述伺服馬達固定於該固定架，所述驅動臂的一端固接所述軸桿，所述驅動臂的另一端連接位置對應的所述第一連桿，每一所述驅動器的被驅動的驅動臂能擺動而帶動位置對應的所述第一連桿呈平行於所述中心軸線方向運動。
6. 如請求項1至4中任一項所述之並聯式三軸線性機器人，其中，該三驅動器相對於該中心軸線呈旋轉對稱地分布設置於一固定機構上，所述驅動器各包括一具有軸桿的伺服馬達、一驅動臂以及一輔助臂，所述伺服馬達固定於該固定機構，所述驅動臂的一端固接所述軸桿，所述驅動臂的另一端能旋轉地連接位置對應的所述第一連桿，所述輔助臂與所述驅動臂平行排列，且所述輔助臂的一端能旋轉地連接該固定機構，所述輔助臂的另一端能旋轉地位置對應的所述第一連桿，每一所述驅動器的被驅動的驅動臂與所述輔助臂能一起擺動而帶動位置對應的所述第一連桿呈平行於所述中心軸線方向運動。
7. 如請求項1至5中任一項所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述第二連桿的兩端於垂直該第一旋轉接頭方向的長度以及所述第三連桿的兩端於垂直該第二旋轉接頭方向的長度兩者中的一所述長度等於零，另一所述長度不等於零。
8. 如請求項1至5中任一項所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述第二連桿兩端於垂直該第一旋轉接頭方向的長度不等於零，且所述第三連桿兩端於垂直該第二旋轉接頭方向的長度不等於零。
9. 如請求項6所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述第二連桿的兩端於垂直該第一旋轉接頭方向的長度以及所述第三連桿的兩端於垂直該第二旋轉接頭方向的長度兩者中的一所述長度等於零，另一所述長度不等於零。
10. 如請求項6所述之並聯式三軸線性機器人，其中，所述第二連桿兩端於垂直該第一旋轉接頭方向的長度不等於零，且所述第三連桿兩端於垂直該第二旋轉接頭方向的長度不等於零。

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