CN103395069B - 能增加二部件间相对摆动角度的传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，应用于一机械人的第一部件及第二部件，该传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、传动杆、第三齿轮及第四齿轮，其中第一、第二齿轮分别固设于邻近第一、第二部件一端的位置，且彼此相互啮合；该传动杆上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心；该第三齿轮固设于传动杆上对应于第一齿轮的一端，且能使传动杆随其转动；该第四齿轮可转动地设置于第一部件上，且能被一致动器带动旋转，该第四齿轮与第三齿轮相啮合，以带动第三齿轮，随第四齿轮同步转动。如此便能间接带动第二部件相对于第一部件摆动，而有效增加第二部件相对于第一部件的摆动角度。

Description

能增加二部件间相对摆动角度的传动机构

技术领域

本发明涉及一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构。尤其是一种应用于一机械人的一第一部件及一第二部件，且在第二部件相对于第一部件摆动的过程中，能通过设置于第一部件及第二部件的齿轮间的相互啮合，而增加第二部件相对于第一部件的摆动角度的传动机构。

背景技术

机器人是自动控制机器(Robot)的通称，主要用于协助人们进行各种具高危险性、具高精密性或需长时间反复执行的工作，早在1980年代，便有汽车业者利用一种具多关节的机械手臂(robot arm)，来提升生产在线的良率及制造效率。时至今日，机器人的应用领域越来越广泛，无论是半导体、金属加工、风机制造、太阳能制造业、食品加工与包装、电子、制药等产业，都可见到各种不同类型的机器人，令业者能通过生产的自动化及机械化，大幅改善生产效率、产品产能、营运成本及工安要求，并创造出更多的利润。

为了让机器人能执行更多不同类型的工作，近年来有许多的设计者致力于开发人形机器人，期能使机器人具有手、脚等肢体，进而模拟出人体的实际动作。一般而言，人形机器人必须能理解外界讯息，并在适应环境后，精确且灵活地执行作业，因此，高性能的传感机构即成为影响人形机器人效能的核心因素之一，目前，人形机器人最大的障碍是在“辨识指令能力”及“环境的适应性”，前者与智能化控制技术有关，后者则取决于人形机器人本身的运作结构。众所周知，人体的结构组成极为复杂，任何一个动作皆必须藉由骨骼、肌肉与关节间的相互搭配始能完成。其中，又以关节的动作最为重要，因为关节的动作牵涉到重量负荷、重心稳定以及动作衔接上的灵活与否，一旦其中有某个环节出现问题，便会影响到四肢活动的灵敏度，进而对人体健康产生负面影响。同理，在设计人形机器人时，关节结构亦为一大课题，因为人形机器人的每个动作都与关节结构相关，故人形机器人的结构强度是否足够、动作时是否灵活、零件间是否容易因磨损而影响其耐用性皆与关节结构的设计息息相关。

在整个机器人结构中，下肢机构的设计良劣无疑将主导机器人在作业上的稳定性及灵活性，如图1所示为现有技术的机器人1下肢机构10的示意图，该机器人1的大腿部11及小腿部13间通过一膝关节12相互连接，一般而言，该膝关节12多设于大腿部11及小腿部13间的中间位置，以能均匀地传递整个下肢机构10的动作力量，然而，该膝关节12的作用是使小腿部13能相对于大腿部11进行向后地(即图1的右方)转动，以模拟出人体的屈膝动作，而由于大腿部11及小腿部13的构型通常较膝关节12为大，因此，在小腿部13通过该膝关节12朝后方转动时，该小腿部13的后侧可能会抵触到大腿部11的后侧，造成转动角度受限。为此，虽有设计者将膝关节12的设置位置向后方调整，以避免上述问题，然而，如此一来，在小腿部13进行转动时，大腿部11及小腿部13的前端间将会形成一缝隙，造成必须额外装设一遮蔽外壳，以避免异物的侵入，因此并非一完善的解决之道。

综上所述，如何针对机器人的关节结构进行改良，以便能通过崭新的一关节结构设计，使得通过关节结构相连接的二部件(如：大腿与小腿或上臂与前臂等)，不仅能流畅且灵活地进行大幅度摆动，还能够保持机器人的整体稳固性及外型美观即为本发明在此欲解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效增加摆动角度，且能兼顾其整体稳固性及外型美观性的能增加二部件间相对摆动角度的传动机构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，应用于机械人的一第一部件及一第二部件，所述传动机构包括：

一第一齿轮，固设于邻近第一部件一端的位置；

一第二齿轮，固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；

一传动杆，沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，且传动杆上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心；

一第三齿轮，固设于传动杆的一端，且能被带动而使传动杆随第三齿轮转动，该第三齿轮的圆心对应于第一齿轮的圆心；

一第四齿轮，可转动地设置于第一部件上，且能被一致动器带动旋转，第四齿轮与第三齿轮相啮合，以带动第三齿轮，随第四齿轮同步转动。

本发明所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和/或第四齿轮是一正齿轮。

本发明所述第一齿轮和第二齿轮的齿轮比介于1：4至4：1之间。

本发明一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，应用于机械人的一第一部件及一第二部件，所述传动机构包括：

一第一齿轮，固设于邻近第一部件一端的位置；

一第二齿轮，固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；

一传动杆，沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，其上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心，且传动杆枢接至第一齿轮的一端能被一致动器带动旋转，以使传动杆枢接至第二齿轮的一端，能相对于传动杆枢接至第一齿轮的一端旋转，进而使第二部件能被传动杆带动，而相对第一部件摆动。

本发明所述第一齿轮和第二齿轮是一正齿轮。

本发明所述第一齿轮和第二齿轮的齿轮比介于1：4至4：1之间。

本发明与现有技术相比，传动机构包括一第一齿轮、一第二齿轮、一传动杆、一第三齿轮及一第四齿轮，其中第一齿轮固设于邻近第一部件一端的位置；该第二齿轮固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；该传动杆沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，且传动杆上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心；该第三齿轮固设于传动杆的一端，且能被带动而使传动杆随第三齿轮转动，该第三齿轮的圆心对应于第一齿轮的圆心；该第四齿轮可转动地设置于第一部件上，且能被一致动器(如马达)带动旋转，该第四齿轮与第三齿轮相啮合，以带动第三齿轮，随第四齿轮同步转动。如此，当第四齿轮被致动器带动旋转时，第四齿轮会带动第三齿轮旋转，进而使传动杆枢接至第二齿轮的一端，能相对于传动杆枢接至第一齿轮的一端旋转，以使第二部件能被传动杆带动，而相对第一部件摆动；此外，由于第二齿轮与第一齿轮相啮合，故在第二部件相对于第一部件摆动的过程中，第二部件不仅会稳定地被第二齿轮带动旋转，还能因第二齿轮与第一齿轮间的相互啮合关系，而有效增加第二部件相对于第一部件的摆动角度，此外，更由于第一齿轮及第二齿轮持续地相互啮合，故也能兼顾其整体稳固性及外型美观性。

本发明同时提供一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，该传动机构包括一第一齿轮、一第二齿轮及一传动杆，其中第一齿轮固设于邻近第一部件一端的位置；该第二齿轮固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；该传动杆沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，其上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心，且传动杆枢接至第一齿轮的一端能被一致动器(如马达)带动旋转，以使传动杆枢接至第二齿轮的一端，能相对于传动杆枢接至第一齿轮的一端旋转，进而使第二部件能被传动杆带动，而相对第一部件摆动；此外，由于第二齿轮与第一齿轮相啮合，故在第二部件相对于第一部件摆动的过程中，第二部件不仅会稳定地被第二齿轮带动旋转，还能因第二齿轮与第一齿轮间的相互啮合关系，而有效增加第二部件相对于第一部件的摆动角度，此外，更由于第一齿轮及第二齿轮持续地相互啮合，故也能兼顾其整体稳固性及外型美观性。

附图说明

图1是现有机器人传动机构的示意图。

图2是本发明传动机构的立体示意图。

图3是本发明传动机构应用于第一部件及第二部件的直线状态示意图。

图4是本发明传动机构应用于第一部件及第二部件的弯曲状态示意图。

图中主要零件符号说明：

第一部件	………	21
			第二部件	………	22
传动机构	………	3
			第一齿轮	………	31
第二齿轮	………	32
			传动杆	………	33
第三齿轮	………	34
			第四齿轮	………	35

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图2所示是本发明一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构的较佳实施例的立体示意图。本发明应用于一机械人(图中未显示)的一第一部件21及一第二部件22，该第一部件21及第二部件22是机械人上通过关节相连接的二部件，例如：上臂与前臂或大腿与小腿等，但本发明并不以此为限，凡通过关节相连接且可活动的二部件，皆属本发明所称的第一部件21及第二部件22。在此一较佳实施例中，该传动机构3包括一第一齿轮31、一第二齿轮32、一传动杆33、一第三齿轮34及一第四齿轮35，其中该第一齿轮31固设于邻近第一部件21一端的位置；该第二齿轮32固设于邻近第二部件22一端的位置，且能与第一齿轮31相啮合。在此一较佳实施例中，该第一齿轮31及第二齿轮32分别为完整的一正齿轮，且藉由突出于第一部件21一端及第二部件22一端的轮齿，彼此相啮合，但第一齿轮31及第二齿轮32的结构形式并不以此为限，第一齿轮31及第二齿轮32亦可被设计成斜齿轮或其它齿轮形式；此外，实际装配时，亦可仅在第一齿轮31周缘的局部和/或第二齿轮32周缘的局部设置轮齿，只要在第二部件22相对于第一部件21摆动的过程中，设置于第一齿轮31及第二齿轮32周缘的轮齿能彼此相啮合即可；甚至视实际应用上的需要，亦可直接在第一部件21一端的端缘及第二部件22一端的端缘设计相互啮合的轮齿，此时，设置于第一部件21或第二部件22端缘的轮齿，亦可被视为此处所称的第一齿轮31或第二齿轮32，换言之，第一齿轮31及第二齿轮32的描述仅是便于理解本发明各组件间的配置关系，其具体装配方式并不以所呈现的结构形式为限，特此说明。

承上所述，传动杆33沿第一齿轮31及第二齿轮32的圆心联机方向配置，且传动杆33上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮31及第二齿轮32的圆心，其连接关系的细节后面详述。第三齿轮34固设于传动杆33的一端，且第三齿轮34的圆心对应于第一齿轮31的圆心，而能与传动杆33的一端共同被枢接至第一齿轮31的圆心。当第三齿轮34被带动旋转时，能使传动杆33以第一齿轮31的圆心为轴心，随第三齿轮34共同转动，进而使传动杆33的另一端(即枢接至第二齿轮32的圆心的一端)能相对传动杆33的一端(即枢接至第一齿轮31的圆心的一端)摆动。在此一较佳实施例中，第三齿轮34与传动杆33的一端共同被一枢接件(图中未标示)枢接至第一齿轮31的圆心，进而使第三齿轮34能相对于第一部件21及固设于第一部件21上的第一齿轮31转动，且使传动杆33的另一端，能相对于第一部件21及固设于第一部件21上的第一齿轮31摆动；此外，传动杆33的另一端被另一枢接件(图中未标示)枢接至第二齿轮32的圆心，以在传动杆33的另一端相对于第一部件21摆动的过程中，传动杆33能带动第二部件22，进而使第二部件22能相对第一部件21摆动。在此特别指出，由于传动杆33的另一端仅枢接至第二齿轮32的圆心(相当于枢接至第二部件22)，而非固设于第二齿轮32的圆心，因此，在传动杆33另一端带动第二部件22的过程中，第二部件22能相对传动杆33转动，而非与传动杆33间维持一固定角度。

如图2所示，第四齿轮35可转动地设置于第一部件21上，且能被一致动器(如马达)带动旋转，换言之，在此一较佳实施例中，第四齿轮35是传动机构3整体的动力来源。第四齿轮35与第三齿轮34相啮合，以在第四齿轮35被致动器带动旋转时，第四齿轮35能带动第三齿轮34随之同步转动。在此特别指出，在本发明的其它实施例中，亦可省略第三齿轮34及第四齿轮35，而直接以一致动器带动该传动杆33，更具体而言，使致动器直接连接至传动杆33枢接至第一齿轮31的一端，以带动传动杆33以一端(即枢接至第一齿轮31的圆心的一端)为轴心旋转，且使传动杆33的另一端(即枢接至第二齿轮32的圆心的一端)能相对于传动杆33的一端(即枢接至第一齿轮31的圆心的一端)旋转，进而使第二部件22能被传动杆33的另一端(即枢接至第二齿轮32的圆心的一端)带动，而相对第一部件21摆动，如此，亦能获致均等的功效。

如4图3和图4所示，其中，图3是第一部件21及第二部件22彼此呈直线状态的示意图，图4则是第一部件21及第二部件22彼此呈弯曲状态的示意图。由于传动杆33上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮31及第二齿轮32的圆心，换言之，传动杆33上邻近两端的位置分别枢接第一部件21及第二部件22，因此，藉由传动杆33，能使第一部件21及第二部件22活动地被相互连接成一体。在第一部件21及第二部件22被传动杆33活动地连接成一体时，位于第一部件21一端的第一齿轮31，便会与位于第二部件22一端的第二齿轮32彼此相啮合；此外，固设于传动杆33的第三齿轮34，也会与设置于第一部件21的第四齿轮35彼此相啮合。

如图3所示，当机械人上对应于第一部件21及第二部件22的关节打直(即第一部件21及第二部件22彼此呈直线状态)时，第一部件21、第二部件22及传动杆33彼此相互平行。如图4所示，当第四齿轮35被致动器带动旋转时，第四齿轮35会带动第三齿轮34旋转；此外，由于第三齿轮34固设于传动杆33的一端，故当第三齿轮34被第四齿轮35带动旋转时，第三齿轮34能使传动杆33的另一端(即枢接至第二齿轮32的圆心的一端)相对于传动杆33的一端(即枢接至第一齿轮31的圆心的一端)摆动，进而使第二部件22能相对第一部件21摆动，此时，第一部件21及传动杆33间形成有一第一夹角θ1；再者，由于第一齿轮31及第二齿轮32彼此相啮合，故在第二部件22相对于第一部件21摆动的过程中，第二部件22会因第二齿轮32与第一齿轮31间的相互啮合关系，以第二齿轮32的圆心为转动轴心，而相对于传动杆33的另一端旋转，进而使第二部件22及该传动杆33间形成有一第二夹角θ2，如此，将使第二部件22及该第一部件21间形成之一第三夹角θ3(其大小等于第一夹角θ1及第二夹角θ2之和)大于第一夹角θ1，而能有效增加第二部件22相对于第一部件21的摆动角度，此外，更由于第一齿轮31及第二齿轮32持续地相互啮合，故也能兼顾第一部件21与第二部件22间在转动上的稳固性，并兼顾第一部件21与第二部件22在外观上的完整性，而能有效维持外观上的美感。

综上所述可知，通过本发明的传动机构3，第二部件22会被传动杆33的另一端带动，而以其一端(即枢接至第一齿轮31的圆心的一端)为圆心，相对于第一部件21摆动(即以第一齿轮31为圆心发生公转)；此外，第二部件22还会因第二齿轮32与第一齿轮31间的相互啮合关系，以第二齿轮32的圆心为转动轴心，而相对于传动杆33的另一端旋转(即以第二齿轮32为圆心发生自转)，并据以增进第二部件22相对于第一部件21的摆动角度。更进一步而言，在此一较佳实施例中，致动器的驱动力通过第三齿轮34进入传动机构3，并经由传动机构3的第一齿轮31、第二齿轮32、第三齿轮34及第四齿轮35，稳定地驱动第二部件22，以使第二部件22相对于第一部件21，稳定地进行摆动运动。其中，传动机构3的驱动力及第二部件22的运动间的函数关系，是根据第一齿轮31、第二齿轮32、第三齿轮34及第四齿轮35的齿轮比而为一定值。在上述实施例中，第一齿轮31与第四齿轮35的齿轮比为1：1，第二齿轮32与第三齿轮34的齿轮比亦为1：1，而第二部件22相对于第四齿轮35的转动关系为2：1，但本发明并不以此为限，为能视实际应用上的需要，调整传动机构3对第二部件22的摆动角度的改变程度，实际装配时，亦可调整第一齿轮31及第二齿轮32的齿轮比，例如，将第一齿轮31及第二齿轮32的齿轮比设定成1：4、1：3、1：2或2：1、3：1至4：1等，且其具体数值并不以整数为限，特此说明。

以上所述，仅为本发明的若干较佳实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，凡本领域技术领域的人士在参考本发明技术内容后，所能轻易思及的等效变化，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，应用于机械人的一第一部件及一第二部件，其特征在于：所述传动机构包括：

一第一齿轮，固设于邻近第一部件一端的位置；

一第二齿轮，固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；

一传动杆，沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，且传动杆上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心；

一第三齿轮，固设于传动杆的一端，且能被带动而使传动杆随第三齿轮转动，该第三齿轮的圆心对应于第一齿轮的圆心；

一第四齿轮，可转动地设置于第一部件上，且能被一致动器带动旋转，第四齿轮与第三齿轮相啮合，以带动第三齿轮，随第四齿轮同步转动。

2.根据权利要求1所述的能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，其特征在于：所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和/或第四齿轮是一正齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，其特征在于：所述第一齿轮和第二齿轮的齿轮比介于1：4至4：1之间。

4.一种能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，应用于机械人的一第一部件及一第二部件，其特征在于：所述传动机构包括：

一第一齿轮，固设于邻近第一部件一端的位置；

一第二齿轮，固设于邻近第二部件一端的位置，且能与第一齿轮相啮合；

一传动杆，沿第一齿轮及第二齿轮的圆心联机方向配置，其上邻近两端的位置分别枢接至第一齿轮及第二齿轮的圆心，且传动杆枢接至第一齿轮的一端能被一致动器带动旋转，以使传动杆枢接至第二齿轮的一端，能相对于传动杆枢接至第一齿轮的一端旋转，进而使第二部件能被传动杆带动，而相对第一部件摆动。

5.根据权利要求4所述的能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，其特征在于：所述第一齿轮和第二齿轮是一正齿轮。

6.根据权利要求4或5所述的能增加二部件间相对摆动角度的传动机构，其特征在于：所述第一齿轮和第二齿轮的齿轮比介于1：4至4：1之间。