緊湊型并聯(lián)運動機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括多個并聯(lián)工作以操控末端執(zhí)行器的致動器的工業(yè)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的并聯(lián)運動機器人包括多個驅(qū)動臂，每個驅(qū)動臂在一端直接或經(jīng)由齒輪箱連接至伺服電機的相應軸。在相反的一端，該驅(qū)動臂經(jīng)由具有三個自由度(DOF)的球形關(guān)節(jié)而接合至桿體的近端。該桿體將驅(qū)動臂的旋轉(zhuǎn)運動傳送至末端執(zhí)行器的相應運動，后者經(jīng)由球形關(guān)節(jié)接合至該桿體的遠端。因此，就一個驅(qū)動臂的操控并不影響其余驅(qū)動臂的位置的意義而言，該伺服電機和相應驅(qū)動臂是并聯(lián)工作。
[0003]Delta機器人是一種為人所熟知的并聯(lián)運動機器人的類型，它可以包括三個驅(qū)動臂。每個驅(qū)動臂利用在每一端具有球形關(guān)節(jié)的兩個桿體連接至末端執(zhí)行器。該驅(qū)動臂繞相應伺服電機的軸線進行旋轉(zhuǎn)，該伺服電機被對稱配置而使得它們的軸線以60度的角度相交。由于delta機器人的驅(qū)動臂相對長并且指向不同方向，所以該機器人構(gòu)造需要大量的空間。US7188544公開了一種包括三個驅(qū)動臂的delta機器人。Delta機器人還可以包括四個或更多的驅(qū)動臂。
[0004]W0200366289公開了其它且不太為人所知的并聯(lián)運動機器人的類型，其包括三個或更多的驅(qū)動臂。根據(jù)W0200366289的機器人與delta機器人的不同之處在于，驅(qū)動臂的旋轉(zhuǎn)軸是并聯(lián)的，并且在許多實施例中，驅(qū)動臂甚至具有一條共用的旋轉(zhuǎn)軸。驅(qū)動臂和末端執(zhí)行器之間的桿體的數(shù)量根據(jù)驅(qū)動臂和機器人的實施例而從一個到三個有所變化。而且，根據(jù)W0200366289的機器人的驅(qū)動臂需要相對長且妥善分布，并且因此需要大量空間。
[0005]對于上述兩種并聯(lián)運動機器人類型而言所共同的是，驅(qū)動臂和末端執(zhí)行器之間的桿體被設(shè)計為僅被暴露于軸向力度。機器人的必要剛性通過展開桿體而獲得。因此，常規(guī)的并聯(lián)運動機器人在許多應用中無法與SCARA機器人形成競爭，原因在于它們相對不佳的可達性以及大的空間要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目標是提供一種有所改進的并聯(lián)運動機器人，其是緊湊的并且具有高度可達性。
[0007]該目標通過根據(jù)所附權(quán)利要求1的設(shè)備而實現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明是基于意識到，通過提供具有一個或多個剛性桿體的并聯(lián)運動機器人，所有其余的桿體都不需要直接連接至末端執(zhí)行器。相反，一些桿體可以經(jīng)由剛性桿體或者能夠承受所導致的彎曲力度的桿體而連接至末端執(zhí)行器，并且將相對應的運動傳送至末端執(zhí)行器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種工業(yè)機器人，包括:第一致動器，其被配置為繞第一軸線旋轉(zhuǎn)第一驅(qū)動臂；第二致動器；和第一運動鏈，其被配置為將第一驅(qū)動臂的旋轉(zhuǎn)傳送至末端執(zhí)行器的相應運動。該第一運動鏈包括第一桿體，該第一驅(qū)動臂和第一桿體之間的第一關(guān)節(jié)，該第一關(guān)節(jié)具有至少兩個自由度，和該第一桿體和末端執(zhí)行器之間的第二關(guān)節(jié)。該工業(yè)機器人包括第二運動鏈，其被配置為將該第二致動器的運動傳送至該末端執(zhí)行器的相應運動。該第二運動鏈包括該第二致動器和第一桿體之間的第四關(guān)節(jié)、該第一桿體和該第二關(guān)節(jié)。通過將該第一和第二運動鏈部署為共享桿體和關(guān)節(jié)，直接連接至末端執(zhí)行器的桿體和關(guān)節(jié)的數(shù)量能夠相對應地減少。作為結(jié)果，該機器人的可達性有所提高。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二運動鏈被配置為將該第一桿體暴露于彎曲力度。彎曲力度隱含地暗示了該第一和第二運動鏈被設(shè)計為以不同方向?qū)е逻\動。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二運動鏈被配置為導致該第一桿體繞該第一關(guān)節(jié)進行旋轉(zhuǎn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二運動鏈進一步包括第二桿體，以及處于該第二致動器和第二桿體之間的第三關(guān)節(jié)。桿體是一種用于將第二致動器的運動傳送至末端執(zhí)行器的相應運動的簡單裝置。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二致動器被配置為使得該第二驅(qū)動臂繞第二軸線進行旋轉(zhuǎn)，該第一驅(qū)動臂和第二驅(qū)動臂并聯(lián)工作。本發(fā)明尤其適于被應用于并聯(lián)運動機器人上。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一運動鏈進一步包括第三桿體，該第一驅(qū)動臂和第三桿體之間的第五關(guān)節(jié)，和該第三桿體和末端執(zhí)行器之間的第六關(guān)節(jié)。通過為第一運動鏈提供兩個并聯(lián)工作的桿體，末端執(zhí)行器的運動進一步受到約束。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一桿體和第三桿體在幾何上是平行的。通過為第一運動鏈提供兩個幾何上平行的桿體，末端執(zhí)行器的運動進一步受到約束。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一桿體比第三桿體剛性更強。該第一桿體需要相對剛性以便能夠承受其所被暴露的彎曲力度。其余桿體并沒有同樣的要求并且因此其余桿體能夠被制作為剛性較弱從而保持運動部件的重量盡可能低。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一運動鏈進一步包括第四桿體，該第一驅(qū)動臂和第四桿體之間的第七關(guān)節(jié)，和該第四桿體和末端執(zhí)行器之間的第八關(guān)節(jié)。通過為第一運動鏈提供三個并聯(lián)工作的桿體，末端執(zhí)行器的運動進一步受到約束。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一桿體、第三桿體和第四桿體在幾何上是平行的。通過為第一運動鏈提供三個幾何上平行的桿體，末端執(zhí)行器的運動進一步受到約束。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)和第七關(guān)節(jié)具有繞共用軸線的旋轉(zhuǎn)自由度。通過將第一關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)和第七關(guān)節(jié)部署在共用軸線上，末端執(zhí)行器的運動即使在所有三個關(guān)節(jié)具有三個DOF時也進一步受到約束。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該工業(yè)機器人進一步包括:第三運動鏈，其被配置為將第三致動器的運動傳送至末端執(zhí)行器的相應運動，該第三運動鏈包括第五桿體，該第三驅(qū)動臂和第五桿體之間的第九關(guān)節(jié)，該第五桿體和第一桿體之間的第十關(guān)節(jié)，該第一桿體和該第二關(guān)節(jié)。通過將第一、第二和第三運動鏈部署為共享桿體和關(guān)節(jié)，直接連接至末端執(zhí)行器的桿體和關(guān)節(jié)的數(shù)量能夠相應地減少。作為結(jié)果，該機器人的可達性有所提高。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第三致動器被配置為繞第三軸線旋轉(zhuǎn)該第三驅(qū)動臂，該第一驅(qū)動臂、第二驅(qū)動臂和第三驅(qū)動臂并聯(lián)工作。本發(fā)明尤其適于在并聯(lián)運動機器人中得以應用。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一軸線、第二軸線和第三軸線在幾何上是平行的。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一軸線、第二軸線和第三軸線是重合的。通過該措施，該機器人能夠被部署為能夠旋轉(zhuǎn)一整圈。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一軸線能夠旋轉(zhuǎn)一整圈。通過該措施，該機器人的工作區(qū)域有所改善。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，直接連接至末端執(zhí)行器的所有桿體在幾何上都是平行的。通過該措施，該機器人的可達性進一步有所提高。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當考慮該第一桿體的縱向軸線的方向時，該第四和第二關(guān)節(jié)位于該第一關(guān)節(jié)的相反兩側(cè)。通過該措施，該機器人的可達性進一步有所提高。
【附圖說明】
[0027]將參考附圖對本發(fā)明進行更為詳細的解釋，其中
[0028]圖1示出了本發(fā)明的一個實施例，其中一個剛性桿體是兩個單獨運動鏈的一部分，
[0029]圖2示出了本發(fā)明的一個實施例，其中一個剛性桿體是三個單獨運動鏈的一部分，
[0030]圖3示出了本發(fā)明的一個實施例，其中兩個桿體連接至剛性桿體的延伸，
[0031]圖4示出了本發(fā)明的一個實施例，其中兩個剛性桿體是兩個單獨運動鏈的一部分，
[0032]圖5示出了本發(fā)明的一個實施例，其中運動鏈包括皮帶機構(gòu)，
[0033]圖6示出了本發(fā)明的一個實施例，其中運動鏈包括集成于驅(qū)動臂上的杠桿機構(gòu)，
[0034]圖7示出了本發(fā)明的一個實施例，其中運動鏈包括齒輪機構(gòu)，和
[0035]圖8示出了本發(fā)明的一個實施例，其中驅(qū)動臂被劃分為兩個分段。
【具體實施方式】
[0036]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工業(yè)機器人10包括機器人框架，其具有機器人10能夠經(jīng)由其而接合至地面、基座、墻壁、天花板或者其它穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的支腳20。該機器人框架進一步包括固定接合至支腳20的柱體30，以及固定接合至柱體30的橫梁40。三個伺服電機50、60、70被接合至基座80，后者可以固定或可移動地關(guān)于橫梁40進行接合。每個伺服電機50、60、70具有驅(qū)動臂120、130、140與之固定接合的軸90、100、110。第一、第二和第三伺服電機50、60、70因此用作能夠繞相應伺服電機軸線進行旋轉(zhuǎn)的相應驅(qū)動臂120、130、140的致動器。每個驅(qū)動臂120、130、140利用相應運動鏈連接至末端執(zhí)行器150，上述運動鏈被配置為將驅(qū)動臂120、130、140的旋轉(zhuǎn)傳送至末端執(zhí)行器150的相應運動。
[0037]第一驅(qū)動臂120固定接合至第一伺服電機軸90，并且因此能夠繞第一軸線進行旋轉(zhuǎn)。第一驅(qū)動臂120利用第一傳動鏈連接至末端執(zhí)行器150，上述第一運動鏈由第一桿體160、第一驅(qū)動臂120和第一桿體160之間的第一關(guān)節(jié)170、第一桿體160和末端執(zhí)行器150之間的第二關(guān)節(jié)180、第三桿體190、第一驅(qū)動臂120和第三桿體190之間的第五關(guān)節(jié)200、第三桿體190和末端執(zhí)行器150之間的第六關(guān)節(jié)210、第四桿體220、第一驅(qū)動臂120和第四桿體220之間的第七關(guān)節(jié)230，以及第四桿體220和末端執(zhí)行器150之間的第八關(guān)節(jié)240所組成。第一運動鏈因此包括三個桿體和六個關(guān)節(jié)。這三個桿體在幾何上是平行的，即該桿體的縱向軸線在方向上保持平行。因此，末端執(zhí)行器150關(guān)于第一驅(qū)動臂120的方位保持恒定。這三個桿體在它們中的每一個直接而并不經(jīng)由三個桿體中的另一桿體來影響末端執(zhí)行器150的位置的意義上也是并聯(lián)工作的。這六個關(guān)節(jié)可以包括具有兩個或三個DOF的夫Ti O
[0038]第二驅(qū)動臂130固定接合至第二伺服電機軸100，并且因此能夠繞第二軸線進行旋轉(zhuǎn)。第二驅(qū)動臂130利用第二運動鏈連接至末端執(zhí)行器150，上述第二運動鏈包括第二桿體250、第二驅(qū)動臂130和第二桿體250之間的第三關(guān)節(jié)260、第二桿體250和第一桿體160之間的第四關(guān)節(jié)270、第一桿體160，以及第一桿體160和末端執(zhí)行器150之間的第二關(guān)節(jié)180。第二運動鏈進一步包括肘部280、肘部280和第一驅(qū)動臂偏移橫梁300之間的第一鉸鏈290、第一串聯(lián)桿體310、肘部280和第一串聯(lián)桿體310之間的第十三關(guān)節(jié)320，以及第一串聯(lián)桿體310和第一桿體偏移橫梁340之間的第十四關(guān)節(jié)330。
[0039]所要理解的是，肘部280、第一鉸鏈290、第一串聯(lián)桿體310、第十三關(guān)節(jié)320和第十四關(guān)節(jié)330并非本發(fā)明的必要部件。本發(fā)明的主要原則一即令桿體作為至少兩個單獨運動鏈的一部分一即使在第四關(guān)節(jié)270直接連接至第一桿體偏移橫梁340—即沒有以上所提到的處于其間的部件一的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)。然而