CN102463574B - 顺应性位置补正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种顺应性位置补正装置，其适于一机械手臂的一远程。补正装置包含连接于远程的第一平板、第二平板、连接于第二平板的中心组件、及位置顺应组件，位置顺应组件的两端分别连接于第一平板与第二平板，位置顺应组件在两端之间具有至少一沟槽，沟槽的开口方向与两端的联机间夹一锐角，因此，顺应性位置补正装置可由沟槽而有效地补正机械手臂因尺寸误差、刚性因素或定位误差所产生的偏移量。

Description

顺应性位置补正装置

技术领域

本发明涉及一种顺应性位置补正装置，特别是涉及一种连接于机械手臂的远程，用以补正误差的顺应性位置补正装置。

背景技术

产业上使用机械手臂来代替人工操作已相当普及，机械手臂常应用于取料与放料，也就是说，利用机械手臂将预先准备好的料件取出，之后再放至预定位置的动作。机械手臂在进行取料或放料动作时，其取料点与放料点的精确性即相当重要，当取料点或放料点的位置错误，机械手臂将无法正确地完成预定的动作。会影响取、放料点精确性的因素包含了机械手臂中各构件的尺寸误差、各构件的刚性及定位误差等。

业界为了能补正上述误差所形成的偏移量，提出了顺应性补正装置，例如2010年7月6日公告第7748136号美国专利「Remote center compliancedevice with measuring sensor(具有感应组件的顺应性补正装置)」、1978年7月4日公告第4098001号美国专利「Remote center compliance system(顺应性补正系统)」、以及2004年9月21日公告第6792689号美国专利「Remote centercompliance device(顺应性补正装置)」，此些技术用以补正上述偏移量，且从核准日期来看，可以轻易得知此一偏移量问题已发生数十年，且仍为业界持续欲解决的议题。

发明内容

鉴于上述偏移量问题，本发明提出一种顺应性位置补正装置，适于一机械手臂的一远程，以补正机械手臂因尺寸误差、刚性或定位误差所产生的偏移量，解决上述问题。

依据一实施例，补正装置包含连接于远程的第一平板、第二平板、连接于第二平板的中心组件、及位置顺应组件，位置顺应组件的两端分别连接于第一平板与第二平板且位置顺应组件在两端之间具有至少一沟槽，沟槽的开口方向与两端的联机间夹一锐角。

依据一实施例，顺应组件具有两个沟槽，且两个沟槽的开口方向相异。

依据一实施例，顺应组件具有四个沟槽，且相邻的沟槽的开口方向实质上夹90度角。

依据一实施例，补正装置具有三个顺应组件，顺应组件以环状等角配置于第一平板与第二平板之间。

通过上述顺应性位置补正装置的特征，顺应性位置补正装置可藉沟槽而有效地补正机械手臂因尺寸误差、刚性因素或定位误差所产生的偏移量。

附图说明

图1为依据本发明顺应性位置补正装置第一实施例的立体示意图。

图2为依据本发明顺应性位置补正装置的位置顺应组件的第一实施例的立体示意图。

图3为图2的侧视图。

图4A、图4B、图4C、及图4D则分别为图3在4A-4A、4B-4B、4C-4C及4D-4D位置的剖视图。

图5A及图5B为顺应性位置补正装置使用示意图。

图6其为依据本发明顺应性位置补正装置的第二实施例。

图7为位置顺应组件的另一实施例示意图。

图8为依据图7位置顺应组件的顺应性位置补正装置的第三实施例的顶面示意图。

主要组件符号说明

20第一平板

25第二平板

30a，30b，30c位置顺应组件

32a，32b两端

34a，34b，34c，34d，34e，34f沟槽

35连接段

50中心组件

90远程

92凹孔

具体实施方式

请参考图1，其为依据本发明顺应性位置补正装置第一实施例的立体示意图。顺应性位置补正装置(或称远程中心顺应性装置，Remote centercompliance device)，适于连接于一机械手臂的远程90(Remote End)，补正机械手臂在定位时，因机械手臂的误差、刚性因素、或定位误差所造成的偏移量。此偏移量可能发生在单一轴向(如两个水平轴之一或垂直轴)，也可能同时发生在三个轴向(两个水平轴及垂直轴)。通过顺应性位置补正装置，即可补正前述单轴或三轴的偏移量。

请同时参阅图1及图2，图2为依据本发明顺应性位置补正装置的位置顺应组件的第一实施例的立体示意图。从图中可以看出，顺应性位置补正装置包含第一平板20、第二平板25、中心组件50及位置顺应组件30a，30b(也可称为弹性柱)。第一平板20连接于机械手臂的远程90，中心组件50连接于第二平板25。位置顺应组件30a，30b的两端32a，32b分别连接于第一平板20与第二平板25。从图中可以见悉，位置顺应组件30a，30b呈圆筒状(类似薄壁圆筒)，其两端端面的截面形状为环状，但并不以此为限，位置顺应组件30a，30b也可以是实心圆柱、方形、五角形或六角形等，而考虑到应力集中及均布性，则以圆形或等边形为较佳。而位置顺应组件30a，30b配置于第一平板20与第二平板25之间的关系，依其顶视图观之，呈等角方式配置，以能得到补正时较佳平衡性。

位置顺应组件30a，30b两端32a，32b的联机在图2中标示为Z轴，也就是位置顺应组件30a，30b的轴向，位置顺应组件30a，30b两端32a，32b之间具有多个沟槽34a，34b，34c，34d，沟槽34a，34b，34c，34d的制作可以采用任何加工手段来完成，例如但不限于水刀切割、放电线切割、激光切割、锯片、线切割或锯条切割。此沟槽34a，34b，34c，34d可在金属圆柱(如弹簧钢、不锈钢、工具钢等金属材料)中，割出特定的纹路，使金属圆柱成为可挠性的零件，取金属本身的抗拉性良好的特征，使其达到抗Z轴拉力并可在XY轴上做补偿性的移动。

为了进一步说明沟槽34a，34b，34c，34d的结构及特性，请参考图3、图4A、图4B、图4C、及图4D，其中图3为图2的侧视图，而图4A、图4B、图4C、及图4D则分别为图3在4A-4A、4B-4B、4C-4C及4D-4D位置的剖视图。为了便于说明，兹分别将图4A、图4B、图4C、及图4D中的沟槽34a，34b，34c，34d分别命名为第一沟槽34a、第二沟槽34b、第三沟槽34c及第四沟槽34d。

在此仅以线切割为例进行说明，从图4A中可以看出，第一沟槽34a是从+Y方向朝-Y方向切割而成；从图4B中可以看出，第二沟槽34b是从-Y方向朝+Y方向切割而成；从图4C中可以看出，第三沟槽34c是从-X方向朝+X方向切割而成；而从图4D中可以看出，第四沟槽34d是从+X方向朝-X方向切割而成。因此，位置顺应组件30a在每个沟槽34a，34b，34c，34d切割的位置即会具有适当的弹性，以图4A为例，位置顺应组件30a即会在以连接段35为中心，沿着X轴方向摆动的弹性，其摆动幅度的大小(即Z轴补正幅度)与第一沟槽34a切割的宽度h(请见于图3)有关，切割宽度h愈宽，则可摆动的幅度即愈大；而其摆动的弹性(或刚性)则与切割的深度h(请见于图4A)及连接段35的面积有关，当然摆动的弹性(或刚性)也与圆筒的壁厚t有关，其切割深度h愈深，则刚性愈小、弹性愈大，而连接段35的面积及壁厚t愈大，则刚性愈大、弹性愈小。

此外，从图4A、图4B、图4C、及图4D可以看出各沟槽切割方向(或称开口方向)也有适当的安排(+Y，-Y，-X，+X)，其目的在于使位置顺应组件30a对于每个轴向的补正不集中于位置某一区域(轴向上的上方或下方)，而是分散，如此一来，即能维持其刚性，且能均匀分散其应力，虽然本实施例中，切割方向依序以+Y，-Y，-X，+X方式安排，但并不以此为限，任何排列方式，甚至采用随机数方式排列，均不影响本发明目的的达成。

接着，沟槽34a，34b，34c，34d的切割方向(开口方向)除了在+Y，-Y，-X，+X方向外，也可以是与X轴向或Y轴向夹一特定角度，例如但不限于30度、45度、60度等。沟槽34a，34b，34c，34d的开口方向可以视为沟槽34a，34b，34c，34d切割的反方向，以图4A为例，沟槽34a从+Y方向朝-Y方向切割而成，因此，其开口方向则是+Y方向。在本实施例中，所有沟槽34a，34b，34c，34d的开口方向均与位置顺应组件30a的轴向(Z轴)约夹90度角，但本发明并不以此为限，沟槽34a，34b，34c，34d的开口方向可以与位置顺应组件30a的轴向(Z轴)约夹锐角，如此一来，单一沟槽34a，34b，34c，34d所能补正的偏移量则不限于单一轴向。此外，各沟槽34a，34b，34c，34d的开口方向可以相同也可以相异。

再者，从图3可以看出位置顺应组件30a具有多个沟槽34a，34b，34c，34d，而沟槽34a，34b，34c，34d的数量也会影响可补正的偏移量，当沟槽34a，34b，34c，34d的数量愈多，其总宽度即愈宽，故能补正的总偏移量也愈大。此外，各沟槽间的间距p(Pitch)也会影响位置顺应组件30a整体的刚性。因此，在设计时，可以参考所配合的机械手臂所需的补正量而设计，例如，依据所需补正的X、Y、Z轴各别的偏移量，而设计沟槽34a，34b，34c，34d的宽度h、深度d与间距p、以及位置顺应组件30a的壁厚t，而当第一平板20与第二平板25之间的距离固定时，除了能适当调整沟槽34a，34b，34c，34d的宽度h、深度d与间距p、以及位置顺应组件30a的壁厚t外，也可以选用不同材质，以达到所需补正的偏移量。

Z轴补正幅度与沟槽34a，34b，34c，34d数量、沟槽切割的宽度h(图3)有关，即切割宽度h愈宽、沟槽34a，34b，34c，34d的数目愈多，则可摆动的幅度即愈大；而左右摆动的变形量则与沟槽34a，34b，34c，34d的数量、沟槽34a，34b，34c，34d的间距、切割的深度h(图4A)及连接段的宽度、圆筒的壁厚t有关，其切割深度h愈深，连接段的宽度及壁厚t愈小，则刚性愈小、弹性愈大，反之则刚性愈大、弹性愈小。

接着，请参阅图5A及图5B，其为顺应性位置补正装置使用示意图，图中是模拟机械手臂的远程90欲将中心组件50对准凹孔92的示意图，在图5A中可以看出，当机械手臂将中心组件50移至凹孔92时，中心组件50与凹孔92间相差一个偏移量，此时，当机械手臂将中心组件50向图面的下方(即-Z方向)移动时，中心组件50即会先接触到凹子92上面的导角，接着，由于，位置顺应组件30b在X，Y，Z轴均具有偏移补正的能力，故可以顺利的把中心组件50置入凹孔92内。

再者，请续参阅图6，其为依据本发明顺应性位置补正装置的第二实施例，从图中可以看出，在第一平板20与第二平板25之间仅具有单一位置顺应组件30c，此位置顺应组件30c的外径仅略小于第一平板20与第二平板25，同时，位置顺应组件30c也仅具有一沟槽34e，此沟槽34e的开口方向与位置顺应组件30c的轴向(长轴或或Z轴)的夹角并非直角，而呈锐角，以此例而言，约呈30度角。

请同时参考图7与图8，前者为位置顺应组件的另一实施例示意图，而后者则为依据图7位置顺应组件30e的顺应性位置补正装置的第三实施例的顶面示意图。从图中可以看出位置顺应组件30e呈板状，并具有多个沟槽34f，在将之应用于顺应性位置补正装置时，可采用如图8所示的排列方式，此等角三角形的排列方式可以使得各沟槽34f间的偏移量补正效果较为均衡且不会有应力集中现象。

依本发明的技术所完成的位置顺应组件，其在XY方向补正范围可达2.6厘米(mm)，弯曲的范围可达5度、旋转范围(以Z轴为轴心)可达2度，Z轴可承受的压力达5000牛顿，可达受的拉力达300牛顿，但是上述的位置顺应能力(或称补正能力)并非用以限定本发明，位置顺应组件的沟槽只要经过适当设计，搭配位置顺应组件本体的刚性与弹性即可得到不同的位置顺应能力。

综上所述，顺应性位置补正装置通过位置顺应组件的配置，即可有效地补正机械手臂因尺寸误差、刚性因素、或定位误差所产生的偏移量。

Claims (7)

1.一种顺应性位置补正装置，适于一机械手臂的一远程，该补正装置包含：

第一平板，其连接于该远程；

第二平板；

中心组件，其连接于该第二平板；以及

位置顺应组件，该位置顺应组件的两端分别连接于该第一平板与该第二平板，该位置顺应组件在该两端之间具有至少一沟槽，所述沟槽沿位置顺应组件纵向间隔开，该沟槽为沿位置顺应组件外周的一部分的直线切割沟槽，且各沟槽切割方向与X轴向或Y轴向夹特定角度，以使位置顺应组件对于每个轴向的补正不集中于位置某一区域，而是分散。

2.如权利要求1所述顺应性位置补正装置，其中该位置顺应组件具有两个该沟槽，且该两个沟槽的开口方向相异。

3.如权利要求1所述顺应性位置补正装置，其中该位置顺应组件具有四个该沟槽，且相邻的该些沟槽的开口方向实质上夹90度角。

4.如权利要求1所述顺应性位置补正装置，其中该位置顺应组件为一圆柱，该两端为该圆柱的轴向圆形端面。

5.如权利要求1所述顺应性位置补正装置，其中该位置顺应组件为一圆筒，该两端为该圆筒的轴向环形端面。

6.如权利要求1所述顺应性位置补正装置，其中该补正装置具有三个该位置顺应组件，该些位置顺应组件以环状等角配置于该第一平板与该第二平板之间。

7.如权利要求6所述顺应性位置补正装置，其中该些位置顺应组件具有四个该沟槽，且相邻的该些沟槽的开口方向实质上夹90度角。