TWI440521B - 並聯機構及其平移支鏈 - Google Patents

Description

並聯機構及其平移支鏈

本發明涉及一種並聯機構，特別係一種用於工業機器人之並聯機構及其平移支鏈。

近年來，多自由度之並聯機構於工業生產中得到了廣泛之應用，特別被廣泛應用於工業機器人中以實現多方位之快速運動。目前，四自由度之並聯機構應用最為廣泛。如圖1所示，為一種習知之四自由度並聯機構100之結構示意圖，其一般包括靜平台11、動平台12及連接靜平台11與動平台12之一轉動支鏈13與三平移支鏈15。轉動支鏈13可實現獨立之旋轉運動，三平移支鏈15可實現XYZ三維度之平移運動。每一平移支鏈15包括一擺動控制臂151及一四連桿結構152，擺動控制臂151與靜平台11活動連接。四連桿結構152之四連桿之間藉由球鉸鏈153轉動連接，其中相對設置之二連桿分別與擺動控制臂151及動平台12固定連接。工作時，電動機或其他驅動器驅動擺動控制臂151作一定角度之轉擺運動，以帶動四連桿結構152張合、平移、轉動，從而實現動平台12之三維運動。

然而，上述四連桿結構152之連桿之間藉由球鉸鏈153轉動連接，由於球鉸鏈能夠實現之偏擺角度有限(一般為25度以內)，使四連桿結構152之平移距離受到限制，導致採用四連桿結構152之並 聯機構100之運動靈活性較差。並且，球鉸鏈不易加工，連桿與球鉸鏈之間之配合間隙難以控制，組裝工序複雜，導致採用四連桿結構152之並聯機構100之生產成本較高。

鑒於上述狀況，有必要提供一種運動靈活性高且生產成本低之並聯機構及其平移支鏈。

一種用於並聯機構之平移支鏈，包括擺動控制臂及與該擺動控制臂轉動連接之四連桿結構，該四連桿結構包括第一連接軸、第二連接軸、第一連桿、第二連桿，該擺動控制臂與該第一連接軸轉動連接，該四連桿結構還包括四連接組件，該第一、第二連桿之端部與該第一、第二連接軸之端部重疊以形成四邊形，並藉由該四連接組件轉動連接，每一連接組件包括轉軸、軸套及鎖固件，該第一連桿之二端與該第二連桿之二端分別開設有軸孔，每一軸套套設於對應之轉軸上，並與該轉軸一同穿設於對應之軸孔中，且該轉軸穿過與該軸孔所在端部重疊之相應第一連接軸或第二連接軸，並與對應之鎖固件鎖合。

一種用於工業機器人之並聯機構，包括靜平台、動平台、轉動支鏈以及上述平移支鏈，該轉動支鏈及平移支鏈連接該靜平台與該動平台。

上述並聯機構中，四連桿結構之第一、第二連桿與第一、第二連接軸之端部重疊並藉由轉軸轉動連接，第一、第二連桿相對於第一、第二連接軸之轉動角度範圍較大，故，平移支鏈之平移距離較大，使並聯機構之工作空間大，運動靈活性提高。並且，採用轉軸連接方式之四連桿結構易於製造及組裝，生產成本較低。

200‧‧‧並聯機構

10‧‧‧靜平台

20‧‧‧動平台

30‧‧‧轉動支鏈

50‧‧‧平移支鏈

51‧‧‧擺動控制臂

511‧‧‧樞接部

512‧‧‧擺動部

513‧‧‧樞轉部

5131‧‧‧樞轉孔

52‧‧‧四連桿結構

521‧‧‧第一連接軸

5211‧‧‧轉軸部

5212‧‧‧變形軸部

5213‧‧‧凸緣

5214‧‧‧螺紋部

5215‧‧‧軸孔

522‧‧‧第二連接軸

523‧‧‧第一連桿

5231‧‧‧連接部

5232‧‧‧軸孔

524‧‧‧第二連桿

525‧‧‧連接組件

5251‧‧‧轉軸

5252‧‧‧軸套

5253‧‧‧鎖固件

526‧‧‧樞轉組件

5261‧‧‧套筒

5262‧‧‧摩擦墊片

5263‧‧‧抵持件

5265‧‧‧鎖固件

60‧‧‧驅動件

圖1係習知之四自由度並聯機構之結構示意圖。

圖2係本發明較佳實施例之並聯機構之平面示意圖。

圖3係本發明較佳實施例之平移支鏈之立體組裝圖。

圖4係圖3所示平移支鏈之立體分解圖。

下面將結合附圖及較佳實施例對本發明之並聯機構及其平移支鏈作進一步之詳細說明。

請參見圖2，本發明較佳實施例之並聯機構200為四自由度並聯機構，其包括一靜平台10、一動平台20及連接靜平台10與動平台20之一轉動支鏈30與三平移支鏈50。轉動支鏈30及平移支鏈50藉由驅動件60與靜平台10活動連接。

請同時參見圖3與圖4，每一平移支鏈50包括一擺動控制臂51及一四連桿結構52。四連桿結構52包括一第一連接軸521、一第二連接軸522、一第一連桿523、一第二連桿524、複數連接組件525以及二樞轉組件526。第一連接軸521與擺動控制臂51轉動連接，第二連接軸522與動平台20轉動連接，第一、第二連桿523、524藉由連接組件525分別與第一、第二連接軸521、522轉動相連。

擺動控制臂51包括一樞接部511以及一擺動部512。擺動部512之端部形成有一大體為圓柱狀之樞轉部513，樞轉部513開設有一圓形樞轉孔5131。

第一連接軸521包括一轉軸部5211及從轉軸部5211之二端垂直向外延伸之變形軸部5212。轉軸部5211與二變形軸部5212之結合處 分別形成有一凸緣5213及一螺紋部5214，二變形軸部5212之端部分別開設有一軸孔5215。

第二連接軸522之結構與第一連接軸521相同。

第一連桿523大體為長條形，其第一端部、第二端部及中部均形成有一大體為圓柱狀之連接部5231，連接部5231上開設有一圓形軸孔5232。

第二連桿524之結構與第一連桿523相同。

每一連接組件525包括一轉軸5251、一軸套5252及一鎖固件5253。轉軸5251之端部開設有可與鎖固件5253鎖合之螺紋部(圖未示)，軸套5252之外徑略小於軸孔5232之半徑，故，軸套5252可被放置於軸孔5232內。

每一樞轉組件526包括一套筒5261、一摩擦墊片5262、一抵持件5263及一鎖固件5265。套筒5261之外徑略小於樞轉孔5131之半徑，故，套筒5261可被放置於樞轉孔5131內。

請同時參見圖2，組裝時，擺動控制臂51之樞接部511與靜平台10上設置之驅動件60轉動連接，擺動部512與第一連接軸521轉動連接。套筒5261套設於第一連接軸521之轉軸部5211上，第一連接軸521穿設於擺動控制臂51之樞轉部513，轉軸部5211連同套筒5261一同位於樞轉孔5131內。凸緣5213抵持於樞轉孔5131一側防止套筒5261脫出，摩擦墊片5262及抵持件5263套設於第一連接軸521之螺紋部5214上，鎖固件5265螺設於螺紋部5214上並推抵抵持件5263及摩擦墊片5262之間緊密貼合，以增加第一連接軸521相對於擺動控制臂51之轉動穩定性。

然後，將第一、第二連桿523、524之第一端部分別與第一連接軸521之二端轉動連接。軸套5252套設於轉軸5251上，轉軸5251依次穿設第一連桿523之軸孔5232及第一連接軸521之軸孔5215並與鎖固件5253鎖合。如此，第一連桿523之第一端部即與第一連接軸521之一端重疊並藉由連接組件525轉動連接。第二連桿524之第一端部以相同方式與第一連接軸521之另一端轉動連接。

最後，將第二連接軸522與動平台20轉動相連，連接方式與第一連接軸521與擺動控制臂51之連接方式相同。再將第一、第二連桿523、524之第二端部分別與第二連接軸522之二端重疊並藉由連接組件525轉動連接。

進一步地，四連桿結構52還包括一加強桿527，其二端藉由連接組件525分別與第一、第二連桿523、524之中部轉動連接。加強桿527可增加四連桿結構52之剛性，且可保證四連桿結構52於運動中始終處於同一平面內，從而提高平移支鏈50於運動中之平穩性。

工作時，轉動支鏈30可於電機等驅動裝置之驅動下作旋轉運動，擺動控制臂51可於電機等驅動裝置之驅動下相對於靜平台10作一定角度之轉擺運動，以帶動四連桿結構52張合、平移、轉動，從而實現平移支鏈50於XYZ三維度之平移運動。如此，轉動支鏈30與三平移支鏈50相互配合以帶動動平台20實現旋轉、升降、平移等運動。動平台20上可固定工業機器人之工作端或機床之刀具等，以完成工業生產中之工件取放、刀具切削、鑽削等任務。

本發明之並聯機構200中，第一、第二連桿523、524相對於第一、第二連接軸521、522之轉動不會受到連接組件525之約束，轉 動角度範圍較大(約為60度左右)，故，平移支鏈50之平移距離較大，使並聯機構200之工作空間大，運動靈活性提高。並且，採用轉軸連接方式之四連桿結構52易於製造及組裝，生產成本較低。

另，四連桿結構52設置加強桿527，可增加四連桿結構52之剛性，並提高平移支鏈50於運動中之平穩性。

第一、第二連接軸521、522上套設套筒5261，可使第一、第二連接軸521、522與擺動控制臂51及動平台20之間之配合間隙較小，運動穩定性提高，並可保護第一、第二連接軸521、522不被磨損。轉軸5251上套設軸套5252，亦可減小第一、第二連桿523、524與轉軸5251之間之配合間隙，提高平移支鏈50之運動穩定性以確保工業機器人之工作精度，同時亦可保護轉軸5251不被磨損，從而延長並聯機構200之工作壽命。

另，並聯機構200不限於四自由度並聯機構，還可為其他多自由度並聯機構。套筒5261、摩擦墊片5262、抵持件5263、軸套5252及加強桿527均可被省略。

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。

50‧‧‧平移支鏈

51‧‧‧擺動控制臂

511‧‧‧樞接部

512‧‧‧擺動部

513‧‧‧樞轉部

5131‧‧‧樞轉孔

521‧‧‧第一連接軸

5211‧‧‧轉軸部

5212‧‧‧變形軸部

5213‧‧‧凸緣

5214‧‧‧螺紋部

5215‧‧‧軸孔

522‧‧‧第二連接軸

523‧‧‧第一連桿

5231‧‧‧連接部

5232‧‧‧軸孔

524‧‧‧第二連桿

525‧‧‧連接組件

5251‧‧‧轉軸

5252‧‧‧軸套

5253‧‧‧鎖固件

526‧‧‧樞轉組件

5261‧‧‧套筒

5262‧‧‧摩擦墊片

5263‧‧‧抵持件

5265‧‧‧鎖固件

Claims (11)

1. 一種用於並聯機構之平移支鏈，包括擺動控制臂以及與該擺動控制臂轉動連接之四連桿結構，該四連桿結構包括第一連接軸、第二連接軸、第一連桿及第二連桿，其改良在於：該擺動控制臂與該第一連接軸轉動連接，該四連桿結構還包括四連接組件，該第一、第二連桿之端部與該第一、第二連接軸之端部重疊以形成四邊形，並藉由該四連接組件轉動連接，每一連接組件包括轉軸、軸套及鎖固件，該第一連桿之二端與該第二連桿之二端分別開設有軸孔，每一軸套套設於對應之轉軸上，並與該轉軸一同穿設於對應之軸孔中，且該轉軸穿過與該軸孔所在端部重疊之相應第一連接軸或第二連接軸，並與對應之鎖固件鎖合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平移支鏈，其中該四連桿結構還包括加強桿，該加強桿可轉動地設置於該第一、第二連桿之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平移支鏈，其中該擺動控制臂包括樞轉部，該第一連接軸包括轉軸部，該轉軸部可轉動地穿設該樞轉部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之平移支鏈，其中該四連桿結構還包括套筒，該套筒套設於該第一連接軸之轉軸部，並與該轉軸部一同位於該樞轉部內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之平移支鏈，其中該第一、第二連桿分別具有第一端部與第二端部，該第一、第二連桿之第一端部分別與該第一連接軸之二端重疊並藉由該轉軸轉動連接，該第一、第二連桿之第二端部分別與該第二連接軸之二端重疊並藉由該轉軸轉動連接。
6. 一種用於工業機器人之並聯機構，包括靜平台、動平台以及連接該靜平台與該動平台之轉動支鏈及平移支鏈，該平移支鏈包括擺動控制臂及與 該擺動控制臂轉動連接之四連桿結構，該四連桿結構包括第一連接軸、第二連接軸、第一連桿及第二連桿，其改良在於：該擺動控制臂與該第一連接軸轉動連接，該四連桿結構還包括四連接組件，該第一、第二連桿之端部與該第一、第二連接軸之端部重疊以形成四邊形，並藉由該四連接組件轉動連接，每一連接組件包括轉軸、軸套及鎖固件，該第一連桿之二端與該第二連桿之二端分別開設有軸孔，每一軸套套設於對應之轉軸上，並與該轉軸一同穿設於對應之軸孔中，且該轉軸穿過與該軸孔所在端部重疊之相應第一連接軸或第二連接軸，並與對應之鎖固件鎖合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機構，其中該擺動控制臂與該靜平台活動連接；該第二連接軸與該動平台轉動連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之並聯機構，其中該四連桿結構還包括套筒，該套筒套設於該第一、第二連接軸上，並與該第一、第二連接軸一同穿設該擺動控制臂及該動平台。
9. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機構，其中該四連桿結構還包括加強桿，該加強桿可轉動地設置於該第一、第二連桿之間。
10. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機構，其中該擺動控制臂包括樞轉部，該第一連接軸包括轉軸部，該轉軸部可轉動地穿設該樞轉部。
11. 如申請專利範圍第6項所述之並聯機構，其中該第一、第二連桿分別具有第一端部與第二端部，該第一、第二連桿之第一端部分別與該第一連接軸之二端重疊並藉由該轉軸轉動連接，該第一、第二連桿之第二端部分別與該第二連接軸之二端重疊並藉由該轉軸轉動連接。