專(zhuān)利名稱(chēng)：三角式機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三角式機(jī)器人，其包括固定的基部和利用三個(gè)支腳或者(它們也稱(chēng)為)連桿系連接到基部的可動(dòng)平臺(tái)，并且該三角式機(jī)器人包括用于平衡機(jī)器人的質(zhì)心并結(jié)合有至少一個(gè)縮放儀的平衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
靜態(tài)平衡的三角式機(jī)器人從C. Baradet等人的文章“用于空間平行操縱器的新平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和原型制造(Design and prototyping of a new balancing mechanism for spatial parallel manipulators) ”(公布于 2008 年 7 月的“機(jī)械設(shè)計(jì)雜志(Journal ofMechanical Design) ”，Vol. 130/072305-1-13)中公知。在該文章中，提到了三角式機(jī)器人改良用于高速操縱，并且在電子設(shè)備、食品和制藥部門(mén)中，三角式機(jī)器人作為快速執(zhí)行輕型任務(wù)的可靠系統(tǒng)而眾所周知。然而近年來(lái)，人們已經(jīng)大大關(guān)注于大量可行的工業(yè)應(yīng)用，例如操縱醫(yī)療設(shè)備。上述文章提供了對(duì)用于靜態(tài)平衡機(jī)器人機(jī)構(gòu)的方法的全面綜述，為此目的可應(yīng)用不同的平衡方案，顯著的是通過(guò)使用配重、通過(guò)施加彈簧或通過(guò)施加氣動(dòng)缸或液壓缸、電磁設(shè)備等。該文章集中在用于平衡機(jī)器人的具體方案上，為此該機(jī)器人結(jié)合有至少一個(gè)縮放儀，該縮放儀安裝在與基部連接的旋轉(zhuǎn)臺(tái)架上。在遠(yuǎn)離縮放儀機(jī)構(gòu)安裝到旋轉(zhuǎn)臺(tái)架的點(diǎn)的位置，縮放儀連接到可動(dòng)平臺(tái)。另外，在上述文章中提出的三角式機(jī)器人利用致動(dòng)器，該致動(dòng)器產(chǎn)生用于平衡機(jī)器人重力的豎直力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)前序部分的三角式機(jī)器人，其沒(méi)有任何上述文章中提出的實(shí)施為致動(dòng)器的有源系統(tǒng)，仍然允許機(jī)器人能夠迅速精確地移動(dòng)，并且當(dāng)它們出現(xiàn)在上述應(yīng)用中時(shí)具有符合需要的運(yùn)動(dòng)范圍。作為本發(fā)明的總體目的，其旨在提供現(xiàn)有方案的可選方案，用于以有效地避免在三角式機(jī)器人操作期間出現(xiàn)的反作用力的方式平衡機(jī)器人。該機(jī)器人不僅靜態(tài)平衡，而且力平衡。進(jìn)一步的目的是防止由于機(jī)器人構(gòu)造中的不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)，該振動(dòng)可能降低三角式機(jī)器人的操作精度。避免振動(dòng)也使得噪音較低、磨損較小。特別指出的是，在說(shuō)明書(shū)中無(wú)論何處提到可動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)都被認(rèn)為包括了平臺(tái)支撐儀器的情況。因而儀器的質(zhì)量被認(rèn)為集中在所述平臺(tái)的質(zhì)量中。另外指出，在說(shuō)明書(shū)中無(wú)論何處提到平衡具體物體，都應(yīng)理解為對(duì)該物體提供平衡。因此，在說(shuō)明書(shū)中無(wú)論何處
出現(xiàn)詞語(yǔ)“平衡......”，該詞語(yǔ)都可用“對(duì)......提供平衡”替代，反之亦然。同樣，動(dòng)詞
“以平衡”可用“以對(duì)......提供平衡”替代，反之亦然。本發(fā)明的目的完全或部分地利用根據(jù)本發(fā)明的三角式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，該三角式機(jī)器人的特征在于一個(gè)以上的所附權(quán)利要求。
在最普通的形式中，本發(fā)明的三角式機(jī)器人具有以下特征至少一個(gè)縮放儀具有自由的第一極端，在該第一極端處支撐有布置為平衡機(jī)器人的質(zhì)心的配重。本發(fā)明基于以下理解如果對(duì)于機(jī)器人機(jī)構(gòu)的任何運(yùn)動(dòng)都使機(jī)器人的質(zhì)心固定，那么在三角式機(jī)器人的操作期間發(fā)生的動(dòng)態(tài)反作用力將為零。配重的使其平衡機(jī)器人質(zhì)心的布置正好實(shí)現(xiàn)了該目的。本發(fā)明的三角式機(jī)器人的第一可行實(shí)施例具有以下特征至少一個(gè)縮放儀具有遠(yuǎn)離第一極端的第二極端，該第二極端在預(yù)選位置處利用連接器連接到將平臺(tái)與基部連接的相應(yīng)支腳或連桿系，由此第二極端的所述位置布置為與機(jī)器人的初始質(zhì)心重合?！俺跏假|(zhì)心”在這里指的是在平衡之前機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)元件的質(zhì)心。實(shí)施本發(fā)明的更簡(jiǎn)單因此更優(yōu)選的實(shí)施例具有以下特征連接到基部的三個(gè)連桿分別利用位于從所述連桿延伸超過(guò)鉸接部的臂處的配重平衡，所述鉸接部用于將所述連桿 聯(lián)接到基部，并且至少一個(gè)縮放儀具有遠(yuǎn)離第一極端的第二極端，該第二極端連接到平臺(tái)，從而平衡所述平臺(tái)以及將所述平臺(tái)連接到基部的連桿系的至少一部分。本發(fā)明的三角式機(jī)器人的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例具有以下特征其設(shè)有三個(gè)縮放儀，每個(gè)縮放儀部分地與三個(gè)連桿系中的一個(gè)重合，并且三個(gè)連桿系中的每一個(gè)部分地與所述縮放儀中的一個(gè)重合，使得對(duì)于每個(gè)連桿系以及對(duì)于每個(gè)對(duì)應(yīng)的縮放儀，具有縮放儀的臂，該臂平行于連接到基部的支腳連桿系的連桿延伸，其中所述臂支撐配重，并且其中每個(gè)配重定位成平衡平臺(tái)的三分之一的部分和其連桿系。該實(shí)施例由于其對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)特性使得容易利用具體的三角式機(jī)器人而優(yōu)選。在利用的部件數(shù)量非常有限這一方面，本發(fā)明的三角式機(jī)器人優(yōu)選布置成使得至少一個(gè)縮放儀的一部分是第一連桿系的第一連桿，第一連桿連接到基部，縮放儀的支撐配重的自由的所述第一極端設(shè)置在縮放儀的第一臂上，該第一臂平行于所述第一連桿延伸，所述第一臂利用遠(yuǎn)離配重的鉸接部連接到縮放儀的第二臂，該第二臂布置成所述第一連桿系的第二連桿的延伸部，該第二連桿連接到平臺(tái)，并且其中，配重平衡平臺(tái)的至少一部分以及將平臺(tái)連接到基部的連桿系或支腳的至少一部分。在三角式支架的該構(gòu)造中，同樣僅具有一個(gè)用于支撐配重所需的縮放儀。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的三角式機(jī)器人的后兩個(gè)實(shí)施例能夠進(jìn)一步特征在于設(shè)有兩個(gè)另外的配重，以平衡第二連桿系和第三連桿系的至少一部分。如前所述，所述的兩個(gè)另外的配重可以被兩個(gè)另外的縮放儀支撐，從而實(shí)現(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)構(gòu)造的上述實(shí)施例。然而為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以?xún)?yōu)選的是兩個(gè)另外的配重均分別設(shè)置在支撐臂上，支撐臂布置為超過(guò)連桿的鉸接部的延伸部，所述連桿形成第二連桿系或第三連桿系的在所述鉸接部處連接到基部的部分。


下面參照本發(fā)明的三角式機(jī)器人的幾個(gè)實(shí)施例的附圖進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。附圖中圖I示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人的第一實(shí)施例；圖2示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人的第二實(shí)施例；圖3示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人的第三實(shí)施例；
圖4示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人的第四實(shí)施例；圖5示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人的形成圖4所示第四實(shí)施例的變型的第五實(shí)施例。在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件。
具體實(shí)施例方式在附圖1-5中，附圖標(biāo)記I用于指代本發(fā)明的整體的三角式機(jī)器人。該三角式機(jī)器人I包括固定基部2和可動(dòng)平臺(tái)3?？蓜?dòng)平臺(tái)3可以實(shí)施為具有或不具有另一裝置，所述裝置可用三角式機(jī)器人I操縱至期望位置。圖中所示的平臺(tái)3被認(rèn)為包括該裝置。為了下面的闡釋?zhuān)辽僭撗b置的質(zhì)量被認(rèn)為包括在平臺(tái)3的質(zhì)量中。
平臺(tái)3利用三個(gè)支腳或連桿系4、5和6連接到基部2，并且包括用于平衡三角式機(jī)器人I的質(zhì)心并結(jié)合有至少一個(gè)縮放儀7、8、9的平衡系統(tǒng)?，F(xiàn)在具體參照?qǐng)D1，示出了第一實(shí)施例，其中應(yīng)用的縮放儀7具有自由的第一極端10，在極端10處支撐有布置成平衡機(jī)器人的質(zhì)心16的配重13。為此，縮放儀7具有遠(yuǎn)離第一極端10的第二極端11，在該第二極端11處縮放儀7利用連接器連接(如圖中清晰示出)到將平臺(tái)3與基部2相連的相應(yīng)的連桿系4、5、6。第二極端11的位置布置成與機(jī)器人I的初始質(zhì)心16重合，初始質(zhì)心16是在提供平衡機(jī)構(gòu)之前的質(zhì)心。圖2示出了第二實(shí)施例，其中連接到基部2的三個(gè)連桿4’、5’、6’以及這三個(gè)連桿連接到平臺(tái)3的質(zhì)量部分4”、5”、6”分別利用配重17、18、19平衡。這些配重17、18、19位于從所述連桿4’、5’、6’延伸超過(guò)鉸接部23、24、25的臂20、21、22處，鉸接部23、24、25應(yīng)用于將連桿4’、5’、6’聯(lián)接到基部2。另外，圖2示出了縮放儀7還具有第二極端11，第二極端11遠(yuǎn)離支撐配重13的第一極端10，并且連接到平臺(tái)3從而平衡該平臺(tái)以及將平臺(tái)3連接到基部2的支腳4、5、6的還未平衡的部分(即，連桿系4、5、6的一部分)。進(jìn)一步參照?qǐng)D4，示出了一實(shí)施例，其中縮放儀7的一部分是第一連桿系4的第一連桿4’，第一連桿4’連接到基部2?？s放儀7的支撐配重13的自由的第一極端10設(shè)置在縮放儀7的第一臂V上，該第一臂V平行于第一連桿4’延伸，并且該第一臂V利用遠(yuǎn)離配重13的鉸接部26連接到縮放儀7的第二臂7”?？s放儀7的該第二臂7”布置成第一連桿系4的第二連桿4”的延伸部，第二連桿4”連接到平臺(tái)3。在該構(gòu)造中，配重13平衡將平臺(tái)3連接到基部2的整個(gè)支腳或者連桿系4、平臺(tái)3以及連接到平臺(tái)3的連桿5”和6”的部分。另外，該實(shí)施例設(shè)有兩個(gè)另外的配重14、15，它們旨在平衡第二連桿系5和第三連桿系6的至少一部分，特別是平衡連桿5”、6”的部分和連桿5’、6’。如圖4清晰示出，兩個(gè)另外的配重14、15均分別設(shè)置在支撐臂21、22上，支撐臂2U22布置為超過(guò)連桿5’、6’的鉸接部24、25的延伸部，連桿5’、6’形成第二連桿系5或第三連桿系6的在所述鉸接部24、25處連接到基部2的部分。圖5示出了圖4所示實(shí)施例的變型，其中其具有設(shè)置在支撐臂20上的另外的配重13’，支撐臂20布置為超過(guò)連桿4’的鉸接部23的延伸部，連桿4’形成第一連桿系4的在所述鉸接部23處連接到基部2的部分。在該實(shí)施例中，與圖4所示實(shí)施例中應(yīng)用的配重13的質(zhì)量相比，配重13的質(zhì)量能夠有利地減小。
最后，參照?qǐng)D3，示出了本發(fā)明的三角式機(jī)器人I的設(shè)有三個(gè)縮放儀7、8、9的實(shí)施例，其中每個(gè)縮放儀7、8、9部分地與三個(gè)連桿系4、5、6中的一個(gè)重合，并且三個(gè)連桿系4、5、6中的每一個(gè)部分地與所述縮放儀7、8、9中的一個(gè)重合。這按照以下方式實(shí)施對(duì)于每個(gè)連桿系4、5、6以及對(duì)于每個(gè)對(duì)應(yīng)的縮放儀7、8、9，具有縮放儀7、8、9的臂7 ’、8 ’、9 ’，臂7 ’、8’、9’平行于連接到基部2的連桿系4、5、6的連桿4’、5’、6’延伸。 從而每個(gè)所述臂7’、8’、9’支撐配重13、14、15，每個(gè)配重13、14、15定位成平衡平臺(tái)3的三分之一的部分和其連桿系4、5、6。
權(quán)利要求
1.ー種三角式機(jī)器人(I)，其包括固定的基部(2)和利用三個(gè)連桿系(4，5，6)連接到基部(2)的可動(dòng)的平臺(tái)(3)，并且該三角式機(jī)器人包括用于為機(jī)器人的質(zhì)心提供平衡并結(jié)合有至少ー個(gè)縮放儀(7，8，9)的平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述至少ー個(gè)縮放儀具有自由的第一極端(10)，在該第一極端處支撐有布置成為機(jī)器人的質(zhì)心(16)提供平衡的配重(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，所述至少ー個(gè)縮放儀(7)具有遠(yuǎn)離第一極端(10)的第二極端(11)，該第二極端(11)在預(yù)選的位置處利用連接器連接到將平臺(tái)⑶與基部⑵連接的相應(yīng)的連桿系(4，5，6)，所述位置布置為與機(jī)器人⑴的初始質(zhì)心(16)重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，連接到基部(2)的三個(gè)連桿(4，，5，，6，)分別利用位于從所述連桿(4，，5，，6，)延伸超過(guò)鉸接部(23，24，25)的臂(20，21,22)處的配重(17，18，19)平衡，所述鉸接部用于將所述連桿(4’，5’，6’ )聯(lián)接到基部(2)，并且所述至少ー個(gè)縮放儀(7)具有遠(yuǎn)離第一極端(10)的第二極端(11)，該第二極端(11)連接到平臺(tái)(3)，從而為所述平臺(tái)以及將所述平臺(tái)(3)連接到基部⑵的連桿系(4，5，6)的至少一部分提供平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，所述至少ー個(gè)縮放儀(7)的一部分是第一支腳或連桿系(4)的第一連桿(4’)，第一連桿(4’)連接到基部(2)，縮放儀(7)的支撐配重(13)的自由的所述第一極端設(shè)置在縮放儀(7)的第一臂(7’)上，該第一臂平行于所述第一連桿(4’)延伸，所述第一臂(7’)利用遠(yuǎn)離配重(13)的鉸接部(26)連接到縮放儀(7)的第二臂(7”)，該第二臂(7”)布置成所述第一連桿系⑷的第二連桿(4”)的延伸部，該第二連桿(4”)連接到平臺(tái)，并且其中，配重(13)平衡平臺(tái)(3)的至少一部分以及將平臺(tái)(3)連接到基部(2)的支腳(4，5，6)的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，設(shè)有兩個(gè)另外的配重(14，15)，以平衡第二和第三連桿系(5，6)的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，所述兩個(gè)另外的配重(14，15)均分別設(shè)置在支撐臂(21，22)上，該支撐臂布置為超過(guò)連桿(5’，6’)的鉸接部(24，25)的延伸部，所述連桿形成第二或第三連桿系(5，6)的在所述鉸接部(24，25)處連接到基部(2)的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，其還具有設(shè)置在支撐臂(20)上的另外的配重(13’)，該支撐臂布置為超過(guò)連桿(4’ )的鉸接部(23)的延伸部，所述連桿形成第一連桿系(4)的在所述鉸接部(23)處連接到基部(2)的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的三角式機(jī)器人(I)，其特征在于，其設(shè)有三個(gè)縮放儀(7，8，9)，每個(gè)縮放儀(7，8，9)部分地與三個(gè)連桿系(4，5，6)中的ー個(gè)重合，并且三個(gè)連桿系(4，5，6)中的每ー個(gè)部分地與所述縮放儀(7，8，9)中的ー個(gè)重合，使得對(duì)于每個(gè)連桿系(4,5,6)以及對(duì)于每個(gè)對(duì)應(yīng)的縮放儀(7，8，9)，具有縮放儀(7，8，9)的臂(7’，8’，9’)，該臂平行于連接到基部(2)的連桿系(4，5，6)的連桿(4’，5’，6’ )延伸，其中所述臂(7’，8’，9’ )支撐配重(13，14，15)，并且其中每個(gè)配重定位成平衡平臺(tái)(3)的三分之一的部分和其連桿系(4，5,6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三角式機(jī)器人，其包括固定的基部(2)和利用三個(gè)連桿系(4，5，6)連接到基部(2)的可動(dòng)的平臺(tái)(3)，并且該三角式機(jī)器人包括用于為機(jī)器人的質(zhì)心提供平衡并結(jié)合有至少一個(gè)縮放儀(7)的平衡系統(tǒng)，其中至少一個(gè)縮放儀具有自由的第一極端(10)，在該第一極端處支撐有布置成平衡機(jī)器人的質(zhì)心(16)的配重(13)。
文檔編號(hào)B25J9/10GK102802882SQ201080027353
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者J·L·赫德, V·馮德韋克 申請(qǐng)人:代爾夫特工業(yè)大學(xué)