CN105983977B - 机器手臂的关节模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器手臂的关节模块，将电路板设在马达一侧，电缆穿过转轴中空的内部，与电路板相连接，而凸缘设在相对电路板的马达另一侧，连接转轴以输出动力，连接座设在外壳上，连接座内设转矩感测器，转矩感测器通过转矩传输线连接电路板，传输侦测的转矩侦测信号至电路板，以避免信号干扰。

Description

机器手臂的关节模块

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及多轴机器手臂中提供关节转动动力的关节模块。

背景技术

机器手臂具有灵活的移动、精确的定位及连续性作业的特性，在人力缺乏及成本高涨的环境下，已成为产品生产线上制造组装的最佳利器。其中将机器手臂的关节模块化，提高适应生产线的弹性，已成为目前机器手臂研发的主要课题。

如图4所示，为现有技术机器手臂的关节模块10。现有技术的关节模块1在外壳2中设马达3，马达3中心设中空的转轴4，中空转轴4穿过电缆5，与设在马达3一侧的电路板6及编码器7相连接。机器手臂(图未示)通过电缆5传输电力及控制关节模块1的信号至电路板6，由电路板6根据接收的控制信号控制马达3转动，提供转轴4的转动动力。编码器7侦测转轴4的转动信号，回馈给电路板6，处理成转动角度，以调整转动转轴4的转速。而转动的转轴4则经设在马达3另一侧的减速器8降低至适当转速，并由连接在减速器8后的转矩感测器9输出动力至外部的另一关节模块(图未示)，另一关节模块的连接座10固定在转矩感测器9周边的凸缘11，以接受转轴4的转动。其中转矩感测器9侦测输出动力的转矩侦测信号，通过中空转轴4中的电缆5，传输回电路板6，处理成转动动力的转矩输出信号，以调整控制输出的动力。

现有技术关节模块1中的转矩感测器9与电路板6分别设在马达3的两侧，转矩感测器9侦测到的转矩侦测信号，必需由设在中空转轴4中的电缆5，传输回电路板6加以处理分析，以便判读转矩输出信号。由于电缆5需由马达3中心的中空转轴4穿越，而马达3的电磁波极强，会干扰电缆5中传输的信号。因此另有现有技术的关节模块利用铝箔等金属层包覆电缆5，以隔绝电磁波，进行改善信号的传输品质。

然而，转矩感测器9侦测到的转矩侦测信号，远比电缆5中其他经过处理的控制信号微弱，未经处理的转矩侦测信号传输中仍会受到马达3的电磁波干扰，经常造成电路板15误判转矩侦测信号，导致输出错误的动力，不仅影响机器手臂的精确性，且危及产品与工作环境的安全。此外，侦测的转矩侦测信号通过电缆5传输，电缆5也会变粗而牺牲电缆5在转轴4中空内部的活动空间。在机器手臂移动经常拉扯挤压电缆5而摩擦转轴4下，不仅包覆电缆5的金属层容易破损或脱落，降低隔绝电磁波的干扰，且电缆5可挠曲的空间变少，进而影响电缆的寿命。因此，机器手臂的关节模块在侦测转矩侦测信号的配置上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器手臂的关节模块，通过将转矩感测器由凸缘分离，设置到关节模块的连接座，使转矩侦测信号的转矩传输线，直接连接至电路板，不经过中空的转轴，以改善转矩侦测信号的传输品质。

本发明另一目的在于提供一种机器手臂的关节模块，利用第一关节模块的电路板处理固定在连接座的第二关节模块的转矩侦测信号，再传输已处理的转矩输出信号，以避免信号干扰。

本发明再一目的在于提供一种机器手臂的关节模块，利用电路板传输信号的原电缆，传输转矩输出信号，减少转矩传输线占据转轴中空内部电缆的活动空间，以提高电缆的寿命。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的关节模块，将马达设在外壳内，转动设在马达中心的中空转轴，电路板设在马达一侧，控制马达转动，电缆穿过转轴中空的内部，与电路板相连接，以传输电力及控制信号至电路板，凸缘设在相对电路板的马达另一侧，连接转轴以输出动力，连接座设在外壳上，连接座内设转矩感测器，转矩感测器通过转矩传输线连接电路板，转矩传输线不经转轴的中空内部，以传输转矩感测器侦测的转矩侦测信号至电路板。

机器手臂的关节模块将连接座设在接近电路板的外壳上，固定第二关节模块的凸缘，使第二关节模块的凸缘与关节模块的转矩感测器形成连结，而关节模块的电缆与第二关节模块的电缆连接，以转动关节模块。转矩感测器侦测固定在连接座的第二关节模块的转矩侦测信号，并由电路板处理分析转矩侦测信号形成转矩输出信号，再通过电缆传输转矩输出信号至第二关节模块。

附图说明

图1为本发明机器手臂的关节模块的立体图；

图2为本发明机器手臂的关节模块的侧剖视图；

图3为本发明机器手臂的关节模块间连接的示意图；

图4为现有技术机器手臂的关节模块的侧剖视图。

符号说明

20,20a,20b 关节模块

21 外壳

22 马达

23,23b 转轴

24,24a,24b 电缆

25,25a,25b 电路板

26,26b 凸缘

27,27a 连接座

28,28a 转矩感测器

29,29a 转矩传输线

30 减速器

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合的附图加以说明如下。

请同时参阅图1及图2，图1为本发明机器手臂的关节模块的立体图，图2为本发明机器手臂的关节模块的侧剖视图。本发明机器手臂的关节模块20主要包含外壳21、马达22、转轴23、电缆24、电路板25、凸缘26、连接座27、转矩感测器28及转矩传输线29。其中关节模块20在外壳21内设马达22，马达22中心设转轴23，转轴23的中空内部穿过电缆24，与设在马达22一侧的电路板25相连接。机器手臂(图未示)通过电缆24传输电力及控制关节模块20的信号至电路板25，由电路板25根据接收的控制信号控制马达22转动，以提供转轴23的转动动力。转动的转轴23经设在马达22相对电路板25另一侧的减速器30降低至适当转速，并由连接在减速器30后的凸缘26输出动力，转动固定在凸缘26的另一关节模块(图未示)。

本发明的关节模块20另在接近电路板25的外壳21上设连接座27，连接座27设转矩感测器28，转矩感测器28与电路板25间通过转矩传输线29连接，使转矩传输线29不经转轴23的中空内部，直接传输转矩感测器28侦测的转矩侦测信号至电路板25。而其他关节模块的凸缘(请参图3)可固定在连接座27，经由转矩感测器28转动关节模块20。因此，本发明关节模块20的转矩感测器28，用以侦测固定在连接座27其他关节模块的输出转矩，非关节模块20本身的输出转矩。转矩感测器28将转矩侦测信号，经转矩传输线29传输给电路板25，电路板25处理分析形成转矩输出信号，再通过电路板25原传输控制信号的电缆24输出。

如图3所示，为本发明机器手臂的关节模块间连接的示意图。本发明使用时，本实施例以第一关节模块20a与第二关节模块20b相连为例说明，但包含且不限于两关节模块相连，可将多个关节模块互相连结组成机器手臂。首先将第二关节模块20b固定在第一关节模块20a的连接座27a，使第二关节模块20的凸缘26b与第一关节模块20a的转矩感测器28a形成连结。另将第二关节模块20的电缆24b与第一关节模块20a的电缆24a连接，本实施例虽以电缆在关节模块外部连接说明，但电缆也可经由关节模块内部连接。接着机器手臂(图未示)通过电缆24b传输电力及控制信号至电路板25b，由电路板25b控制马达22b转动转轴23b。转轴23b经降低适当转速由连结的凸缘26b输出动力，转动固定在凸缘26b的第一关节模块20a。

第一关节模块20a利用转矩感测器28a侦测第二关节模块20b转轴23b输出动力的转矩侦测信号，并将第二关节模块20b的转矩侦测信号经由转矩传输线29a，直接传输至第一关节模块20a的电路板25a，由于转矩侦测信号未经过马达中心极强电磁波的磁场，可降低微弱的转矩侦测信号受到电磁波干扰。然后第一关节模块20a的电路板25a将转矩侦测信号处理分析形成转矩输出信号。再通过电路板25a原传输控制信号的第一关节模块20a的电缆24a输出，经第二关节模块20b的电缆24b传回第二关节模块20b的电路板25b，以调整控制第二关节模块20b对第一关节模块20a的输出动力。因处理后的转矩输出信号经信号增强或形成数位信号，虽穿过马达中心极强电磁波的磁场，但可降低转矩侦测信号受到电磁波干扰，避免第二关节模块20b的电路板25b误判。同样地，第一关节模块20a的凸缘26a，如有固定第三关节模块(图未示)，第一关节模块20a的电路板25a也可由第三关节模块获得其转矩输出信号。

因此，本发明机器手臂的关节模块，就可通过将转矩感测器由凸缘分离，设置到关节模块本身的连接座，并使转矩传输线直接连接至电路板，不经过中空的转轴，形成关节模块，达到改善转矩侦测信号的传输品质的目地。虽然本发明关节模块的电路板处理固定在连接座的其他关节模块的转矩侦测信号，但传输已处理的转矩输出信号，可避免信号受到干扰，同时本发明的关节模块也可由连接的关节模块获得转矩侦测信号。此外，本发明的关节模块利用电路板传输控制信号的原电缆，传输已处理转矩输出信号，避免转矩传输线占据转轴中空内部电缆的活动空间，使电缆具有足够空间移动，防止产生磨损，也可达到提高电缆的寿命的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该多个优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种机器手臂的关节模块，包含：

外壳；

马达，设在该外壳内，转动设在马达中心的中空转轴；

电路板，设在该马达一侧，以控制马达转动；

电缆，穿过转轴中空的内部，与电路板相连接，以传输电力及控制信号至电路板；

凸缘，设在相对电路板的马达另一侧，且连接转轴以输出动力；

连接座，设在外壳上，连接座内设转矩感测器，转矩感测器通过转矩传输线连接电路板，转矩传输线不经转轴的中空内部，以传输转矩感测器侦测的转矩侦测信号至该电路板，该电路板处理分析该转矩侦测信号形成转矩输出信号，再通过该电缆传输该转矩输出信号至第二关节模块。

2.如权利要求1所述的机器手臂的关节模块，其中该连接座设在接近电路板的外壳上。

3.如权利要求1所述的机器手臂的关节模块，其中该连接座固定该第二关节模块的凸缘，以转动该关节模块。

4.如权利要求3所述的机器手臂的关节模块，其中该第二关节模块的凸缘与该关节模块的转矩感测器形成连结。

5.如权利要求4所述的机器手臂的关节模块，其中该关节模块的电缆与第二关节模块的电缆连接。

6.如权利要求4所述的机器手臂的关节模块，其中该转矩感测器侦测固定在该连接座的第二关节模块的转矩侦测信号。

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