專利名稱：聯(lián)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聯(lián)動裝置，所述聯(lián)動裝置用作連桿機構(gòu)，例如在三維空間高速地、高精度地執(zhí)行物品的復(fù)雜加工或處理的平行連桿機構(gòu)或者機械手接頭(robot joint)。
背景技術(shù)：
配備有在三維空間中高速地、高精度地執(zhí)行物品的復(fù)雜加工或處理的平行連桿機構(gòu)的操作裝置是已知的(例如，參見日本專利未審查公開No.2000-94245)。
這個操作裝置包括平行連桿機構(gòu)，所述平行連桿機構(gòu)包括多個連桿，所述連桿連接底板和移動板，并協(xié)作地伸長和縮回以改變移動板相對于底板的位置和方向。當(dāng)工件保持在可旋轉(zhuǎn)的工作臺上時，工具連接到這個平行連桿機構(gòu)的移動板上，從而工具可以相對于工作臺上的工件自由地改變其位置和方向，并在三維空間執(zhí)行物品的復(fù)雜加工或處理。
這種平行連桿機構(gòu)的主要特性特征在于可移動部件的重量能夠減少，并且?guī)讉€連桿的定位誤差在遠端處被校平，這兩方面都有利于在三維空間高速地、高精度地進行物品的復(fù)雜加工或處理。
另一方面，如果移動板的操作范圍需要增加，則因為每一個連桿具有相對小的操作角范圍，連桿不得不延長，這增加了平行連桿機構(gòu)的尺寸并導(dǎo)致整個操作裝置較笨重。而且，因為該機構(gòu)的剛性低，所以攜帶在移動板上的工具的重量，即移動板的負荷容量不得不限制在較小的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種配備有緊湊的、剛性高的、具有大負荷容量的連桿機構(gòu)的聯(lián)動裝置。
根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)動裝置包括三個或更多連桿機構(gòu)，每一個連桿機構(gòu)由中心連桿件和端連桿件組成，所述端連桿件可旋轉(zhuǎn)地連接到所述中心連桿件和連桿轂(link hub)上，所述連桿轂分別設(shè)置在輸入件和輸出件上，其中，每一個連桿機構(gòu)的中心橫截面的輸入側(cè)和輸出側(cè)幾何上相同，并且其中，連接到輸入件上的連桿機構(gòu)中的兩個或更多個連桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)接點中的一個或更多個旋轉(zhuǎn)接點設(shè)置有制動機構(gòu)，用于使輸出件停止在給定的位置。
由于具有三個或更多個連桿機構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的系統(tǒng)具有高的剛性和大的輸出件負荷容量，并且系統(tǒng)也能容易制造得更緊湊。而且，因為用于使輸出件停止在給定位置處的制動機構(gòu)，而使得輸出件易于定位，其中所述制動機構(gòu)位于連接到輸入件的連桿轂上的連桿機構(gòu)中的兩個或更多個的旋轉(zhuǎn)接點中。制動機構(gòu)設(shè)置在連桿機構(gòu)中的兩個或更多個連桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)接點上的原因是為了確定輸出件相對于輸入件的位置。
輸入件和輸出件由三個或更多個連桿機構(gòu)連接在一起，每一個連桿機構(gòu)幾何上相同的形狀。設(shè)置三個或者更多個連桿機構(gòu)的原因在于構(gòu)造具有輸入件和輸出件的具有兩個自由度的系統(tǒng)?！斑B桿機構(gòu)的中心橫截面的輸入側(cè)和輸出側(cè)幾何上相同”在此指如果沿著中心連桿件的對稱面劃分，每一個連桿機構(gòu)的輸入和輸出側(cè)具有幾何上相同的形狀。每一個連桿機構(gòu)形成具有四個旋轉(zhuǎn)接點的三連桿鏈。位于輸入和輸出兩側(cè)的端連桿件是球面連桿。三個或更多個連桿機構(gòu)中的球面連桿的中心重合，每一個球面連桿距中心的距離相同。連接中心連桿件和端連桿件的旋轉(zhuǎn)接點的軸可以一個角度或者彼此平行地布置。任一種方式中，三個或更多個連桿機構(gòu)的中心連桿件具有幾何上相同的形狀。
在本發(fā)明中，制動機構(gòu)優(yōu)選地應(yīng)該具有增加旋轉(zhuǎn)接點處轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)。例如，旋轉(zhuǎn)接點可以具有軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有負的軸承間隙，從而實現(xiàn)上述增加轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)也減少了輸入件和輸出件之間的反沖，并能夠?qū)崿F(xiàn)輸出件的高精密定位控制。
制動機構(gòu)的備選結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)接點中的棘輪機構(gòu)，或用來自由地控制旋轉(zhuǎn)接點的旋轉(zhuǎn)角的致動器。制動機構(gòu)能夠設(shè)置在在輸入件和輸出件之一的連桿轂上的旋轉(zhuǎn)接點中的兩個或更多個旋轉(zhuǎn)接點中。
用于從輸入件向輸出件提供控制介質(zhì)的通道布置在由連桿機構(gòu)圍住的內(nèi)部空間內(nèi)，這對于簡化配線和配管操作是有益的。


附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的聯(lián)動裝置的透視圖，其中所述聯(lián)動裝置配備有具有棘輪結(jié)構(gòu)的制動機構(gòu)；圖2是圖1的連桿機構(gòu)中的一個的主視圖；圖3是圖1的連桿機構(gòu)中的一個的平面圖；圖4A是圖1的具有棘輪結(jié)構(gòu)的制動機構(gòu)的相關(guān)部件的局部放大橫截面主視圖，圖4B是圖4A的側(cè)視圖；圖5是在本發(fā)明的另一個實施例中的制動機構(gòu)的另一個實例的相關(guān)部件的局部放大橫截面主視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的聯(lián)動裝置的透視圖，所述聯(lián)動裝置配備有回轉(zhuǎn)電機型制動機構(gòu)；圖7是根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的聯(lián)動裝置的透視圖，所述聯(lián)動裝置配備有由小齒輪、齒條和往復(fù)缸構(gòu)成的制動機構(gòu)；圖8是本發(fā)明的另一個實施例中的聯(lián)動裝置的透視圖，其中所述聯(lián)動裝置具有安裝在圖6所述輸出件上的氣動缸；和圖9是在本發(fā)明的又一個實施例中的連桿機構(gòu)的局部橫截面視圖，所述連桿機構(gòu)為圖8所示往復(fù)缸的空氣軟管設(shè)置有保護件。
具體實施例方式
圖1所示的實施例包括三套連桿機構(gòu)1-3，三套連桿機構(gòu)1-3例如用作在三維空間高速地、高精度地執(zhí)行物品的復(fù)雜加工或處理的平行連桿機構(gòu)或者機械手接頭。
輸入件6和輸出件7通過三套連桿機構(gòu)1-3(第一至第三連桿機構(gòu))連接在一起，每一個連桿機構(gòu)具有幾何上相同的形狀。輸入件6安裝在該操作裝置并入其中的設(shè)備的輸入側(cè)部件上，其中所述輸入側(cè)部件例如是靜止部分。輸出件7連接到設(shè)備的輸出側(cè)部件上，其中所述輸出側(cè)部件例如是可移動部分。在這個實施例中，如圖所示的，輸入件6具有像圓盤的形狀，而輸出件7具有像軸的形狀。
每一個連桿機構(gòu)1-3形成三連桿鏈，包括輸入端連桿件1a(2a、3a)、中心連桿件1b(2b、3b)、輸出端連桿件1c(2c、3c)和四個旋轉(zhuǎn)接點。端連桿件1a-3a和1c-3c用球面連桿分別連接到輸入件6和輸出件7上。三個連桿機構(gòu)1-3中的球面連桿的中心重合，每一個球面連桿距中心的距離相同。連接中心連桿件1b-3b到端連桿件1a-3a和1c-3c上的旋轉(zhuǎn)接點的軸可以一角度或者平行地布置。任一種方式中，三個連桿機構(gòu)1-3的所有的中心連桿件1b-3b具有幾何上相同的形狀。
如圖2和圖3所示，一套連桿機構(gòu)1(2、3)包括分別設(shè)置在輸入件6和輸出件7上的兩個連桿轂4和5；可旋轉(zhuǎn)地連接在連桿轂4和5上的兩個端連桿件1a(2a、3a)和1c(2c、3c)；和一個中心連桿件1b(2b、3b)，中心連桿件1b(2b、3b)可旋轉(zhuǎn)地連接到兩個端連桿件1a(2a、3a)和1c(2c、3c)上以將它們連接起來。輸入連桿轂4和輸入端連桿件1a-3a與輸出連桿轂5和輸出端連桿件1c-3c相對于中心連桿件1b-3b的中心線A旋轉(zhuǎn)對稱布置，以便獲得大的操作角度。
連桿轂4和5分別包括三個沿徑向延伸的腿軸8和9。因為連桿機構(gòu)1-3的旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計，腿軸8或9與輸入件6或輸出件7成直角。腿軸8和9不必同樣地位于圓周方向，但是輸入連桿轂4和輸出連桿轂5必須在同樣的圓周位置。連桿轂4和5由三套連桿機構(gòu)1-3共用，端連桿機構(gòu)1a-3a、1c-3c分別與腿軸8和9連接。
端連桿件1a-3a和1c-3c是L形，并包括位于L的一側(cè)、用于可旋轉(zhuǎn)地連接連桿轂4或5的腿軸8或9的孔，和在L的另一側(cè)、用于可旋轉(zhuǎn)地連接中心連桿件1b(2b、3b)的腿軸10(將在后面說明)的孔。因為連桿機構(gòu)1-3的旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計，在連桿轂側(cè)的孔與在中心連桿件側(cè)的孔成直角。
中心連桿件1b-3b呈L形，包括在兩側(cè)的腿軸10，所述腿軸10連接到輸入端連桿件1a-3a和輸出端連桿件1c-3c的孔上。在輸入側(cè)和輸出側(cè)上的腿軸10形成其實際范圍在40度至100度之間的一個角度。這是因為如果所述角度小于40度，那么中心連桿件1b-3b的外直徑會太大，如果所述角度大于100度，那么中心連桿件1b-3b在軸向上會太長，而且因為機械干擾，操作角度的范圍也會變小。
當(dāng)連桿轂4和5的腿軸的角度和長度以及輸入端連桿件1a-3a和輸出端連桿件1c-3c的幾何結(jié)構(gòu)一樣，并且中心連桿件1b-3b在輸入側(cè)和輸出側(cè)具有同樣的形狀時，以及當(dāng)輸入和輸出端連桿件1a-3a和1c-3c(分別連接到連桿轂4和5的腿軸8和9以及中心連桿件1b-3b上)相對于中心連桿件1b-3b的對稱面處于同樣的角位置時，那么，輸入連桿轂4和端連桿件1a-3a因為幾何對稱而與輸出連桿轂5和端連桿件1c-3c同樣地移動，輸入件6和輸出件7以同樣的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)過同樣的角度。中心連桿件1b-3b的對稱面在此稱為“恒速二等分面”。
因為位于輸入連桿轂4和輸出連桿轂5之間的幾何上相同的連桿機構(gòu)1-3為圓周排列，因此，中心連桿件1b-3b僅沿著恒速二等分面移動，從而所有的連桿機構(gòu)1-3能夠彼此間沒有干擾地移動，藉此，輸入件6和輸出件7在任何操作角度上能以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。
在每個連桿機構(gòu)1(2、3)中的四個旋轉(zhuǎn)接點，即位于端連桿件1a(2a、3a)和1c(2c、3c)與連桿轂4和5的腿軸8和9之間的兩個接點以及位于端連桿件1a(2a、3a)和1c(2c、3c)與中心連桿件1b(2b、3b)的腿軸10之間的兩個接點，具有軸承結(jié)構(gòu)，因此在接點上的摩擦阻力或者旋轉(zhuǎn)阻力較低，藉此，得到了平穩(wěn)的動力傳輸并提高了耐久性。軸承結(jié)構(gòu)的實例包括滾珠軸承、雙排徑向止推滾珠軸承和四點接觸滾珠軸承，或者軸承結(jié)構(gòu)也可使用滾柱軸承或球面軸承。
通過施加預(yù)加負荷以消除這個軸承結(jié)構(gòu)中的徑向間隙和推力間隙，接點中的顫振減小，藉此，在輸入件6和輸出件7之間沒有相位差，從而它們總是以同樣的速度旋轉(zhuǎn)，并且防止了振動和噪音。特別地，通過在軸承結(jié)構(gòu)中提供負的軸承間隙，減小了輸入件6和輸出件7之間的反沖。
在圖1所示的實施例中，連接到輸入件6上的旋轉(zhuǎn)接點中的兩個旋轉(zhuǎn)接點，即輸入連桿轂4與第一和第二連桿機構(gòu)1和2的端連桿件1a和2a之間的接點，每一個接點包括用于使輸出件7停在給定位置的制動機構(gòu)11。
如圖4A和4B所示，制動機構(gòu)11具有棘輪結(jié)構(gòu)，棘輪結(jié)構(gòu)包括齒輪12和制動器13。齒輪12整體地固定在連桿轂4的腿軸8上，同時制動器13固定連接到端連桿件1a或2a上，球15通過彈簧14的彈性可收回地與齒輪表面接觸。因為這個具有設(shè)置在第一和第二連桿機構(gòu)1和2上的棘輪結(jié)構(gòu)的制動機構(gòu)11，通過利用彈簧14的彈性使球15與制動機構(gòu)11中的齒輪12接合，移動中的輸出件7能夠停在任何要求的位置。
圖5顯示本發(fā)明的另一實施例中的制動機構(gòu)16，其具有與圖4A和4B中所示制動機構(gòu)11不同的結(jié)構(gòu)。這個制動機構(gòu)16也設(shè)置在位于輸入連桿轂4與第一和第二連桿機構(gòu)1和2的端連桿件1a和2a之間的接點上。
這個實施例中的制動機構(gòu)16包括與螺桿軸17接合的圓盤狀制動器18，其中所述螺桿軸17設(shè)置在連桿轂4的腿軸8上，制動器18具有沿軸向直徑減小的圓錐形外表面19，圓錐形外表面19設(shè)計成與環(huán)形制動器接收件20的內(nèi)表面接合，其中制動器接收件20連接到端連桿件1a或2a上。通過在制動器18的圓錐形外表面19和制動器接收件20的內(nèi)表面之間的預(yù)定的摩擦阻力，制動器18和制動器接收件20彼此保持。因為具有擰入結(jié)構(gòu)的這個制動機構(gòu)16，通過在與螺桿軸17接合的制動器18擰入時圓錐形外表面19和制動器接收件20的內(nèi)表面之間的摩擦阻力，移動中的輸出件7能夠停在任何要求的位置。
圖6還顯示了本發(fā)明的另一個實施例，其中設(shè)置在第一和第二連桿機構(gòu)1和2上的制動機構(gòu)21包括致動器，其中所述制動器是回轉(zhuǎn)電機22，并且在輸入連桿轂4和端連桿件1a和2a之間的接點內(nèi)?；剞D(zhuǎn)電機22固定在安裝在輸入件6上的電機座23上，且輸出軸固定在端連桿件1a或2a上?；剞D(zhuǎn)電機22的輸出軸正交于端連桿件1a和2a的旋轉(zhuǎn)方向。通過以電動機控制器(沒有示出)控制這個回轉(zhuǎn)電機22的旋轉(zhuǎn)，輸出件7能夠停在任何要求的位置。
圖7顯示本發(fā)明的再一個實施例，其中設(shè)置在第一和第二連桿機構(gòu)1和2上的制動機構(gòu)24包括致動器，所述致動器由小齒輪25、齒條26和往復(fù)缸27構(gòu)成，并且在輸入連桿轂4和端連桿件1a和2a之間的接點中。往復(fù)缸27安裝在輸入件6上，與設(shè)置在往復(fù)缸27頂端上的齒條26嚙合的小齒輪25固定到端連桿件1a或2a上。往復(fù)缸27來回移動齒條26以旋轉(zhuǎn)與齒條26嚙合的小齒輪25，從而將輸出件7停在任何要求的位置。
對圖6和圖7中的實施例而言，如果輸入件6固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫剞D(zhuǎn)電機22或者由小齒輪25、齒條26和往復(fù)缸27構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)控制致動器能夠布置在作為靜止側(cè)的輸入件6上，從而輸出件7的可移動范圍能夠調(diào)整得較大，而不用擔(dān)心拖動致動器的電線。同樣，因為作為輸出側(cè)的輸出件7上不具有任何旋轉(zhuǎn)控制致動器，所以慣性力矩較小，高速運動成為可能。
圖8顯示了另一實施例，其是圖6中所示的實施例的變型，具有固定在輸出件7的尖端的氣動缸28。在這個實施例中，空氣軟管30設(shè)置成延伸通過由三個連桿機構(gòu)1-3圍住的內(nèi)部空間29以形成空氣通道，需要用來操作致動器28的壓縮空氣(控制介質(zhì))通過位于輸入件6和輸出件7之間的空氣軟管30供給。
通過利用由三個連桿機構(gòu)1-3圍住的內(nèi)部空間29，實現(xiàn)了空間的有效利用。設(shè)置在輸出件7上的氣動設(shè)備或電動致動器所需的電線和類似物也可以布置在三個連桿機構(gòu)1-3里面的內(nèi)部空間29內(nèi)，從而，它們不會妨礙輸出件7的移動，并不會干擾其它部件。
代替與這個實施例一樣的氣動致動器28，能夠安裝電動電機或者處理工具，而配線和配管類似地容納在由連桿機構(gòu)1-3限定的內(nèi)部空間29中。并且如圖9所示，保護件31可以設(shè)置用來保護空氣軟管30。這個保護件31包括在輸入和輸出件6和7的球面部件的中心內(nèi)的波紋管，以跟隨輸入或輸出件6或7的角度變化。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)動裝置，包括三個或更多個連桿機構(gòu)，每一個連桿機構(gòu)由中心連桿件和端連桿件組成，其中所述端連桿件可旋轉(zhuǎn)地連接到所述中心連桿件和連桿轂上，所述連桿轂分別設(shè)置在輸入件和輸出件上，其中，每一個連桿機構(gòu)的中心橫截面的輸入側(cè)和輸出側(cè)在幾何形狀上是相同的，并且其中，連接到輸入件上的連桿機構(gòu)中的兩個或更多個連桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)接點中的一個或更多個旋轉(zhuǎn)接點設(shè)置有制動機構(gòu)，用于將輸出件停止在給定的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)動裝置，其中，所述制動機構(gòu)具有增加旋轉(zhuǎn)接點處的轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)動裝置，其中，每個所述旋轉(zhuǎn)接點均具有軸承結(jié)構(gòu)，其中所述軸承結(jié)構(gòu)具有負的軸承間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)動裝置，其中，所述制動機構(gòu)具有棘輪機構(gòu)，所述棘輪機構(gòu)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)接點中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)動裝置，其中，所述制動機構(gòu)具有用來自由地控制旋轉(zhuǎn)接點的旋轉(zhuǎn)角的致動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的聯(lián)動裝置，其中，所述制動機構(gòu)設(shè)置在位于輸入件和輸出件中的一個的連桿轂上的旋轉(zhuǎn)接點中的兩個或更多個旋轉(zhuǎn)接點中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的聯(lián)動裝置，其中，從輸入件向輸出件供給控制介質(zhì)的通道布置在由連桿機構(gòu)圍住的內(nèi)部空間內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聯(lián)動裝置，其中，從輸入件向輸出件供給控制介質(zhì)的通道布置在由連桿機構(gòu)圍住的內(nèi)部空間內(nèi)。
全文摘要
一種聯(lián)動裝置，其配備有緊湊的、剛性高的、具有大的負荷容量的連桿機構(gòu)。所述聯(lián)動裝置包括三個或更多個連桿機構(gòu)。每一個連桿機構(gòu)由中心連桿件和端連桿件組成，所述端連桿件可旋轉(zhuǎn)地連接到所述中心連桿件和連桿轂上，所述連桿轂分別設(shè)置在輸入件和輸出件上。每一個連桿機構(gòu)的中心橫截面的輸入側(cè)和輸出側(cè)在幾何形狀上相同。連接到輸入件上的連桿機構(gòu)中的兩個或更多個連桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)接點中的一個或更多個旋轉(zhuǎn)接點設(shè)置有制動機構(gòu)，用于將輸出件停止在給定的位置。
文檔編號G05G5/00GK1878640SQ200380110790
公開日2006年12月13日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者曾根啟助, 中小路雅文, 巖本憲市 申請人:Ntn株式會社