利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的手腕組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)器人。具體是，利用差動(dòng)齒輪使并聯(lián)機(jī)器人的手腕部結(jié)構(gòu)具有 3自由度的并聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 并聯(lián)機(jī)器人主要用于重量比較輕的產(chǎn)品或配件的高速移送，根據(jù)連接部的數(shù)量， 稱為三角式（delta)機(jī)器人或quattro機(jī)器人。
[0003] -般三角式并聯(lián)機(jī)器人具備基礎(chǔ)部、可動(dòng)部、連接基礎(chǔ)部和可動(dòng)部的第一至第三 連桿部，可動(dòng)部上還具備手腕部。
[0004] 這種三角式并聯(lián)機(jī)器人已在日本專利第4659098號(hào)中公開。
[0005] 日本國(guó)專利第4659098號(hào)中公開的并聯(lián)機(jī)器人是將基礎(chǔ)部件和可動(dòng)部件之間用 由驅(qū)動(dòng)連桿和手動(dòng)連桿構(gòu)成的三組連桿機(jī)構(gòu)并列連接關(guān)節(jié)，同時(shí)在可動(dòng)部件上具備可控制 末端執(zhí)行器姿勢(shì)的具有三自由度的姿勢(shì)變更機(jī)構(gòu)部的平行連桿機(jī)器人（見圖1至圖10)。
[0006] 根據(jù)日本國(guó)專利第4659098號(hào)的圖5和圖8查看手腕部的結(jié)構(gòu)，手腕部（姿勢(shì)變 更機(jī)構(gòu)部，102)具備：向與包括連接可動(dòng)部件（100)和三個(gè)手動(dòng)連桿的各關(guān)節(jié)部旋轉(zhuǎn)軸線 的平面相垂直的第四軸線（l〇6a)方向可旋轉(zhuǎn)地連接的第一旋轉(zhuǎn)部件（106);與第一旋轉(zhuǎn)部 件（106)向第四軸線（106a)相直交的第五軸線方向（108a)可旋轉(zhuǎn)地連接的第二旋轉(zhuǎn)部件 (108);與第二旋轉(zhuǎn)部件（108)向與第五軸線（108a)相直交的第六軸線（IlOa)方向可旋轉(zhuǎn) 地連接的同時(shí)前端具備用于裝配末端執(zhí)行器的法蘭面的第三旋轉(zhuǎn)部件（110)。
[0007] 從三個(gè)電機(jī)分別傳遞各驅(qū)動(dòng)力的三個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)軸向三個(gè)輸入軸的各軸方向可 旋轉(zhuǎn)地連接，三個(gè)電機(jī)的各驅(qū)動(dòng)力通過(guò)姿勢(shì)變更機(jī)構(gòu)部（102)上配置的齒輪，向第四軸 線方向（l〇6a)、第五軸線方向（108a)、第六軸線方向（IlOa)驅(qū)動(dòng)第一至第三旋轉(zhuǎn)部件 (106, 108, 110)
[0008] 但是，日本國(guó)專利第4659098號(hào)公開的并聯(lián)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以三個(gè)軸 為準(zhǔn)的三自由度，但根據(jù) Geometric optimization of serial chain manipulator structures for working volume and dexterity、R Vijaykumar、KJ Waldron、MJ Tsai、 1986, International Journal of Robotic Research，三個(gè)軸雖然相互形成 90 度，但并沒(méi) 有在一個(gè)點(diǎn)上相遇，因此，無(wú)法滿足從理論上具有優(yōu)化作業(yè)領(lǐng)域的手腕機(jī)構(gòu)。
[0009] (先有技術(shù)文獻(xiàn)）
[0010] (專利文獻(xiàn)）
[0011] (專利文獻(xiàn)1)日本專利第4659098號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] (技術(shù)問(wèn)題）
[0013] 為解決上述傳統(tǒng)上存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種手腕結(jié)構(gòu)的三個(gè)軸在一個(gè)點(diǎn)上相 遇，使手腕部的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)接近基于學(xué)術(shù)理論的手腕優(yōu)化機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人。
[0014] 另外，本發(fā)明提供一種因三個(gè)軸在一個(gè)點(diǎn)上相遇而控制整個(gè)并聯(lián)機(jī)器人時(shí)可控制 方向和位置的運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦（Decoupling)容易而使控制變得簡(jiǎn)單的并聯(lián)機(jī)器人的手腕結(jié) 構(gòu)。
[0015] 另外，本發(fā)明提供一種通過(guò)差動(dòng)齒輪只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)兩個(gè)電機(jī)使力 矩分散而具有冗余驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人的手腕結(jié)構(gòu)。
[0016] (技術(shù)方案）
[0017] 為解決所述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，提供一種利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī) 器人的手腕組件，作為底盤和可動(dòng)部之間由驅(qū)動(dòng)連桿和手動(dòng)連桿構(gòu)成的三組連桿部并列連 接關(guān)節(jié)，所述可動(dòng)部上結(jié)合可控制末端執(zhí)行器姿勢(shì)的具有三自由度的手腕組件的并聯(lián)機(jī)器 人的手腕組件，其特征在于，所述可動(dòng)部上安裝有第一至第三輸入軸，所述輸出軸分別連接 于從三個(gè)電機(jī)傳遞驅(qū)動(dòng)力的三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸；
[0018] 所述手腕組件包括：第一旋轉(zhuǎn)體，連接于所述第一輸入軸而以與所述可動(dòng)部平面 相垂直的第一旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；第2-1旋轉(zhuǎn)體，連接于所述第二輸入軸，以所述第一 旋轉(zhuǎn)軸直角方向的第二旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；第2-2旋轉(zhuǎn)體，連接于所述第三輸入軸而 以所述第二旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并與所述第2-1旋轉(zhuǎn)體形成差動(dòng)齒輪裝置的同時(shí)實(shí)施 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；第三旋轉(zhuǎn)體，以所述第二旋轉(zhuǎn)軸直角方向的第三旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)，通過(guò)所述第2-1 和第2-2旋轉(zhuǎn)體的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并安裝有所述末端執(zhí)行器。
[0019] 所述第2-1和第2-2旋轉(zhuǎn)體的各前端和第三旋轉(zhuǎn)體的前端相互形成差動(dòng)齒輪對(duì)的 同時(shí)嚙合而隨所述第2-1和第2-2旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度和方向，使所述第三旋轉(zhuǎn)體以所述第 二旋轉(zhuǎn)軸或第三旋轉(zhuǎn)軸中的某一個(gè)以上旋轉(zhuǎn)軸為準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0020] 其特征在于，所述手腕組件構(gòu)成使所述第一旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的第一齒輪線體；
[0021] 所述第一齒輪線體的構(gòu)成包括：所述第一輸入軸；與所述第一輸入軸嚙合的圓盤 形齒輪；裝配在所述圓盤形齒輪的中心而向垂直的向下方向形成的第一旋轉(zhuǎn)支撐軸；連接 于所述第一旋轉(zhuǎn)支撐軸的前端，而向其中心點(diǎn)為基準(zhǔn)的下方向開口的圓筒形第一旋轉(zhuǎn)體。
[0022] 所述手腕組件構(gòu)成使所述第二旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的第二齒輪線體；
[0023] 所述第二齒輪線體的構(gòu)成包括：第二輸入軸，從驅(qū)動(dòng)軸以萬(wàn)向接頭為介質(zhì)接收動(dòng) 力；圓盤形齒輪，與所述第二輸入軸嚙合；垂直旋轉(zhuǎn)支撐軸，裝配在所述圓盤形齒輪的中心 而向垂直的向下方向形成，在下端形成圓盤形錐齒輪；第2-1旋轉(zhuǎn)體，與所述圓盤形錐齒輪 嚙合，而前端形成向直角方向變更旋轉(zhuǎn)方向的錐齒輪；第2-1旋轉(zhuǎn)支撐軸，由所述第2-1旋 轉(zhuǎn)體的中心向水平方向延長(zhǎng)而向內(nèi)側(cè)形成，在前端形成錐齒輪。
[0024] 所述手腕組件構(gòu)成使所述第三旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的第三齒輪線體；
[0025] 所述第三齒輪線體的構(gòu)成包括：第三輸入軸，從驅(qū)動(dòng)軸以萬(wàn)向接頭為介質(zhì)接收動(dòng) 力；圓盤形齒輪，與所述第三輸入軸嚙合；第二垂直旋轉(zhuǎn)支撐軸，裝配在所述圓盤形齒輪的 中心，下端形成圓盤形錐齒輪；第2-2旋轉(zhuǎn)體，與所述圓盤形錐齒輪嚙合，而前端形成向直 角方向變更旋轉(zhuǎn)方向的錐齒輪；第2-2旋轉(zhuǎn)支撐軸，由所述第2-2旋轉(zhuǎn)體的中心向水平方向 延長(zhǎng)而向內(nèi)側(cè)形成，前端形成錐齒輪。
[0026] 所述第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸和第三旋轉(zhuǎn)軸在一個(gè)點(diǎn)相遇，所述一個(gè)點(diǎn)位于所述 手月:?組件內(nèi)。
[0027] 假設(shè)所述第2-1旋轉(zhuǎn)體和第三旋轉(zhuǎn)體、所述第2-2旋轉(zhuǎn)體和第三旋轉(zhuǎn)體的減速比 均為1:1，所述第2-1旋轉(zhuǎn)體的角速度為ω8，所述第2-2旋轉(zhuǎn)體的角速度為COy，所述第二 旋轉(zhuǎn)軸的角速度為ω2，所述第三旋轉(zhuǎn)軸的角速度為ω3，則，COy = ω2+ω3, Cog = ω2-ω3
[0028] 利用以上數(shù)學(xué)式計(jì)算出可滿足所需的任意的第三旋轉(zhuǎn)體角速度ω2, ω3的第2-1 和第2-2旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度，由此算出的角速度ω2, ω3是對(duì)電機(jī)的速度只乘以減速比的速 度，因此應(yīng)用一般使用的電機(jī)速度控制方法，可以輕松地實(shí)施控制。
[0029] (有益效果）
[0030] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的有益效果是，提供一種手腕結(jié)構(gòu)的三個(gè)軸在一個(gè)點(diǎn)上相 遇而接近從理論上保證手腕部可實(shí)現(xiàn)的方向的最大范圍的手腕優(yōu)化機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)學(xué)上的控制 變得簡(jiǎn)單，通過(guò)差動(dòng)齒輪只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)兩個(gè)電機(jī)使力矩分散而具有冗余驅(qū) 動(dòng)的（Actuation Redundancy)的并聯(lián)機(jī)器人的手腕結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的透視圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明的利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的手腕組件透視圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的手腕組件內(nèi)部結(jié)合結(jié)構(gòu)透視圖；
[0034] 圖4是本發(fā)明的利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的手腕組件剖視圖；
[0035] 圖5至圖7是說(shuō)明本發(fā)明的利用差動(dòng)齒輪的并聯(lián)機(jī)器人的手腕組件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)原理 的示意圖。
[0036] (符號(hào)說(shuō)明）
[0037] 10:并聯(lián)機(jī)器人 11:底座
[0038] 12:蓋 13:底盤
[0039] 14a，14b，14c:連桿部 15:驅(qū)動(dòng)連桿
[0040] 16:手動(dòng)連桿 17:關(guān)節(jié)部
[0041] 18:可動(dòng)部 1