专利名称：三角式机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三角式机器人，其包括固定的基部和利用三个支脚或者(它们也称为)连杆系连接到基部的可动平台，并且该三角式机器人包括用于平衡机器人的质心并结合有至少一个缩放仪的平衡系统。
背景技术：
静态平衡的三角式机器人从C. Baradet等人的文章“用于空间平行操纵器的新平衡机构的设计和原型制造(Design and prototyping of a new balancing mechanism for spatial parallel manipulators) ”(公布于 2008 年 7 月的“机械设计杂志(Journal ofMechanical Design) ”，Vol. 130/072305-1-13)中公知。在该文章中，提到了三角式机器人改良用于高速操纵，并且在电子设备、食品和制药部门中，三角式机器人作为快速执行轻型任务的可靠系统而众所周知。然而近年来，人们已经大大关注于大量可行的工业应用，例如操纵医疗设备。上述文章提供了对用于静态平衡机器人机构的方法的全面综述，为此目的可应用不同的平衡方案，显著的是通过使用配重、通过施加弹簧或通过施加气动缸或液压缸、电磁设备等。该文章集中在用于平衡机器人的具体方案上，为此该机器人结合有至少一个缩放仪，该缩放仪安装在与基部连接的旋转台架上。在远离缩放仪机构安装到旋转台架的点的位置，缩放仪连接到可动平台。另外，在上述文章中提出的三角式机器人利用致动器，该致动器产生用于平衡机器人重力的竖直力。
发明内容
本发明的目的是提供一种根据前序部分的三角式机器人，其没有任何上述文章中提出的实施为致动器的有源系统，仍然允许机器人能够迅速精确地移动，并且当它们出现在上述应用中时具有符合需要的运动范围。作为本发明的总体目的，其旨在提供现有方案的可选方案，用于以有效地避免在三角式机器人操作期间出现的反作用力的方式平衡机器人。该机器人不仅静态平衡，而且力平衡。进一步的目的是防止由于机器人构造中的不平衡导致的振动，该振动可能降低三角式机器人的操作精度。避免振动也使得噪音较低、磨损较小。特别指出的是，在说明书中无论何处提到可动平台，该平台都被认为包括了平台支撑仪器的情况。因而仪器的质量被认为集中在所述平台的质量中。另外指出，在说明书中无论何处提到平衡具体物体，都应理解为对该物体提供平衡。因此，在说明书中无论何处
出现词语“平衡......”，该词语都可用“对......提供平衡”替代，反之亦然。同样，动词
“以平衡”可用“以对......提供平衡”替代，反之亦然。本发明的目的完全或部分地利用根据本发明的三角式机器人实现，该三角式机器人的特征在于一个以上的所附权利要求。
在最普通的形式中，本发明的三角式机器人具有以下特征至少一个缩放仪具有自由的第一极端，在该第一极端处支撑有布置为平衡机器人的质心的配重。本发明基于以下理解如果对于机器人机构的任何运动都使机器人的质心固定，那么在三角式机器人的操作期间发生的动态反作用力将为零。配重的使其平衡机器人质心的布置正好实现了该目的。本发明的三角式机器人的第一可行实施例具有以下特征至少一个缩放仪具有远离第一极端的第二极端，该第二极端在预选位置处利用连接器连接到将平台与基部连接的相应支脚或连杆系，由此第二极端的所述位置布置为与机器人的初始质心重合。“初始质心”在这里指的是在平衡之前机器人的运动元件的质心。实施本发明的更简单因此更优选的实施例具有以下特征连接到基部的三个连杆分别利用位于从所述连杆延伸超过铰接部的臂处的配重平衡，所述铰接部用于将所述连杆 联接到基部，并且至少一个缩放仪具有远离第一极端的第二极端，该第二极端连接到平台，从而平衡所述平台以及将所述平台连接到基部的连杆系的至少一部分。本发明的三角式机器人的进一步优选的实施例具有以下特征其设有三个缩放仪，每个缩放仪部分地与三个连杆系中的一个重合，并且三个连杆系中的每一个部分地与所述缩放仪中的一个重合，使得对于每个连杆系以及对于每个对应的缩放仪，具有缩放仪的臂，该臂平行于连接到基部的支脚连杆系的连杆延伸，其中所述臂支撑配重，并且其中每个配重定位成平衡平台的三分之一的部分和其连杆系。该实施例由于其对称设计特性使得容易利用具体的三角式机器人而优选。在利用的部件数量非常有限这一方面，本发明的三角式机器人优选布置成使得至少一个缩放仪的一部分是第一连杆系的第一连杆，第一连杆连接到基部，缩放仪的支撑配重的自由的所述第一极端设置在缩放仪的第一臂上，该第一臂平行于所述第一连杆延伸，所述第一臂利用远离配重的铰接部连接到缩放仪的第二臂，该第二臂布置成所述第一连杆系的第二连杆的延伸部，该第二连杆连接到平台，并且其中，配重平衡平台的至少一部分以及将平台连接到基部的连杆系或支脚的至少一部分。在三角式支架的该构造中，同样仅具有一个用于支撑配重所需的缩放仪。优选地，根据本发明的三角式机器人的后两个实施例能够进一步特征在于设有两个另外的配重，以平衡第二连杆系和第三连杆系的至少一部分。如前所述，所述的两个另外的配重可以被两个另外的缩放仪支撑，从而实现具有对称构造的上述实施例。然而为了简化设计，可以优选的是两个另外的配重均分别设置在支撑臂上，支撑臂布置为超过连杆的铰接部的延伸部，所述连杆形成第二连杆系或第三连杆系的在所述铰接部处连接到基部的部分。
下面参照本发明的三角式机器人的几个实施例的附图进一步阐释本发明。附图中图I示出了本发明的三角式机器人的第一实施例；图2示出了本发明的三角式机器人的第二实施例；图3示出了本发明的三角式机器人的第三实施例；
图4示出了本发明的三角式机器人的第四实施例；图5示出了本发明的三角式机器人的形成图4所示第四实施例的变型的第五实施例。在所有附图中相同的附图标记指代相同的部件。
具体实施例方式在附图1-5中，附图标记I用于指代本发明的整体的三角式机器人。该三角式机器人I包括固定基部2和可动平台3。可动平台3可以实施为具有或不具有另一装置，所述装置可用三角式机器人I操纵至期望位置。图中所示的平台3被认为包括该装置。为了下面的阐释，至少该装置的质量被认为包括在平台3的质量中。
平台3利用三个支脚或连杆系4、5和6连接到基部2，并且包括用于平衡三角式机器人I的质心并结合有至少一个缩放仪7、8、9的平衡系统。现在具体参照图1，示出了第一实施例，其中应用的缩放仪7具有自由的第一极端10，在极端10处支撑有布置成平衡机器人的质心16的配重13。为此，缩放仪7具有远离第一极端10的第二极端11，在该第二极端11处缩放仪7利用连接器连接(如图中清晰示出)到将平台3与基部2相连的相应的连杆系4、5、6。第二极端11的位置布置成与机器人I的初始质心16重合，初始质心16是在提供平衡机构之前的质心。图2示出了第二实施例，其中连接到基部2的三个连杆4’、5’、6’以及这三个连杆连接到平台3的质量部分4”、5”、6”分别利用配重17、18、19平衡。这些配重17、18、19位于从所述连杆4’、5’、6’延伸超过铰接部23、24、25的臂20、21、22处，铰接部23、24、25应用于将连杆4’、5’、6’联接到基部2。另外，图2示出了缩放仪7还具有第二极端11，第二极端11远离支撑配重13的第一极端10，并且连接到平台3从而平衡该平台以及将平台3连接到基部2的支脚4、5、6的还未平衡的部分(即，连杆系4、5、6的一部分)。进一步参照图4，示出了一实施例，其中缩放仪7的一部分是第一连杆系4的第一连杆4’，第一连杆4’连接到基部2。缩放仪7的支撑配重13的自由的第一极端10设置在缩放仪7的第一臂V上，该第一臂V平行于第一连杆4’延伸，并且该第一臂V利用远离配重13的铰接部26连接到缩放仪7的第二臂7”。缩放仪7的该第二臂7”布置成第一连杆系4的第二连杆4”的延伸部，第二连杆4”连接到平台3。在该构造中，配重13平衡将平台3连接到基部2的整个支脚或者连杆系4、平台3以及连接到平台3的连杆5”和6”的部分。另外，该实施例设有两个另外的配重14、15，它们旨在平衡第二连杆系5和第三连杆系6的至少一部分，特别是平衡连杆5”、6”的部分和连杆5’、6’。如图4清晰示出，两个另外的配重14、15均分别设置在支撑臂21、22上，支撑臂2U22布置为超过连杆5’、6’的铰接部24、25的延伸部，连杆5’、6’形成第二连杆系5或第三连杆系6的在所述铰接部24、25处连接到基部2的部分。图5示出了图4所示实施例的变型，其中其具有设置在支撑臂20上的另外的配重13’，支撑臂20布置为超过连杆4’的铰接部23的延伸部，连杆4’形成第一连杆系4的在所述铰接部23处连接到基部2的部分。在该实施例中，与图4所示实施例中应用的配重13的质量相比，配重13的质量能够有利地减小。
最后，参照图3，示出了本发明的三角式机器人I的设有三个缩放仪7、8、9的实施例，其中每个缩放仪7、8、9部分地与三个连杆系4、5、6中的一个重合，并且三个连杆系4、5、6中的每一个部分地与所述缩放仪7、8、9中的一个重合。这按照以下方式实施对于每个连杆系4、5、6以及对于每个对应的缩放仪7、8、9，具有缩放仪7、8、9的臂7 ’、8 ’、9 ’，臂7 ’、8’、9’平行于连接到基部2的连杆系4、5、6的连杆4’、5’、6’延伸。 从而每个所述臂7’、8’、9’支撑配重13、14、15，每个配重13、14、15定位成平衡平台3的三分之一的部分和其连杆系4、5、6。
权利要求
1.ー种三角式机器人(I)，其包括固定的基部(2)和利用三个连杆系(4，5，6)连接到基部(2)的可动的平台(3)，并且该三角式机器人包括用于为机器人的质心提供平衡并结合有至少ー个缩放仪(7，8，9)的平衡系统，其特征在于，所述至少ー个缩放仪具有自由的第一极端(10)，在该第一极端处支撑有布置成为机器人的质心(16)提供平衡的配重(13)。
2.根据权利要求I所述的三角式机器人(I)，其特征在于，所述至少ー个缩放仪(7)具有远离第一极端(10)的第二极端(11)，该第二极端(11)在预选的位置处利用连接器连接到将平台⑶与基部⑵连接的相应的连杆系(4，5，6)，所述位置布置为与机器人⑴的初始质心(16)重合。
3.根据权利要求I所述的三角式机器人(I)，其特征在于，连接到基部(2)的三个连杆(4，，5，，6，)分别利用位于从所述连杆(4，，5，，6，)延伸超过铰接部(23，24，25)的臂(20，21,22)处的配重(17，18，19)平衡，所述铰接部用于将所述连杆(4’，5’，6’ )联接到基部(2)，并且所述至少ー个缩放仪(7)具有远离第一极端(10)的第二极端(11)，该第二极端(11)连接到平台(3)，从而为所述平台以及将所述平台(3)连接到基部⑵的连杆系(4，5，6)的至少一部分提供平衡。
4.根据权利要求I所述的三角式机器人(I)，其特征在于，所述至少ー个缩放仪(7)的一部分是第一支脚或连杆系(4)的第一连杆(4’)，第一连杆(4’)连接到基部(2)，缩放仪(7)的支撑配重(13)的自由的所述第一极端设置在缩放仪(7)的第一臂(7’)上，该第一臂平行于所述第一连杆(4’)延伸，所述第一臂(7’)利用远离配重(13)的铰接部(26)连接到缩放仪(7)的第二臂(7”)，该第二臂(7”)布置成所述第一连杆系⑷的第二连杆(4”)的延伸部，该第二连杆(4”)连接到平台，并且其中，配重(13)平衡平台(3)的至少一部分以及将平台(3)连接到基部(2)的支脚(4，5，6)的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的三角式机器人(I)，其特征在于，设有两个另外的配重(14，15)，以平衡第二和第三连杆系(5，6)的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的三角式机器人(I)，其特征在于，所述两个另外的配重(14，15)均分别设置在支撑臂(21，22)上，该支撑臂布置为超过连杆(5’，6’)的铰接部(24，25)的延伸部，所述连杆形成第二或第三连杆系(5，6)的在所述铰接部(24，25)处连接到基部(2)的部分。
7.根据权利要求4-6之一所述的三角式机器人(I)，其特征在于，其还具有设置在支撑臂(20)上的另外的配重(13’)，该支撑臂布置为超过连杆(4’ )的铰接部(23)的延伸部，所述连杆形成第一连杆系(4)的在所述铰接部(23)处连接到基部(2)的部分。
8.根据权利要求1、4或5所述的三角式机器人(I)，其特征在于，其设有三个缩放仪(7，8，9)，每个缩放仪(7，8，9)部分地与三个连杆系(4，5，6)中的ー个重合，并且三个连杆系(4，5，6)中的每ー个部分地与所述缩放仪(7，8，9)中的ー个重合，使得对于每个连杆系(4,5,6)以及对于每个对应的缩放仪(7，8，9)，具有缩放仪(7，8，9)的臂(7’，8’，9’)，该臂平行于连接到基部(2)的连杆系(4，5，6)的连杆(4’，5’，6’ )延伸，其中所述臂(7’，8’，9’ )支撑配重(13，14，15)，并且其中每个配重定位成平衡平台(3)的三分之一的部分和其连杆系(4，5,6)。
全文摘要
本发明涉及一种三角式机器人，其包括固定的基部(2)和利用三个连杆系(4，5，6)连接到基部(2)的可动的平台(3)，并且该三角式机器人包括用于为机器人的质心提供平衡并结合有至少一个缩放仪(7)的平衡系统，其中至少一个缩放仪具有自由的第一极端(10)，在该第一极端处支撑有布置成平衡机器人的质心(16)的配重(13)。
文档编号B25J9/10GK102802882SQ201080027353
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月3日 优先权日2009年5月5日
发明者J·L·赫德, V·冯德韦克 申请人:代尔夫特工业大学