CN108237553A - 工具带动模块及其适用的机器手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工具带动模块，适用于机器手臂，其中机器手臂更包含末端轴，工具带动模块包含：连接部，组接于末端轴上，且包含结合座；马达驱动模块，组接于结合座上；带动臂，连接于马达驱动模块，且受马达驱动模块的驱动而进行转动；以及一工具固定座，衔接于带动臂上，用以供工具固设；其中，工具固定座及工具受带动臂带动而同步转动，且工具的工具中心点经由工具的转动而与末端轴的轴心的延伸线共点。

Description

工具带动模块及其适用的机器手臂

技术领域

本发明为一种工具带动模块，尤指一种可带动工具转动而改变工具的工作位置，且使工具在转动过程中，工具的工具中心点与机器手臂的多关节手臂的末端轴的轴心的延伸线可共点的工具带动模块及其适用的机器手臂。

背景技术

随着工业发展，为了提升生产速度及降低成本，多使用具有多关节手臂的机器手臂来替代人力，且通常会将工具或可供工具设置的工具模块连接于多关节手臂的末端轴，以利用工具来达成各种用途，例如锁付螺丝等。

目前机器手臂大致可分为三种。第一种机器手臂为直接将工具连接于机器手臂的多关节手臂的末端轴。第二种机器手臂为将工具模块连接于多关节手臂的末端轴，而设置于工具模块上的工具的工作位置为固定不可移动，且工具的中心线与末端轴的轴心平行且偏移一距离。第三种机器手臂为将工具模块连接于末端轴，而设置于工具模块上的工具更可以依照实际需求而以手动方式调整倾斜的角度，以改变工具的工作位置。

然而上述三种机器手臂却各自存在缺点。针对第一种机器手臂，因工具直接连接于末端轴且工具无法改变工作位置，故不但工具的形状及长度等受位于末端轴下方的设置空间大小所限制，导致适用性不佳，亦使得工具的工作范围有所局限。针对第二种的机器手臂，由于工具同样无法改变工作位置，故导致工具的工作范围有所局限。针对第三种的机器手臂，其虽能克服上述第一种的机器手臂及第二种的机器手臂的缺点，但因设置于工具模块上的工具的倾斜角度须以人工手动调整，故造成使用上的复杂性，导致工作效率不佳。

虽然目前为了解决上述第三种的机器手臂的问题，亦有多种机器手臂因此被研发，然而这些机器手臂却又存在限缩工作范围的缺点，例如工具的工作范围小于机器手臂的多关节手臂的末端轴的工作范围。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失的工具模块及其适用的机器手臂，实为目前迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工具带动模块及其适用的机器手臂，其中设置于工具带动模块的工具可被工具带动模块带动而旋转，以自动改变工具的工作位置。而在工具转动的过程中，工具的工具中心点可与多关节手臂的末端轴的轴心延伸线共点，使工具的工作范围维持于与多关节手臂的末端轴的工作范围相同，使工具的工作范围扩大。此外，工具带动模块能够在不改变机器手臂的原始结构及电路的情况下，简易可拆卸地连接至机器手臂的多关节手臂的末端轴。更甚者，工具带动模块的工具可因应各种不同使用需求而进行替换，成本也因而降低。

根据本发明的构想，本发明提供一种工具带动模块，适用于机器手臂，其中机器手臂更包含末端轴，工具带动模块包含：连接部，组接于末端轴上，且包含结合座；马达驱动模块，组接于结合座上；带动臂，连接于马达驱动模块，且受马达驱动模块的驱动而进行转动；以及一工具固定座，衔接于带动臂上，用以供工具固设；其中，工具固定座及工具受带动臂带动而同步转动，且工具的工具中心点经由工具的转动而与末端轴的轴心的延伸线共点。

根据本发明的另一构想，本发明提供一种机器手臂，其包含多关节手臂以及工具带动模块。多关节手臂包含末端轴。工具带动模块可拆卸地连接于多关节手臂的末端轴，且包含：连接部，组接于末端轴上，且包含结合座；马达驱动模块，组接于结合座上；带动臂，连接于马达驱动模块，且受马达驱动模块的驱动而进行转动；以及一工具固定座，衔接于带动臂上，用以供工具固设；其中，工具固定座及工具受带动臂带动而同步转动，且工具的工具中心点经由工具的转动而与末端轴的轴心的延伸线共点。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的机器手臂的立体结构示意图。

图2A为图1所示的工具带动模块的立体结构示意图。

图2B为图1所示的工具带动模块的立体结构分解示意图。

图3为为图1所示的机器手臂在工具旋转一特定角度后的立体结构示意图。

图4为现有机器手臂的末端轴与工具的工作范围图。

图5为图3所示的机器手臂的末端轴与装设于工具带动模块上的工具的工作范围图。

图6为图2A所示的工具带动模块的另一视角的立体结构示意图。

图7为本发明另一较佳实施例的工具带动模块的立体结构示意图。

图8为本发明再一较佳实施例的工具带动模块的立体结构示意图。

其中，附图标记

10、10a、10b：工具带动模块

11：连接部

110：连接轴套

1101：第一固定件

1102：第二固定件

1103、1104：螺丝孔

1105：螺丝

111：结合座

1111：第一结合板

1112：第二结合板

112：开口

113：第二中空部

114：第一中空部

12、12a、12b：马达驱动模块

121：减速机

121a：L型减速机

1211：第一部

1212：第二部

122：马达

123：管线组

124：减速机马达

13：带动臂

131：旋转轴心

14：工具固定座

141：连接件

142：夹持件

15：工具

20：机器手臂

21：多关节手臂

211：末端轴

212：基座

213：多轴机构

A：中心点

P：共平面

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图1及图2A，其中图1为本发明较佳实施例的机器手臂的立体示意图，图2A为图1所示的工具带动模块的立体结构示意图。如第1、2图所示，机器手臂20可为但不限于五轴机器手臂，且包含一多关节手臂21及一工具带动模块10。多关节手臂21包含一末端轴211、一基座212及一多轴机构213。多轴机构213连接于基座212，且具有两轴结构。末端轴211其可转动地连接于多轴机构213上，，并可于多轴机构213上朝垂直方向上下移动。于一些实施例中，多关节手臂21可为水平关节机器手臂(Selective Compliance AssemblyRobot Arm,SCARA)或Delta机器手臂(Delta robot)，但不限于此。

工具带动模块10组接于末端轴211上，且包含一连接部11、一马达驱动模块12、一带动臂13以及一工具固定座14。连接部11组接于多关节手臂21的末端轴211上，且包含连接轴套110及结合座111，连接轴套110与末端轴211组接，且包含一第一固定件1101和一第二固定件1102，第一固定件1101包含多个螺丝孔1103，第二固定件1102包含多个螺丝孔1104，且分别与第一固定件1101的多个螺丝孔1103相对应，此外，第一固定件1101及第二固定件1102之间形成一第一中空部114，用以供末端轴211设置，更甚者，当末端轴211设置于第一中空部114时，可藉由多个螺丝1105分别穿设对应的第一固定件1101的多个螺丝孔1103和第二固定件1102的多个螺丝孔1104并加以锁付，使第一中空部114的空间逐渐缩小而对应于末端轴211的外环大小，藉此使第一固定件1101及第二固定件1102贴合于末端轴211而让工具带动模块10固设于末端轴211上。

结合座111的一侧以卡合或锁固的方式与连接轴套110组接。马达驱动模块12以卡合或锁固的方式组接于结合座111的另一侧，且包含一减速机121及一马达122。减速机121组接于结合座111上，且包含一出力端。马达122组接于减速机121上，且可由一独立的控制器(未图标)控制，用以驱动减速机121，其中马达122及减速机121分别与末端轴211的轴心的延伸线相互为垂直状态。带动臂13，例如图2A所示的单一带动臂13连接于减速机121的出力端，当马达122驱动减速机121运作时，带动臂13便被减速机121的出力端驱动而转动，其中带动臂13以旋转轴心131为中心转动，且旋转轴心131的延伸线与末端轴211的轴心的延伸线垂直。工具固定座14衔接于带动臂13上，用以供一工具15固设，且当带动臂13转动时，工具固定座14与工具15便被带动臂13带动而同步转动，使工具15能旋转角度，例如从平行于末端轴211的轴心的位置进行旋转，以移动至非平行于末端轴211的轴心的位置，藉此改变工具15的工作位置，且工具固定座14更包含一连接件141及一夹持件142。连接件141组接于带动臂13上，夹持件142可拆卸地组接于连接件141上，且连接件141与夹持件142之间可形成的一夹持空间，以供工具设置，工具15亦藉由夹持件142夹持而固定于工具固定座14上。另外，如图1所示，工具15可为一涂胶工具，但不限于此，亦可为焊枪、夹爪、吸盘或电锁等各式工具。

请参阅图2B并配合图1，其中图2B为图1所示的工具带动模块的立体结构分解示意图。如第1、2B图所示，末端轴211的轴心与工具15的中心线位于一共平面P，而如图2B中所示，带动臂13以旋转轴心131为中心转动，而旋转轴心131垂直于末端轴211的轴心与工具15的中心线所在的共平面P。

请参阅图3，其为图1所示的机器手臂在工具旋转一特定角度后的立体结构示意图。如图3所示，当工具带动模块10的马达122在运作，而减速机121的出力端驱动带动臂13，使带动臂13带动工具固定座14及工具15同步旋转时，本实施例的工具带动模块10可使工具15在转动的过程中，工具15的工具中心点与末端轴211的轴心的延伸线共点，如此一来，将可使工具15的工作范围维持于与末端轴211的工作范围相同。

以下将进一步说明设置于本发明的机器手臂20的工具带动模块10上的工具15相较于现有机器手臂上的工具具有较大的工作范围。请参阅图4及图5，其中图4为现有机器手臂的末端轴与工具的工作范围图，图5为图3所示的机器手臂的末端轴与装设于工具带动模块上的工具的工作范围图。如图4、5所示，其中中心点A实际上为末端轴211的轴心的位置，而在图4中，虚线部分代表末端轴的工作范围，实线部分代表工具的工作范围，而现有机器手臂，例如先前技术所述的第二种机器手臂，由于工具的轴心与末端轴的轴心平行且偏移一距离，因此相较于末端轴的最大工作范围，工具的最大工作范围缩小，然而如图5所示，由于本实施例的工具带动模块10可使工具15在转动的过程中，工具15的工具中心点与末端轴211的轴心的延伸线共点，如此一来，本实施例的工具带动模块10可使工具15的最大工作范围扩及至等于末端轴211的最大工作范围，故工具15的工作范围较大。

由上述可知，本发明的工具带动模块10可藉由马达驱动模块12自动驱动带动臂13转动，使工具固定座14及工具15同步旋转而改变工具15的工作位置，故使用上较为简单而可提升工作效率。此外，由于本发明的工具带动模块10可使工具15在转动的过程中，工具15的工具中心点可与末端轴211的轴心的延伸线共点，故可提升工具15的工作范围。再者，本发明的工具带动模块10可因应各种不同使用需求而设置各种不同的工具15于工具固定座14上，并不会受机器手臂的形状所限制，因此可适用于多种不同用途而节省成本。另外，于本发明的机器手臂20中，工具带动模块10能够在不改变多关节手臂21的原始结构及电路的情况下，简易可拆卸地连接至多关节手臂21的末端轴211。

请参阅图6，其为图2A所示的工具带动模块的另一视角的立体结构示意图。如图6所示，于一些实施例中，为了让一管线组123可利用中空走线从而简化其走线，因此结合座111更具有一第二中空部113，该第二中空部113与连接轴套110的第一中空部114相连通，第二中空部113用以供管线组123设置，并使管线组123经由第二中空部113、第一中空部114及第一中空部114的一开口112，进而设置于末端轴211的中空部(未图示)藉此，可使管线组123利用中空走线从而简化其走线，且因管线组123设置于末端轴211的中空部，即位于末端轴211的轴心，因此在末端轴211转动时，管线组123转动的角度较小，进而可减少管线组123的损耗。于上述实施例中，管线组123可包含如图6所示连接于马达122的电源线及/或信号线。当然，当工具15为气动夹爪或吸盘时，管线组123亦可包含与工具15连接的风管。另外，当工具15需要电能或信号来驱动时，管线组123亦可包含与工具15连接的电源线及/或信号线。更甚者，管线组123并不仅局限于包含如上所述的管线，举凡各种为了达到简化走线而需容置于第二中空部113内的其它管线，皆可构成管线组123。

请参阅图7，其为本发明另一较佳实施例的工具带动模块的立体结构示意图。此实施例中的工具带动模块10a与图2A中所示的工具带动模块10相对应的组成成分以相同元件符号标示，且其功能相似于此不再赘述。本实施例中，结合座111包含第一结合板1111及第二结合板1112，其中第一结合板1111与第二结合板1112垂直，且第一结合板1111组接于连接轴套110的底部，而工具带动模块10a的马达驱动模块12a除了包含马达122外，更包含一L型减速机121a，其中L型减速机121a包含第一部1211及第二部1212，第一部1211与第二部1212垂直，且第一部1211组接于第二结合板1112上，并包含一出力端，该出力端连接于带动臂13。第二部1212供马达122组接，使马达122实际上与末端轴211的轴心为平行状态。此外，于本实施例中，工具带动模块10a可使工具在转动的过程中，工具的工具中心点与末端轴211的轴心的延伸线共点。

请参阅图8，其为本发明再一较佳实施例的工具带动模块的立体结构示意图。此实施例中的工具带动模块10b与图2A中所示的工具带动模块10相对应的组成成分以相同元件符号标示，且其功能相似于此不再赘述。相较于图2A所示的工作带动模块10，本实施例的工具带动模块10b不但包含两个带动臂13，工具带动模块10b的马达驱动模块12b亦改为包含一减速机马达124。其中减速机马达124组接于第二结合板1112上，且包含两个出力端，其中的一出力端连接于其中的一带动臂13，另一出力端连接于另一带动臂13，工具固定座14连接于两个带动臂13之间，藉此，两个出力端便可带动两个带动臂13、工具固定座14及工具同步旋转。此外，于本实施例中，工具带动模块10b可使工具在转动的过程中，工具的工具中心点与末端轴211的轴心的延伸线共点。

综上所述，本发明揭露一种工具带动模块及其适用的机器手臂，其中工具带动模块可藉由马达驱动模块自动驱动带动臂转动，以改变工具的工作位置，故机器手臂在使用上较为简单且可提升工作效率。此外，由于本发明的工具带动模块可使工具在转动的过程中，工具的工具中心点可与末端轴的轴心的延伸线共点，故可增加工具的工作范围。再者，本发明的工具带动模块可因应各种不同使用需求而设置各种不同的工具于工具固定座上，因此可适用于多种不同用途而节省成本。另外，于本发明的机器手臂中，工具带动模块能够在不改变多关节手臂的原始结构及电路的情况下，简易可拆卸地连接至多关节手臂的末端轴，且管线组更可经由结合座的第二中空部、连接轴套的第一中空部而穿入多关节手臂内，以利用中空走线达到简化管线组的走线的功效。

须注意，上述仅是为说明本发明而提出的较佳实施例，本发明不限于所述的特定实施例，本发明的范围由如附权利要求的保护范围决定。且本发明得由熟悉本领域的相关技术人员士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工具带动模块，适用于一机器手臂，其特征在于，该机器手臂更包含一末端轴，该工具带动模块包含：

一连接部，组接于该末端轴上，且包含一结合座；

一马达驱动模块，组接于该结合座上；

一带动臂，连接于该马达驱动模块，且受该马达驱动模块的驱动而进行转动；以及

一工具固定座，衔接于该带动臂上，用以供一工具固设；

其中，该工具固定座及该工具受该带动臂带动而同步转动，且该工具的一工具中心点经由该工具的转动而与该末端轴的一轴心的一延伸线共点。

2.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该工具的一中心线与该末端轴的该轴心位于一共平面，而该带动臂以一旋转轴心为中心转动，且该旋转轴心垂直于该共平面。

3.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该连接部包含一连接轴套，与该末端轴及该结合座组接，且包含一第一固定件及一第二固定件，该第一固定件及该第二固定件之间形成一第一中空部，以供该末端轴设置。

4.如权利要求3所述的工具带动模块，其特征在于，该结合座包含一第二中空部，与该第一中空部相连通，用以供与一管线组设置，且该管线组经由该第二中空部、该第一中空部、以及该第一中空部的一开口而设置于该末端轴内。

5.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该马达驱动模块包含：

一减速机，组接于该结合座上，且包含一出力端，该出力端连接于该带动臂；以及

一马达，组接于该减速机及该结合座，用以驱动该减速机，以使该出力端带动该带动臂、该工具固定座及该工具同步旋转。

6.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该马达驱动模块包含：

一L型减速机，包含一第一部及一第二部，其中该第一部与该第二部垂直，且组接于该结合座上，并包含一出力端，该出力端连接于该带动臂；以及

一马达，组接于该L型减速机的该第二部上，用以驱动该L型减速机，以使该出力端带动该带动臂、该工具固定座及该工具同步旋转，其中该马达与该末端轴的该轴心为平行状态。

7.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该马达驱动模块为一减速机马达，组接于该结合座上，且包含两个出力端。

8.如权利要求7所述的工具带动模块，其特征在于，该工具带动模块更包含另一该带动臂，其中的一该带动臂连接于其中的一该出力端，另一该带动臂连接于另一该出力端，该工具固定座连接于两个该带动臂之间，于该减速机马达运作时，两个该带动臂、该工具固定座及该工具由该出力端带动而同步转动。

9.如权利要求1所述的工具带动模块，其特征在于，该工具固定座包含一连接件及一夹持件，该连接件组接于该带动臂上，该夹持件可拆卸地组接于该连接件上，且该连接件与该夹持件之间形成的一夹持空间，以供该工具固设。

10.一种机器手臂，其特征在于，包含：

一多关节手臂，包含一末端轴；以及

上述权利要求1-9中任一项所述的工具带动模块，可拆卸地连接于该多关节手臂的该末端轴。