六足系统的制作方法_3

文档序号:9329330阅读:来源:国知局
的材料或这些材料的组合制成。
[0079]根据优选实施例,第一和第二支撑件相似以使护套与至少一个线性致动器保持距离。
[0080]根据一优选实施例,臂包括配置为使护套与至少一个线性致动器保持距离的支撑结构。根据另一优选实施例,护套通过存在于护套内部的压力与至少一个线性致动器保持距离。关节臂包括封闭在护套内的气体。由此关节臂包括封闭在护套内的气体。
[0081]根据优选实施例,臂配置为使护套和线性致动器以及支撑件保持距离,即同样与关节保持距离。
[0082]根据优选实施例,护套除关节外还包括流体。优选地,该流体轻于有臂在其中移动的流体。例如,护套内部的流体是诸如空气的气体,且臂浸入在诸如水或钠的液体中。护套中的气体是密封的。因此不能够从护套中逸出。
[0083]优选地,护套以单件形式存在。或者,护套包括由支撑结构支撑的密封封装物。
[0084]根据一实施例,每个力吸收结构包括带有中空转环的中空管。每个连接器在其中心是中空的,且每个六足系统都配置为形成通道。机器人还包括至少一个线缆或至少一个穿过所有六足系统的、穿过它们的通道的管。
[0085]在本发明的范围内,已经设想依靠一个六足系统,也称为六足设备,以形成机器人夫Ti O
[0086]已知的六足系统如图1和图2所示。现在将对如在本发明的发展的范围内观察到的它的特征和缺点进行描述。如这些图所示,六足系统是具有通过三对可伸缩臂110平行和相互连接的底板102和顶板103的机电一体化设备。每个臂通过回转接头104铰接至每个板。臂110的展开或伸缩根据六个自由度即三个平移自由度和三个转动自由度将顶板103相对于底板102移动。
[0087]六足设备对移动支撑在顶板103上的物体且重量是垂直施加在板上时是非常有效的。物体的重量或垂直于顶板103所集中的力在图1中根据力的平衡由记为M的矢量表示。每个起重器沿其工作轴展开反作用于该外力的反作用力。通过致动器展开的该反作用力如通过图1中记为R的矢量所示。为清晰起见,图1中的图示仅示出了一个反作用力。实际上,矢量所示的力分布在六个起重器上。
[0088]矢量M和矢量R之间的角度α很小。由起重器展开的力的幅值是R = M/cos ( α )(为清晰起见,假设只有一个起重器承受负载)。
[0089]在六足设备受到剪力的情况下,即该力基本平行于顶板,则该剪力的投影分量被不利地施加在每个起重器110上。
[0090]该过程如图2所示,其中作用在第二板的外力记为M’。如图1和图2所示,力M和M’具有相同的强度,仅方向不同。起重器的反作用力R’和矢量M’之间的角度α ’大于起重器的反作用力R和矢量M之间的角度α。剪力Τ’于是远远大于剪力Τ。得到:
[0091]α,=Π /2 - α
[0092]R,=M/cos(a,)= M/ cos ( Π /2 - a);
[0093]R = M/cos ( a );
[0094]cos ( Π /2 - a ) >cos ( a )
[0095]由于力M和M’具有相同的强度,力R’的强度因此远远大于力R的强度。
[0096]如图2所示,该问题在力M’没有施加在顶板103的平面上而是从后者抵消时更为重要。这是因为在抵消力M’作用的点114和顶板103之间的杠杆臂113产生了相当大的剪力T和力矩Mo。如图3所示。
[0097]臂110产生的力的部分因此只用来补偿剪力T’。
[0098]因此大小为用来承受负载M的六足设备通常无法承受负载M’。在最好的情况下,通过起重器产生的用来补偿剪力T’的力使起重器能产生的为了移动顶板103绕平行于第一板102的Rx轴和Ry轴转动的力显著减小。转轴Rx和Ry如图1所示,转轴Rz是板103的原始转轴(natural rotat1n axis) ο
[0099]—个解决方案可由使六足设备尺寸超标(oversizing)以使之能承受施加在垂直于和平行于平面的负载构成。然而,该解决方案具有使六足设备价钱更贵、体积更大尤其是重量更重的缺点。然而,六足设备在尺寸和/或重量上的增加与改进装配有六足设备的机器人的可操作性和它进入难以进入的地区的能力相矛盾。此外,六足设备的重量还会生成需要被补偿的剪力和力矩。
[0100]除此之外,如果是只根据平行于底板102的转轴Rx和Ry移动顶板的情况,由于这样的超标尺寸(oversizing)的目的是为了补偿剪力,起重器的超标尺寸是没有用的,该尺寸超标不会形成任何作用。
[0101]为了补救该情况,本发明提出通过完善配置为承受剪力T的机械结构来改造已知六足设备以减轻该剪力的线性致动器上的重量。
[0102]臂的线性致动器于是可以用它们的全部性能控制负载M’的旋转移动。用于承受剪力的该结构优选为封装在六足设备的中心。它被固定到固定支撑件和回转接头中随着支撑件相对于可移动的支撑件移动。该关节形成在所需轴即Rx轴和Ry轴上提供两个旋转自由度的转环。
[0103]现在将分别参照图3和图4和5来更详细地描述本发明的示例性实施例。
[0104]图3示出了根据本发明的六足系统的第一实施例。该六足系统,也称为六足设备,包括第一支撑件2和第二支撑件3。本发明并不限于支撑件的任一特定形式。因此,非限制性地,每个支撑件可以具有平面形状并构成板。
[0105]同样非限制性地,在该描述中认为第二支撑件3必须相对于第一支撑件2转动。为此,六个线性致动器10a,10b,...1Of由它们在第一支撑件的一个端通过回转接头43a, 44a,...,43f, 44f各自被铰接,并由它们在第二支撑件3的另一个端通过另外的回转接头41a,42a,...,41f, 42f被铰接。每个回转接头41a,…,41f,43a,…,43f与两个支撑件2和3中的一个带有的座42a,.",42f,44a,,…,44f相配合。
[0106]这些线性致动器10a,…,1f,也称为关节臂,包括例如液压的、气压的或螺旋起重器。这些线性致动器10a,…,1f被成对设置以例如使致动器1b的回转接头设置在比其他致动器10c,…,1f更接近致动器1a的第一支撑件2上,并以使致动器1b设置在比其他致动器10d,...,1a更接近致动器1c的第二支撑件3上。因此致动器的该布置避免了机械装置上的摩擦点或干扰点。
[0107]该系统还包括力吸收结构50。该结构被嵌入至第一支撑件2中。它通过回转接头51、52联结至第二支撑件3。该力吸收结构50是刚性的,即它被构造为(沿Rx、Ry和Rz)在嵌入件54和回转接头51、52之间传送力。优选地,它不包括除回转接头51、52以外的任何关节。
[0108]根据示出的优选实施例,该结构形成连接臂。连接臂的一端53与第一支撑件2相配合以形成嵌入件54。连接臂的另一端形成与固定在第二支撑件3上的座52相配合的转环51以形成回转接头51、52。有利地,连接臂形成管。
[0109]第二支撑件3具有至少两个绕图3所示的Rx轴和Ry轴旋转的自由度,转轴Rz是第二支撑件3的原始转轴。在力吸收结构基本成直线性、圆柱形或圆锥形的情况下,Rz轴平行于沿该结构伸展的主方向。
[0110]在特定实施例中,第二支撑件3还能相对于第一支撑件2绕垂直于Rx轴和Ry轴的Rz轴转动。绕Rz轴旋转的自由度能例如通过支撑件带有的工具用来拧紧零件。
[0111]特别有利地,回转接头51、52的中心60位于第二支撑件3的e2的厚度层处。该厚度层如图4所示。例如,在第二支撑件3形成具有底面31和顶面32的板的情况下,中心60位于这两个面31和32之间。更一般地,第二支撑件3的周长限定封装物且转动中心60从该封装物内部插过(fit)。换句话说,回转接头51、52的转动中心60位于互相平行的、与Rx轴和Ry轴限定的平面平行的并穿过第二支撑件3的两个平面之间。
[0112]特别有利地,转环41a,...,41f,43a,…,43f的中心分别位于板3的e2的厚度层处和板2的G1处。转环41a,..., 41f的中心是共面的,且中心60属于包含转环41a,..., 41f的中心的平面。这有助于减少通过致动器11a,…,Ilf施加的除那些必要的用于移动板3的力。中心43a,...,43f也是共面的。
[0113]因此本发明省略了或至少最低限度地减少了在转动中心60、第二支撑件3和转环41a,…,41f的中心之间的杠杆臂,从而限制通过致动器11a,Ilf被平衡的剪力对移动第二支撑件3所必需的力的损害。力吸收结构50特别承受向第一支撑件2施加非垂直方向的外力的剪力和向支撑件3施加的剪力。即有Rx轴和Ry轴限定的平面被施加了非垂直的力。
[0114]因此能够在保持系统的绕Rx轴和Ry轴转动的负载能力不变的同时减小系统的尺寸和重量。
[0115]优选地,与第二支撑件3连在一起的线性致动器10的回转接头41、42形成平面轮廓(flat contour)。剪力吸收结构50的回转接头51、52的中心60位于使垂直于所述
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