CN111347402A - 连接模块 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明有关于一种连接模块，其包含有一个可原地转动及可上下升降的轴件，轴件被两条相互并排的线材以螺旋状方式所缠绕，且轴件的底端与该两条线材的底端分别连接于一个气电座，使得气电座在轴件的驱动之下能带动该两条线材一起沿着轴件的轴向进行伸缩运动或是相对轴件的轴向进行螺旋运动。因此，本发明的连接模块有效地简化线材组的走线方式，进而节省操作空间及降低线路断裂的风险。

Description

连接模块
技术领域
本发明与机械手臂有关，特别是指一种用于机械手臂末端的连接模块。
背景技术
机械手臂在目前已经相当广泛地使用在制造加工业，一方面可以减少人工因执行重复性高的工作流程而造成对产品良率的降低，另一方面可以替代人工在严苛的环境条件下工作，如此可以避免工作人员的健康受到危害，同时也可以维持良好的加工精度。然而在制造加工的过程中，机械手臂必须要搭配一组末端连接模块来搭配不同的末端效应器(如夹爪、吸盘或钻头)，以便对不同规格的工件进行加工。
就传统布线配置来说，一般都是将线路捆绑起来后让线路显露在外，或者是像日本专利案JP1998-217178利用多个扣件将线路以螺旋方式固定在轴上，如此使用外部走线的方式会导致末端连接模块的周围需要有较大的操作空间，而且在末端连接模块的动作过程中很容易造成线路与周遭物体发生干涉的情况，甚至发生缠绕断裂的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种连接模块，其能简化传统过于复杂的走线方式，以节省操作空间及降低线路断裂的风险。
为了达成上述主要目的，本发明的连接模块包含有一根轴件、一个气电座以及一个线材组。该气电座连接该轴件的底端，使得该气电座能跟着轴件一起旋转及升降；该线材组由至少两条相互并排的线材所构成，该线材组以螺旋状的方式绕设于该轴件，且该线材组的底端连接该气电座，使得该线材组能被该气电座所驱动而沿着该轴件的轴向进行伸缩运动或是相对该轴件的轴向进行螺旋运动，当该线材组沿着一第一方向进行螺旋运动时产生一最大直径，当该线材组沿着一相反于该第一方向的第二方向进行螺旋运动时产生一最小直径，该最小直径大于该轴件的外径，并且满足
Figure BDA0001913229720000021
其中Dmax为最大直径，Dmin为最小直径。
若
Figure BDA0001913229720000022
小于1.3，将会造成该线材组的动作行程过长，使得该轴件与其他相关元件的长度也要随之增加，进而导致成本的提高，若
Figure BDA0001913229720000023
大于3.2，可能造成该线材组干扰其他元件的动作，进而影响工作范围。
由上述可知，本发明的连接模块将该线材组以螺旋状的方式绕设于该轴件，使该线材组可以因应实际需求而拉伸、压缩或旋转，进而达到节省操作空间及降低线路断裂风险的目的。
优选地，该最大直径与该最小直径分别由下列公式计算而得：
Figure BDA0001913229720000024
其中的Dmax为最大直径，Dmin为最小直径，N为该线材组绕设于该轴件的有效圈数，L为该线材组绕该轴件一圈的螺旋长度，
Figure BDA0001913229720000025
为该线材组当中具有最大线径的线材的线径，π为圆周率。通过上述关系式可以得知该线材组于动作过程中的最大直径及最小直径，以确保该线材组在扩张或收缩时不影响其它元件的动作。
优选地，本发明的连接模块还包含一伸缩护套，该伸缩护套套设该轴件并包覆该线材组，且该伸缩护套的底端接设于该气电座，使得该线材组隐藏于该伸缩套管内，进而降低线路断裂的风险。
有关本发明所提供对于连接模块的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中普通技术人员应能了解，该等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的范围。
附图说明
图1为应用本发明的连接模块的机械手臂的局部剖视图。
图2为本发明的连接模块的外观立体图。
图3为本发明的连接模块的立体分解图。
图4为本发明的连接模块省略伸缩护套的俯视图。
图5为本发明的连接模块的组合剖视图。
【符号说明】
10连接模块 12壳体
14皮带轮 16花键螺帽
20轴件 30气电座
32联轴器 34法兰
36电气输出元件 38气压输出元件
40伸缩护套 42基座
44滚珠轴承 46C扣
50线材组 52第一线材
54第二线材 56扣件
Ds伸缩护套的内径 Db轴件的外径
D1第一方向 D2第二方向
具体实施方式
首先在此说明，于整篇说明书中，包括以下介绍的实施例以及权利要求中，有关方向性的名词皆以附图中的方向为基准。其次，在以下将要介绍的实施例以及附图中，相同的元件标号，代表相同或近似的元件或其结构特征。
请参阅图1，在图1中所显示的为本发明的连接模块10应用于水平多关节机械手臂(Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA)的形态。请再参阅图2及图3，本发明的连接模块10包含有一根轴件20、一个气电座30、一个伸缩护套40，以及一个线材组50。
轴件20穿经一个壳体12且跟两个设于壳体12内的花键螺帽16组装在一起，由一个设于壳体12内的驱动源(例如马达，图中未示)通过两个皮带轮14分别驱动两个花键螺帽16，再由两个花键螺帽16驱动轴件20，使轴件20能够旋转及升降。在本实施例中，该轴件20为花键轴，也可以是其它型态，例如棒状马达的轴杆，但不以此为限。
气电座30通过一个联轴器32连接于轴件20的底端，使气电座30能够跟着轴件20一起动作。气电座30的底面用来组装一个法兰34，法兰34可以根据实际需要跟不同的末端效应器(例如夹爪、吸盘或钻头，图中未示)作搭配，气电座30的外周面用来组装一个电气输出元件36与两个气压输出元件38，电气输出元件36用来输出电气给末端效应器，其中一个气压输出元件38用来提供进气效果给末端效应器，另外一个气压输出元件38用来提供排气效果给末端效应器。
伸缩护套40的顶端接设于一个位于气电座30上方的基座42，伸缩护套40的底端接设于一个滚珠轴承44，滚珠轴承44利用一个C扣46安装于气电座30。因此，当气电座30旋转时，伸缩护套40不会跟着气电座30一起旋转，当气电座30升降时，伸缩护套40会跟着气电座30一起动作而被拉伸或压缩。
线材组50由至少两条相互并排的线材所构成，在本实施例中，线材组50具有不同线径的一条第一线材52与两条第二线材54为例，须说明的是，第一线材52和第二线材54依照设计需求也可以是相同线径。第一线材52的线径大于第二线材54的线径。第一线材52与各第二线材54以螺旋状的方式缠绕于轴件20且被伸缩护套40所包覆住，此外，第一线材52的顶端与各第二线材54的顶端共同利用一个扣件56固定于基座42，第一线材52的底端与各第二线材54的底端分别通过一个接头58固定于气电座30，使第一线材52跟电气输出元件36连接而作为电气输出线路，该两条第二线材54跟该两个气压输出元件38连接而分别作为进气线路与排气线路。因此，线材组50会跟着气电座30一起动作，当气电座30旋转时，线材组50会相对于轴件20的轴向进行螺旋运动，当气电座30升降时，线材组50会沿着轴件20的轴向进行伸缩运动。
由于线材组50的各个线材具有弹性且以螺旋状方式绕设于轴件20，并与气电座30连接，所以当气电座30受到轴件20的驱动而旋转时，线材组50的各个线材会跟着气电座30一起旋转而产生径向扩张或径向收缩，为了确保该线材组50在扩张或收缩的过程中不影响其它元件的动作，线材组50在尺寸方面有一定的限制，详而言之，当线材组50沿着一个第一方向D1(如图4所示的箭头方向)进行螺旋运动时会径向扩张而产生一个最大直径，最大直径由下列公式计算而得：
Figure BDA0001913229720000041
当线材组50沿着一个相反于第一方向D1的第二方向D2(如图4所示的箭头方向)进行螺旋运动时会径向收缩而产生一个最小直径，最小直径满足以下关系式：
Figure BDA0001913229720000051
Figure BDA0001913229720000052
其中的Dmax为最大直径，Dmin为最小直径，N为线材组50绕设于轴件20的有效圈数，L为线材组50绕轴件20一圈的螺旋长度，
Figure BDA0001913229720000053
为线材组50当中具有最大线径的线材的线径(在本实施例中为第一线材52的线径)，π为圆周率。
由上述可知，如图5所示，线材组50的最大直径Dmax小于伸缩护套40的内径Ds，以避免线材组50在径向扩张时跟伸缩护套40产生干涉，线材组50的最小直径Dmin大于轴件20的外径Db，以避免线材组50在径向收缩时跟轴件20产生干涉，如此即可让线材组50克服机械手臂的动作需求，并保持气电能够正常稳定地输出。此外，最大直径Dmax与最小直径Dmin之间进一步满足以下关系式：
Figure BDA0001913229720000054
若前述比值小于1.3，将会造成线材组50的动作行程过长，使得轴件20与其他相关元件的长度也要随之增加，进而导致成本的提高，若前述比值大于3.2，可能造成该线材组50干扰其它元件(例如末端效应器或其它轴臂)的动作，进而影响工作范围。
综上所述，本发明的连接模块10将线材组50以螺旋状的方式绕设于轴件20，再搭配特殊的尺寸设计，使线材组50可以因应实际需求进行拉伸、压缩或旋转动作，进而达到节省操作空间及降低线路断裂风险的目的。

Claims (4)

1.一种连接模块，包含有：
一轴件；
一气电座，连接该轴件的底端，使得该气电座能跟着轴件一起旋转及升降；以及
一线材组，具有至少两条相互并排的线材，该线材组以螺旋状的方式绕设于该轴件，并与该气电座连接，使得该线材组能被该气电座所驱动而沿着该轴件的轴向进行伸缩运动或是相对该轴件的轴向进行螺旋运动，当该线材组沿着一第一方向进行螺旋运动时产生一最大直径，当该线材组沿着一相反于该第一方向的第二方向进行螺旋运动时产生一最小直径，该最小直径大于该轴件的外径，并且满足
Figure FDA0001913229710000011
其中Dmax为最大直径，Dmin为最小直径。
2.如权利要求1所述的连接模块，其中该最大直径Dmax由下列公式计算而得：
Figure FDA0001913229710000012
该最小直径Dmin由下列公式计算而得：
Figure FDA0001913229710000013
其中N为该线材组绕设于该轴件的有效圈数，L为该线材组绕该轴件一圈的螺旋长度，
Figure FDA0001913229710000014
为该线材组当中具有最大线径的线材的线径，π为圆周率。
3.如权利要求2所述的连接模块，其中该线材组具有不同线径的一第一线材与两条第二线材，该第一线材的线径大于各该第二线材的线径，
Figure FDA0001913229710000015
为该第一线材的线径。
4.如权利要求1所述的连接模块，还包含一伸缩护套，该伸缩护套套设该轴件并包覆该线材组，且该伸缩护套的底端接设于该气电座，该线材组沿着该第一方向进行螺旋运动时产生的该最大直径小于该伸缩护套的内径。
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