并聯式機器人及線性并聯式機構的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種線性并聯式機構，包含一固定平臺、一可動平臺及多個連桿組。連桿組連接固定平臺與可動平臺，并帶動可動平臺，其中一連桿組包含線性傳動元件以及致動連桿，各致動連桿由各線性傳動元件帶動，使可動平臺相對固定平臺作動。借此，除解決傳統串聯式機器人機構誤差累積的問題，亦同時降低習用并聯式機器人機構的運動誤差的問題，且可擴大其工作范圍并強化工作穩定性。
【專利說明】并聯式機器人及線性并聯式機構

【技術領域】
[0001]本發明提供一種線性并聯式機構，尤其是一種穩定的線性并聯式機構及具有前述并聯式機構的并聯式機器人。

【背景技術】
[0002]按傳統習用的串聯式機器人機構，均須要一串聯式三軸調整機構，此機構可水平與垂直自動調整其可動平臺的姿態與角度，但此機構具有以下缺點:(1)串聯式機構易造成誤差的累積；(2)串聯式機構負荷流線長，機構強度較弱，容易變形；(3)串聯式機構若欲增加其強度，會增加慣性造成機構控制上的不易，且精度較差，以及能源耗損嚴重；(4)串聯式機構于作動時，無法有效消除熱變形的問題。
[0003]基于前述傳統串聯式機器人機構的困擾，現今許多產業將串聯式機構改良為并聯式機構。此并聯式機構為一封閉的系統，采用習用并聯式機構的機器人多將三個固定座散布安裝于一工作平臺外圍，再從三固定座延伸出三個連桿組，這些連桿組的一端由線性傳動元件構成，另一端則由連桿構成，并連接到一個可動平臺上，這些線性傳動元件分別在單一方向做線性往復運動，而帶動可動平臺于三度空間移動，此種習用并聯式機構設計可以解決結構復雜、慣性大及高負荷的缺點。
[0004]前述并聯式機構雖可解決串聯式機器人機構的部份問題，但習用并聯式機構會產生以下困擾:
[0005]其一，此類并聯式機構設計將三組傳動元件散布安裝于一工作平臺外圍，其工作平臺上方周側空間并無法有效運用，工作平臺下方供工件傳輸的空間亦因為三組傳動元件與其固定機構占住部分空間而多所受限。
[0006]其二，工作平臺要運用下方空間進行工作，故工作平臺亦無法降低工作高度。
[0007]其三，三組傳動元件與其固定機構散布安裝于一工作平臺外圍，整體體積龐大，安裝及運輸皆麻煩又占空間。
[0008]其四，三組傳動元件散布安裝于一工作平臺外圍會讓工作慣性不容易集中控制，增加線性并聯式機器人調校穩定性的難度。


【發明內容】

[0009]本發明提供一種線性并聯式機構以及一種并聯式機器人，利用并聯式的多個連桿組對稱排列固定于同一固定座的設計，不但可以帶動可動平臺于三度空間移動，且此并聯式機構及并聯式機器人可降低運動誤差(提升穩定性)，有效抵消熱變形。同時，多組傳動元件集中式的固定設計令連桿組可以充分運用固定平臺上方工作空間，降低固定平臺工作安裝高度，以擴大工作范圍及并提高穩定性。
[0010]依據本發明一實施方式，提供一種線性并聯式機構，此線性并聯式機構包括一固定平臺、一可動平臺以及多個連桿組。可動平臺相對于固定平臺，連桿組則連接固定平臺與可動平臺，并帶動可動平臺。固定平臺包含一固定基座及一固定座，此固定座設置于固定基座的一中心位置。各連桿組包括一線性傳動元件與一致動連桿，其中多個線性傳動元件呈均勻對稱環繞固定在固定座外側，且各線性傳動元件用以傳動致動連桿。各致動連桿具有兩端，各致動連桿的第一端受各線性傳動元件帶動，而各致動連桿的第二端連接于可動平臺。借此，利用連桿組分別在單一方向做線性往復運動，帶動可動平臺于三度空間移動。
[0011]依據前述的線性并聯式機構，其中各致動連桿一端可以采可拆卸鎖接或固接于各線性傳動元件，各致動連桿的第二端可以一球接頭或是一萬向接頭連接于可動平臺。借此，可提供并聯式機器人更多設計的靈活性。
[0012]依據本發明另一實施方式，提供一種具并聯式機構的并聯式機器人，其用以配置在于自動化生產線上，前述并聯式機器人包含一固定平臺、一可動平臺、一旋轉裝置以及多個連桿組。可動平臺相對于固定平臺，可動平臺利用一載具以帶動一工件。旋轉裝置帶動可動平臺上的載具進行旋轉。各連桿組裝設于固定平臺與可動平臺之間。固定平臺包含一固定基座與一固定座，其中固定座裝設于固定基座的一中心位置。各連桿組包括一傳動元件(可為直線性或非直線性)與一致動連桿，其中多個傳動元件呈均勻對稱環繞固設在固定座外側。各致動連桿具有相連接的一致動上桿及一致動下桿。其中致動上桿上側具有第一端連接于傳動元件，同時，致動下桿下側具有第二端連接于帶動可動平臺。當傳動元件傳動令致動上桿伸縮作動，致動上桿同時帶動致動下桿，并以多個致動連桿獨立動作驅動可動平臺于三度空間移動，且旋轉裝置可進一步以增加可動平臺另一自由度的旋轉。
[0013]依據前述的并聯式機器人，其中該傳動元件可呈直線性或非直線性傳動。致動上桿被帶動的位移范圍可位于固定基座的上方。
[0014]依據本發明再一實施方式，提供一種并聯式機器人，其包括一固定平臺、一可動平臺、一旋轉裝置以及多個連桿組。連桿組裝設于固定平臺與可動平臺之間，旋轉裝置連接固定座與可動平臺，而可動平臺相對于固定平臺。可動平臺利用一載具以帶動一工件。旋轉裝置帶動可動平臺上的載具進行旋轉。固定平臺包括一固定基座以及一固定座，其中固定座設置于固定基座的一中心位置。各連桿組包括一傳動元件以及一致動連桿，其中傳動元件呈均勻對稱環繞固設在固定座外側，各致動連桿包括相連接的一致動上桿以及一致動下桿。致動上桿上側具有第一端連接傳動元件且被傳動元件帶動，致動下桿下側具有第二端連接帶動可動平臺。通過旋轉裝置被裝設于固定座內的機構驅動的配置來旋轉載具，可以經由降低裝設于固定座的傳動元件的載重負擔，進而增加機器人的載重能力。
[0015]依據前述的并聯式機器人，其中各致動上桿可為彎曲形狀，以增加此并聯式機器人的運動空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是繪示依照本發明的一實施方式的一種線性并聯式機構配合一罩體的外觀圖；
[0017]圖2繪示依照圖1實施方式的線性并聯式機構的立體圖；
[0018]圖2A繪示依照圖2實施方式的線性并聯式機構的側視圖；
[0019]圖3繪示依照本發明另一實施方式的一種并聯式機器人的立體圖；
[0020]圖3A繪示依照圖3實施方式的并聯式機器人的側視圖；
[0021]圖4繪示依照本發明再一實施方式的一種并聯式機器人的立體圖；
[0022]圖4A繪示依照圖4實施方式的并聯式機器人的側視圖。

【具體實施方式】
[0023]請參閱圖1，其繪示依照本發明的一實施方式的一種線性并聯式機構配合一罩體500的外觀圖。本實施方式的線性并聯式機構包含一固定平臺100、一可動平臺200與多個連桿組300。利用并聯式且對稱的多個連桿組300伸縮作動，以帶動可動平臺200相對固定平臺100進行三度空間的移動。由圖1可知，在實際操作時，可外加一罩體500，避免線性并聯式機構在使用過程中，受外在環境的影響。
[0024]請參閱圖2，是繪示依照圖1實施方式的線性并聯式機構的立體圖。其中固定平臺100包含一固定基座110及一固定座120，此固定座120設置于固定基座110的一中心位置。可動平臺200相對應于固定平臺100。
[0025]請同時配合圖2A，其繪示依照圖2實施方式的線性并聯式機構的側視圖。多個連桿組300裝設于固定平臺100與可動平臺200之間，且各連桿組300包括一線性傳動元件310與一致動連桿320，其中線性傳動元件310呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側，多個線性傳動元件310帶動多個致動連桿320，且使多個致動連桿320用以連動可動平臺200。各致動連桿320包括相樞連的一致動上桿321以及一致動下桿322。致動上桿321上側具有致動連桿320的第一端3201連接傳動元件310且被傳動元件310帶動，致動下桿322下側具有致動連桿320的第二端3202樞接帶動可動平臺200。第一端3201鎖接于各線性傳動元件310，致動上桿321則與致動下桿322以一球接頭或一萬向接頭連結。第二端3202以另一球接頭或一萬向接頭(未編號)連接于可動平臺200，有助于帶動可動平臺200連動一載具600進行多個自由度的作動。
[0026]值得進一步說明的是，本實施方式的線性并聯式機構包含多個馬達121(作為傳動源)，利用各馬達121分別驅動各個線性傳動元件310，使線性傳動元件310可以在整體重心位置帶動致動連桿320穩定伸縮作動，進而穩定連動可動平臺200。
[0027]繼續參照圖2，各致動上桿321為直桿，其受各線性傳動元件310帶動，且通過各線性傳動元件310不同的進給量調整各致動連桿320的位移量而達成可動平臺200于三度空間的位置調整。
[0028]請參閱圖3，其繪示依照本發明另一實施方式的一種并聯式機器人的立體圖。并聯式機器人包含一固定平臺100、一可動平臺200、多個連桿組300以及一旋轉裝置400。
[0029]固定平臺100包含一固定基座110與固定座120，此固定座120裝設置于固定基座110的一中心位置。連桿組300連接固定平臺100與可動平臺200，并帶動可動平臺200于三度空間內移動。旋轉裝置400裝設于可動平臺200，并以旋轉裝置400帶動可動平臺200上的一載具600進行旋轉，以載具600帶動一工件。
[0030]請同時配合圖3A，是繪示依照圖3實施方式的并聯式機器人的側視圖。連桿組300裝設于固定平臺100與可動平臺200之間，且連桿組300包括一傳動元件330與一致動連桿320，其中多個傳動元件330呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側。且各致動連桿320受各傳動元件330傳動而使可動平臺200于三度空間內移動。各致動連桿320包括一致動上桿321及一致動下桿322。其中致動上桿321上側有致動連桿320的第一端3201連接于傳動元件330，同時，致動下桿322具有一樞轉端3203 (—球接頭或一萬向接頭)連接于致動上桿321 ;致動下桿322另具有致動連桿320的第二端3202連接于可動平臺200。當傳動元件330帶動致動上桿321伸縮作動,致動下桿322會隨著致動上桿321連動,并帶動可動平臺200改變姿態、位置與角度。此時，各致動連桿320的升降空間可以運用固定基座110各側空間，也就是說，各傳動元件330可沿著固定座120各側空間帶動各致動上桿321作不同高度的位移，使可動平臺200于三度空間內移動。此外，通過將傳動元件330平均對稱固定于固定座120，且固定座120又設置于固定基座110的中央，更有助于提升并聯式機器人作動期間的穩定性。
[0031]依據圖3實施方式，并聯式機器人的傳動元件330呈線性傳動，令致動上桿321伸縮作動。前述伸縮帶動方式令致動上桿321同時帶動致動下桿322,并以多個致動連桿320獨立動作驅動可動平臺200改變姿態、位置與角度。另外，傳動元件330不僅可采直線性傳動(如圖所示)；傳動元件330更可呈非直線性傳動,借此以擺動方式帶動致動上桿321,使可動平臺200的作動有更多元的變化。
[0032]依據本實施方式，上述固定座120設置于前述固定基座110的一中心位置使各致動連桿320可以穩定帶動可動平臺200水平、傾斜與垂直移動，并由于多個傳動元件330呈均勻對稱環繞固設在固定座120外側，故本發明不僅具有更佳穩定性，且可以充分運用固定基座110上方各側空間(固定基座110上方運動機構集中于中央)，借以增加致動連桿320運動空間又或是可以依設計需求降低固定平臺100安裝高度，故本發明具有較大工作范圍。另一方面，此一體集中式的固定座120設計，便于生產后的集中裝箱輸送及一次性組裝維修，故其安裝及運輸皆方便性與節省空間。
[0033]請參閱圖4與圖4A，其分別繪示依照本發明再一實施方式的一種并聯式機器人的立體圖及側視圖。此實施方式中并聯式機器人具一并聯式機構，并聯式機器人用以配置在一自動化生產線上，此并聯式機器人的并聯式機構于此再一實施方式的特征在于改善旋轉裝置700驅動方式，旋轉裝置700為一連桿，其直接連接固定座120與可動平臺200，并受一設置于固定座120內的馬達(在此不加以繪示)驅動。借此，旋轉裝置700由固定座120內凸伸而出，且旋轉裝置700經可動平臺200旋動工作，故旋轉裝置700透過固定座120穩定地驅動而能帶動可動平臺200的載具600旋轉。
[0034]由上述本發明各方式可知，應用本發明具有下列優點:
[0035]1.本發明運用固定平臺，可動平臺與連桿組三者的集中穩定結合設計，以降低運動累積誤差，增加工作范圍、運動精度與提高機構的穩定性。
[0036]2.本發明利用固定座集中連接連桿組及其他構件，使并聯式機器人及線性并聯式機構安裝容易且占用空間較小，更可外加一罩體避免多個連桿組受外在環境的影響。
[0037]3.本發明增加致動連桿運動空間，故可提供較廣的工作范圍，且作動空間不受以往周邊元件的干擾。
[0038]4.本發明的致動上桿可為彎曲形狀，借此擴大工作范圍及角度，并可減少連桿組構件之間干涉的問題。
[0039]5.本發明可以依設計需求降低固定平臺安裝高度，可使此并聯式機器人及線性并聯式機構于加工產線安裝后，整體工作高度降低以利于特殊空間需求。
[0040]6.本發明通過旋轉裝置被固定座內的機構驅動的配置，降低裝設于固定座的傳動元件的載重負擔，進而增加機器人的載重能力。
[0041]雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種線性并聯式機構，其特征在于，包括: 一固定平臺，包括: 一固定基座；及 一固定座，設置于該固定基座的一中心位置； 一可動平臺，該可動平臺相對于該固定平臺；以及 多個連桿組，是連接該固定平臺與該可動平臺，并帶動該可動平臺，各該連桿組包括:一線性傳動元件，所述線性傳動元件均對稱環繞固定在該固定座外側；及一致動連桿，各該致動連桿具有一第一端及一第二端，該第一端受該線性傳動元件帶動，該第二端與該可動平臺相連接。
2.根據權利要求1所述的線性并聯式機構，其特征在于，另包括一罩體，該罩體罩覆于該固定基座外。
3.一種具并聯式機構的并聯式機器人，其特征在于，其包括: 一固定平臺，包括: 一固定基座；及 一固定座，設置于該固定基座的一中心位置； 一可動平臺，該可動平臺相對于該固定平臺，用以帶動一載具； 一旋轉裝置，其安裝于該可動平臺帶動該載具進行旋轉:以及 多個連桿組，其裝設于該固定平臺與該可動平臺之間，各該連桿組包括: 一傳動源，固設在該固定座上； 一傳動元件，所述傳動元件呈均勻對稱環繞固設在該固定座外側:及 多個致動連桿，各該致動連桿包括: 一致動上桿，其上側具有第一端，該第一端連接該傳動元件且被該傳動元件帶動；及一致動下桿，其樞接于該致動上桿，而該致動下桿下側具有第二端，該第二端樞接帶動該可動平臺。
4.根據權利要求3所述的并聯式機器人，其特征在于，該傳動元件呈直線性或非直線性運動。
5.根據權利要求3所述的并聯式機器人，其特征在于，該致動上桿被帶動的位移范圍位于該固定基座的上方。
6.根據權利要求3所述的并聯式機器人，其特征在于，各該致動下桿以一球接頭或萬向接頭連接于該可動平臺及該致動上桿。
7.根據權利要求3所述的并聯式機器人，其特征在于，各該致動上桿為彎曲形狀。
8.一種具并聯式機構的并聯式機器人，其特征在于，其包括: 一固定平臺，包括: 一固定基座；及 一固定座，設置于該固定基座的一中心位置； 一可動平臺，該可動平臺相對于該固定平臺，用以帶動一載具； 一旋轉裝置，安裝在于該固定平臺，且該旋轉裝置由該固定平臺凸伸而經該可動平臺旋動該載具；以及 多個連桿組，其裝設于該固定平臺與該可動平臺之間，各該連桿組包括: 一傳動元件，所述傳動元件呈均勻對稱環繞固設在該固定座外側；及 一致動連桿，各該致動連桿包括: 一致動上桿，其具有一第一端，該第一端連接該傳動元件且被該傳動元件帶動；及一致動下桿，其樞接于該致動上桿，而該致動下桿具有第二端，而該第二端則連接帶動該可動平臺。
9.根據權利要求8所述的并聯式機器人，其特征在于，各該致動上桿為彎曲形狀。
10.根據權利要求8所述的并聯式機器人，其特征在于，各該致動下桿以一球接頭或一萬向接頭連接于該可動平臺及該致動上桿。
【文檔編號】B25J9/08GK104149087SQ201310178625
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月15日 優先權日:2013年5月15日
【發明者】彭志誠, 王兆祥, 吳信賢, 楊明棋 申請人:臺達電子工業股份有限公司