TW201620688A - 機械臂機構 - Google Patents

Abstract

於具有直動關節之機械臂機構中，减少臂部自射出部脫落之風險。具有直動伸縮關節之機械臂機構具備：直動關節部J3，其具有臂部2及使臂部2直動伸縮之機構；步進馬達301，其產生用於使臂部2直動伸縮之動力；馬達驅動器401，其驅動步進馬達301；編碼器303，其於步進馬達301之驅動軸每旋轉既定角度便輸出一次編碼器脉衝；及控制部41，其於與編碼器脉衝之計數相應之臂部2之長度達到為了防止臂部2脫落而設定之閾值時，控制馬達驅動器401以產生靜止扭矩。

Description

機械臂機構

本發明之實施形態係關於一種機械臂機構。

自先前，多關節機械臂機構被用於產業用機器人等各種領域。於機械臂機構上組合裝備有扭轉關節、彎曲關節、直動關節。該等關節之中，直動關節係包括例如臂部及射出部。若為了驅動直動關節而馬達正向旋轉，則儲存於儲存部之臂部自射出部送出，若逆向旋轉則臂部被拉回而儲存於儲存部。此種直動關節若不尋求任何對策則有臂部自射出部脫落之可能性。

本發明之目的係於具有直動關節之機械臂機構中，减少臂部自射出部脫落之風險。

本實施形態之機械臂機構係如下機械臂機構，其具備：直動伸縮關節，其具有臂部及使上述臂部直動伸縮之機構；步進馬達，其產生用於使上述臂部直動伸縮之動力；馬達驅動器，其驅動上述步進馬達；編碼器，其於上述步進馬達之驅動軸每旋轉既定角度便輸出一次編碼器脈衝；及控制部，其於與上述編碼器脈衝之計數相應之上述臂部之長度達到為了防止上述臂部脫落而設定之閾值時，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩。

1‧‧‧基部

2‧‧‧臂部

3‧‧‧末端效應器

J1、J2、J4、J5、J6‧‧‧旋轉關節部

J3‧‧‧直動關節部

11a‧‧‧第1支持體

11b‧‧‧第2支持體

11c‧‧‧第3支持體

20‧‧‧第2連結鏈節排

21‧‧‧第1連結鏈節排

22‧‧‧第2連結鏈節

23‧‧‧第1連結鏈節

26‧‧‧結合鏈節

29‧‧‧射出部

30‧‧‧步進馬達單元

301‧‧‧步進馬達

302‧‧‧電磁制動器

303‧‧‧編碼器

40‧‧‧驅動器單元

41‧‧‧控制部

401‧‧‧馬達驅動器

402‧‧‧制動器驅動器

403‧‧‧脈衝計數器

50‧‧‧通知部

501‧‧‧第1通知部(前段開關)

502‧‧‧第2通知部(後段開關)

60‧‧‧通知部

601‧‧‧第1通知部(輕度警告燈)

602‧‧‧第2通知部(重度警告燈)

圖1係本實施形態之機械臂機構之外觀立體圖。

圖2係表示圖1之機械臂機構之內部構造之立體圖。

圖3A係自剖面方向觀察圖1之機械臂機構之臂收縮時之內部構造之圖。

圖3B係自剖面方向觀察圖3A之最末尾之第2連結鏈節已通過前段開關時之內部構造的圖。

圖3C係自剖面方向觀察圖3A之最末尾之第2連結鏈節已通過後段開關時之內部構造的圖。

圖4係與本實施形態之機械臂機構之步進馬達單元之控制相關之控制區塊圖。

圖5係用於對本實施形態之機械臂機構之防脫落功能進行說明之流程圖。

圖6係與本實施形態之變形例之機械臂機構之步進馬達單元之控制相關的控制區塊圖。

圖7係用於對變形例之防脫落功能進行說明之流程圖。

以下，一面參照圖式一面對本實施形態之機械臂機構進行說明。於以下之說明中，對具有大致相同功能及構成之構成要素附加相同符號，僅於必要情形時進行重複說明。

圖1係本實施形態之機械臂機構之外觀立體圖。圖2、圖3A、B、C表示圖1之機械臂機構之內部構造。機械臂機構具有大致圓筒形狀之基部1及與基部1連接之臂部2。於臂部2之前端安裝有被稱為末端執行器之末端效應器3。圖1圖示可固持對象物之手部作為末端效應器3。末端效應器3並不限定於手部，亦可為其他工具、或相機、顯示器。亦可於臂部2之前端设置可更換為任意種類之末端效應器3之轉接器。

臂部2具有複數個、此處為6個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6。複數個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6係自基部1依序配设。一般而言，第1、第2、第3軸RA1、RA2、RA3被稱為根部3軸，第4、第5、第6軸RA4、RA5、RA6被稱為改變手部3之姿勢之腕部3軸。構成根部3軸之關節部J1、J2、J3之至少一者為直動關節。此處，第3關節部J3構成為直動關節、尤其係伸縮距離相對較長之關節部。第1關節部J1係以例如被基座面垂直 支持之第1旋轉軸RA1為中心之扭轉關節。第2關節部J2係以與第1旋轉軸RA1垂直配置之第2旋轉軸RA2為中心之彎曲關節。第3關節部J3係以與第2旋轉軸RA2垂直配置之第3軸(移動軸)RA3為中心而直线伸縮之關節。第4關節部J4係以與第3移動軸RA3一致之第4旋轉軸RA4為中心之扭轉關節，第5關節部J5係以與第4旋轉軸RA4正交之第5旋轉軸RA5為中心之彎曲關節。第6關節部J6係以與第4旋轉軸RA4正交、且與第5旋轉軸RA5垂直配置之第6旋轉軸RA6為中心之彎曲關節。

藉由第1關節部J1之扭動旋轉，臂部2與手部3一併迴旋。藉由第2關節部J2之彎曲旋轉，臂部2與手部3一併以第2關節部J2之第2旋轉軸RA2為中心進行起伏移動。形成基部1之臂支持體(第1支持體)11a具有以第1關節部J1之旋轉軸RA1為中心形成之圓筒形狀之中空構造。第1關節部J1係安裝於未圖示之固定台。當第1關節部J1旋轉時，第1支持體11a係與臂部2之回旋一併進行軸旋轉。另，第1支持體11a亦可固定於接地面。於此情形時，係设為與第1支持體11a分開而臂部2獨立迴旋之構造。於第1支持體11a之上部連接有第2支持部11b。

第2支持部11b具有與第1支持部11a連續之中空構造。第2支持部11b之一端係安裝於第1關節部J1之旋轉部。第2支持部11b之另一端開放，第3支持部11c係 於第2關節部J2之旋轉軸RA2轉動自如地嵌入。第3支持部11c具有與第1支持部11a及第2支持部連通之鱗片狀之中空構造。第3支持部11c係伴隨第2關節部J2之彎曲旋轉而其後部收容或送出至第2支持部11b。構成臂部2之直動關節部之第3關節部J3之後部係藉由其收縮而被收納於第1支持部11a與第2支持部11b連續之中空構造之內部。

第1關節部J1包含圓環形狀之固定部及旋轉部，固定部係固定於基座。於旋轉部安裝有第1支持部11a及第2支持部11b。當第1關節部J1旋轉時，第1、第2、第3支持體11a、11b、11c以第1旋轉軸RA1為中心而與臂部2及手部3一併迴旋。

第3支持部11c係其後端下部以旋轉軸RA2為中心轉動自如地嵌入至第2支持部11b之開放端下部。藉此，構成作為以旋轉軸RA2為中心之彎曲關節部之第2關節部J2。當第2關節部J2轉動時，臂部2與手部3一併以第2關節部J2之旋轉軸RA2為中心朝垂直方向轉動、即起伏動作。第2關節部J2之旋轉軸RA2係设為與作為扭轉關節部之第1關節部J1之第1旋轉軸RA1垂直。

如上述般，作為關節部之第3關節部J3構成臂部2之主要構成物。於臂部2之前端设有上述手部3。手部3係裝備於圖1所示臂部2之末端。手部3係藉由第1、第2、第3關節部J1、J2、J3而移動至任意位置，藉由第4、第5、第6關節部J4、J5、J6而配置為任意姿勢。手 部3具有開閉之2個指部16a、16b。第4關節部J4係具有與沿著臂部2之伸縮方向之臂部2之中心軸、即第3關節部J3之移動軸RA3典型地一致之旋轉軸RA4的扭轉關節。若第4關節部J4旋轉則手部3自第4關節部J4遍及前端而以旋轉軸RA4為中心旋轉。

第5關節部J5係具有與第4關節部J4之移動軸RA4正交之旋轉軸RA5之彎曲關節部。若第5關節部旋轉，則手部16自第5關節部J5遍及前端而上下轉動。第6關節部J6係具有與第4關節部J4之旋轉軸RA4正交、且與第5關節部J5之旋轉軸RA5垂直之旋轉軸RA6之彎曲關節。若第6關節部J6旋轉則手部16左右迴旋。

藉由第1至第6關節部J1-J6之轉動、彎曲、伸縮，可將手部3之2指手16配置為任意之位置．姿勢。尤其係，第3關節部J3之直動伸縮距離之長度可實現手部3對基部1之近接位置至遠隔位置之廣範圍之對象的作用。

第3關節部J3之特徵為藉由構成其之直動伸縮臂機構而實現之直動伸縮距離之長度。直動伸縮距離之長度係藉由圖2、圖3A、B、C所示之構造達成。直動伸縮臂機構具有第1連結鏈節排21及第2連結鏈節排20。於臂部2水平配置之基準姿勢下，第1連結鏈節排21位於第2連結鏈節排20之下部，第2連結鏈節排20位於第1連結鏈節排21之上部。

第1連結鏈節排21具有相同之剖面字形状，包含藉由銷而於背面部位排状連結之複數個第1連結鏈節 23。具備如下性質：因利用第1連結鏈節23之剖面形狀及銷實現之連結位置，而第1連結鏈節排21可向其背面方向BD彎曲但无法反過來朝表面方向FD彎曲。因此，第1連結鏈節23之剖面形状不僅可為字形状，亦可为剖面口字形状、圓弧形状等。

第2連結鏈節排20具有寬度與第1連結鏈節23大致相等之大致平板形狀，包含以於背面方向BD及表面方向FD均可彎曲之狀態利用銷排狀連結之複數個第2連結鏈節22。第1連結鏈節排21係藉由结合鏈節26而與第2連結鏈節排20於前端部结合。结合鏈節26具有第1連結鏈節23與第2連結鏈節22成為一體之形狀。如圖2所示，於第2連結鏈節22之內側分別形成有線性齒輪22a。線性齒輪22a於第2連結鏈節22成直線狀時連結，構成連續的線性齒輪(齒條)。第1連結鏈節23之正面側係與第2連結鏈節22之背面側對向。第1連結鏈節23之背面側及第2連結鏈節22之正面側係與基部1、第2支持體11b或第3支持體11c之內面對向。

圖3A係自剖面方向觀察圖1之機械臂機構之臂收縮時之內部構造之圖。圖3B係自剖面方向觀察圖3A之最末尾之第2連結鏈節22已通過前段開關501時之內部構造的圖。圖3C係自剖面方向觀察圖3A之最末尾之第2連結鏈節22已通過後段開關502時之內部構造的圖。

第2連結鏈節22於第3支持體11c內係被夾持於輥R1與驅動齒輪24a之間。線性齒輪22a嚙合於驅動齒輪 24a。驅動齒輪24a與線性齒輪22a構成變換機構。變換機構係用於將步進馬達301產生之動力變換為用於使臂部2直動伸縮之動力的機構。

當臂伸長時，步進馬達301驅動，驅動齒輪24a正向旋轉，藉此第2連結鏈節排20與第1連結鏈節排21一併自射出部29朝前方被送出。具體而言，第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20被射出部29夾持，相互擠壓而接合。所接合之第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20係藉由射出部29支持，藉此保持接合狀態。保持第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20之接合狀態時，第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20之彎曲受到限制，藉此由第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20構成具備一定剛性之柱狀體。此時，第1連結鏈節23之正面係與第2連結鏈節22之背面接合。並且，結合鏈節26為始端，所接合之柱狀體(第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20)沿著第3移動軸RA3直線地被送出。

當臂收縮時，步進馬達301驅動，驅動齒輪24a逆向旋轉，藉此第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排20(柱狀體)被拉回至射出部29。然後，於射出部29之後方，第2連結鏈節排20與第1連結鏈節排21解除其接合狀態，而相互分離。分離後之第2連結鏈節排20與第1連結鏈節排21分別變成可彎曲之狀態，被設於第2、第3支持體11b、11c之內部之導軌引導，朝沿著第1旋轉軸RA1之方向彎曲，並儲存於第1支持體11a之內部。

通過檢測部50具有前段開關501及後段開關502。前段開關501與後段開關502檢測最末尾之第2連結鏈節22之通過，並向控制部41輸出通過檢測信號。具體而言，前段開關501於最末尾之第2連結鏈節22已通過時(參照圖3B)，向控制部41輸出前段通過信號。後段開關502於最末尾之第2連結鏈節22已通過時(參照圖3C)，向控制部41輸出後段通過信號。只要能够檢測最末尾之第2連結鏈節22之通過，則該等開關可適當地應用機械式開關、電磁場開關及光學開關等。將自射出部29送出臂部2之方向設為前方，將朝射出部29拉回臂部2並儲存之方向設為後方時，如圖3A等所示，後段開關502係設置於驅動齒輪24a之後方附近。藉此，後段開關502可於線性齒輪22a即將自驅動齒輪24a脫落前進行檢測。前段開關501係配置於後段開關502之後方之既定位置。較佳為，前段開關501配置於後段開關502之後方附近。藉此，前段開關501可於線性齒輪22a自驅動齒輪24a脫落前進行檢測。

通知部60向使用者通知臂部2自射出部29脫落之危險性。通知部60具有第1通知部601及第2通知部602。此處，第1通知部601係對應於前段開關501。第2通知部602係對應於後段開關502。第1通知部601係藉由視覺、聽覺或其等兩者而輸出輕度警告。此處，說明時第1通知部601係藉由用於視覺輸出輕度警告之燈而提供者。又，第2通知部602藉由視覺、聽覺或其等兩者而輸 出重度警告。此處，說明時第2通知部602係藉由用於視覺輸出重度警告之燈而提供者。第1通知部(輕度警告燈)601與重度警告燈602係依照控制部41之控制而點亮。藉由輕度警告燈601點亮，而可向使用者通知臂部2自射出部29脫落之危險性較高。又，藉由第2通知部(重度警告燈)602點亮，而可向使用者通知臂部2自射出部29脫落之危險性非常高。即，於本實施形態中，通知部60係以兩個階段向使用者通知臂部2自射出部29脫落之可能性。

輕度警告燈601係配設於射出部29之射出口附近之臂支持體11c之外面。重度警告燈602係與輕度警告燈601併設。另，輕度警告燈601與重度警告燈602只要處於使用者容易看到之位置，則亦可設置於其他位置。例如，輕度警告燈601與重度警告燈602亦可設置於未圖示之機械臂機構之操作裝置。

另，本實施形態之機械臂機構具有與前段開關501及後段開關502分別對應之2個警告燈，即輕度警告燈601及重度警告燈602，但只要能以兩個階段通知臂部2自射出部29脫落之危險性，則亦可用1個警告燈代替。此時，例如控制部41以如下方式進行控制：於前段開關501接通，脫落之危險性較高時將警告燈點亮為黃色，於後段開關502接通，危險性非常高時將警告燈點亮為紅色。藉此，使用者可根據燈之顏色而掌握臂部2自射出部29脫落之危險性。

又，只要可向使用者通知臂部2自射出部29脫落之危險性，則其通知方法並不限定於上述方法。通知部60可作為揚聲器而提供。控制部41根據脫落危險性之輕重，選擇性地自揚聲器輸出兩種警告音。藉此，使用者可根據聲音不同而把握脫落之危險性。又，通知部60亦可具有顯示部，藉由控制部41於顯示部顯示與臂部2自射出部29脫落之危險性相應的文字資訊等。使用者可根據顯示部上顯示之文字資訊而掌握脫落之危險性。

圖4係與本實施形態之機械臂機構之步進馬達單元30之控制相關的控制區塊圖。

本實施形態之機械臂機構具有步進馬達單元30、驅動器單元40、控制部41、通過檢測部50及通知部60。通過檢測部50具有前段開關501及後段開關502。通知部60具有第1通知部601及第2通知部602。

控制部41統括地控制步進馬達單元30。具體而言，控制部41向馬達驅動器401輸出脈衝控制信號。脈衝控制信號係與輸入至步進馬達301之步進脈衝之脈衝數、脈衝周期等脈衝條件相關之控制信號。

控制部41保持與伸長距離之閾值相關之資料。伸長距離之閾值係與用於防止臂部2自射出部29脫落之伸長距離相對應。可控制臂部2之伸縮之狀態係指線性齒輪22a可卡合於驅動齒輪24a之狀態。因此，伸長距離之閾值係用於使線性齒輪22a不自驅動齒輪24a脫落之值。控制部41特定出與編碼器脈衝之計數資料相應之臂部2之 伸長距離。然後，以臂部2之伸長距離達到閾值為契機，向馬達驅動器401輸出用於使步進馬達301產生靜止扭矩之脈衝控制信號。控制部41以輸出前段通過信號為契機，點亮輕度警告燈601，且向馬達驅動器401輸出用於使步進馬達301產生靜止扭矩之脈衝控制信號。控制部41以輸出後段通過信號為契機，點亮重度警告燈602，且向制動器驅動器402輸出用於使電磁制動器302作動之制動器控制信號。

步進馬達單元30具有步進馬達301、電磁制動器302及編碼器303。步進馬達單元30係配置於第3關節部(直動關節部)J3之附近。

步進馬達301產生用於使臂部2直動伸縮之動力。具體而言，基於自馬達驅動器401供給之步進脈衝及驅動電流，線圈依序勵磁，藉此使步進馬達301旋轉。步進馬達301之旋轉角係與步進脈衝數成比例，旋轉角速度係與脈衝頻率成比例。由步進馬達301產生之旋轉動力藉由變換機構而被變換為用於使臂部2直動伸縮之動力，並被傳遞至第3關節部(直動關節部)J3。藉此第3關節部(直動關節部)J3作動，臂部2直動伸縮。步進馬達301於同一線圈為勵磁狀態時產生靜止扭矩。靜止扭矩係用於使靜止狀態之轉子旋轉所必需之扭矩。藉由同一線圈變成勵磁狀態，轉子因藉由該線圈產生之磁力而被固定。藉由靜止扭矩向步進馬達301產生制動力。

電磁制動器302依照控制部41之控制而向步進馬達 301產生制動力。具體而言，電磁制動器302為了使步進馬達301之旋轉停止而向軸施加制動。電磁制動器302係應用例如無勵磁作動型之電磁制動器。無勵磁作動型之電磁制動器302於未勵磁時，例如對連結於步進馬達301之軸之制動襯片施加圧力，藉此對軸施加制動。當步進馬達301之旋轉扭矩未達電磁制動器之制動力時，步進馬達301之旋轉停止。另一方面，當步進馬達301之旋轉扭矩為電磁制動器之制動力以上時，步進馬達301並不停止。另一方面，無勵磁作動型之電磁制動器302係藉由利用制動器驅動器402被勵磁，而解除施加於軸之制動。藉此，步進馬達301之軸變得自由而可旋轉。

編碼器303係連結於步進馬達301之軸。編碼器303於連接於軸之碟片每旋轉既定角度便產生一次編碼器脈衝。將所產生之編碼器脈衝輸出至脈衝計數器403。

驅動器單元40具有馬達驅動器401、制動器驅動器402、及脈衝計數器403。驅動器單元40係配置於例如步進馬達單元30之附近。

馬達驅動器401依照控制部41之控制，控制步進馬達301之驅動及停止(靜止)。具體而言，馬達驅動器401使用自未圖示之電源供給部所供給之電力，產生用於驅動步進馬達401之驅動電流。又，馬達驅動器401產生與自控制部41輸出之脈衝控制信號相應之脈衝(步進脈衝)。又，馬達驅動器401為了使步進馬達301產生靜止扭矩而產生用於使同一線圈變成勵磁狀態之步進脈衝。藉 此，步進馬達301產生靜止扭矩。於臂部2動作時步進馬達301產生靜止扭矩之情形時，若作用於臂部2之力未達靜止扭矩，則臂部2之動作停止。另一方面，若作用於臂部2之力為靜止扭矩以上，則臂部2之動作並不停止。又，當臂部2靜止時步進馬達301產生靜止扭矩時，只要臂部2未作用有超過靜止扭矩之力，則臂部2維持靜止狀態。

制動器驅動器402依照控制部41之控制使電磁制動器302作動。

脈衝計數器403對自編碼器303輸出之編碼器脈衝進行計數。將由脈衝計數器403計數之計數資料輸出至控制部41。

(防脫落功能)

圖5係用於說明本實施形態之機械臂機構之防脫落功能之流程圖。防脫落功能係用於减少臂部2自射出部29脫落之風險之功能。防脫落功能下，為了停止臂部2向送出方向之移動，而藉由控制部41控制步進馬達單元30。

(步驟S11)

藉由控制部41判定臂部2之伸長距離是否已達到閾值。於臂部2之伸長距離已達到閾值之情形時，使處理轉向步驟S12。於臂部2之伸長距離未達閾值之情形時，使處理轉向步驟S14。

(步驟S12)

依照控制部41之控制，藉由馬達驅動器401使步進馬達301產生靜止扭矩。此時，維持電磁制動器302之勵磁狀態。因此，並不產生電磁制動器302帶來之制動力。然後，使處理轉向步驟S13。步驟S12係對應於防脫落功能之第1階段。即，防脫落功能之第1階段之臂部2之停止控制係於基於編碼器脈衝計算之臂部2之伸長距離已達到閾值時作動。第1階段之臂部2之停止控制中，藉由使步進馬達301產生靜止扭矩，對轉子施加制動，嘗試停止進馬達301之旋轉。

(步驟S13)

控制步進馬達301以將臂部2朝射出部29拉回既定距離。藉由馬達驅動器401向步進馬達301供給用於返回既定距離之步進脈衝。當臂部2之伸長距離已達到閾值後，自動返回之距離係預先設定且可適當地變更。

(步驟S14)

當前段開關501並未接通時，使處理返回至步驟S11。進行步驟S11與步驟S14之間之控制之期間係機械臂機構正常動作之期間。另一方面，當前段開關501接通時，使處理轉向步驟S15。當臂部2之伸長距離已達到閾值(步驟S11之是)後，經過步驟S12、S13之處理而前段開關501接通之狀况，相應於例如步驟S12之防脫落功 能之第1階段之停止控制下，步進馬達301之旋轉無法停止而臂部2向送出方向移動之狀况。即便臂部2之伸長距離未達到閾值(步驟S11之否)但前段開關501接通之狀况，相應於編碼器未正常動作之狀况。由於編碼器故障等原因，根據編碼器脈衝之計數特定出之臂部2之伸長距離與實際之臂部2之伸長距離不一致的狀况下，為臂部2之後端已通過前段開關501之狀况。

(步驟S15)

藉由控制部41而點亮輕度警告燈601。

(步驟S16)

依照控制部41之控制，藉由馬達驅動器401使步進馬達301產生靜止扭矩。此時，維持電磁制動器302之勵磁狀態。因此，不產生電磁制動器302帶來之制動力。然後，使處理轉向步驟S17。步驟S15、S16係對應於防脫落功能之第2階段。即，防脫落功能之第2階段之臂部2之停止控制係於前段開關501接通時作動。於第2階段之臂部2之停止控制中，與第1階段同樣地，藉由使步進馬達301產生靜止扭矩，對轉子施加制動，嘗試停止步進馬達301之旋轉。進而，於第2階段之臂部2之停止控制中，點亮輕度警告燈601。藉此，若臂部2依舊朝送出方向移動，便可向例如操作機械臂機構之使用者通知線性齒輪22a自驅動齒輪24a脫落。進而，可提醒使用者停止臂 部2向送出方向之移動。

(步驟S17)

只要後段開關502未接通，便以進行第2階段之臂部2之停止控制之狀態待機。此種狀况相應於例如第2階段之臂部2之停止控制下臂部2向送出方向之移動停止之狀况等。另一方面，當後段開關502接通時，處理轉向步驟S18。後段開關502接通之狀况相應於例如藉由第2階段之臂部2之停止控制下，步進馬達301之旋轉無法停止而臂部2向送出方向移動之狀况。

(步驟S18)

藉由控制部41點亮重度警告燈602。

(步驟S19)

依照控制部41之控制，藉由制動器驅動器402使電磁制動器302作動。藉此，對步進馬達301產生制動力。此時，步進馬達301之靜止扭矩為解除狀態。步驟S18、S19係對應於防脫落功能之第3階段。即，防脫落功能之第3階段之停止控制係於後段開關502接通時作動。於第3階段之臂部2之停止控制下，藉由使電磁制動器302作動，對軸施加制動，嘗試停止步進馬達301之旋轉。進而，於第3階段之臂部2之停止控制下，點亮重度警告燈602。藉此，可以向例如操作機械臂機構之使用者通知線 性齒輪22a快要自驅動齒輪24a脫落。進而，可以提醒使用者立即停止臂部2向送出方向之移動。此時，例如使用者按下設置於操作裝置之緊急停止按鈕。藉此，將一般的機械臂機構之主電源斷開。因此，例如因某些原因而臂部2為無法控制之失控狀態之情形時，可藉由緊急停止按鈕之操作而停止其失控。又，亦可於防脫落功能之第3階段作動後，經過既定時間之後由控制部41進行用於斷開主電源之控制。

根據以上所說明之本實施形態之機械臂機構所具備之防脫落功能，為了防止線性齒輪22a自驅動齒輪24a之脫落，可以時序不同之複數個階段(timing)執行臂部2向送出方向之移動之停止控制(步進馬達301之旋轉之停止控制)。本實施形態之防脫落功能具有3階段之停止控制。第1階段之停止控制係於臂部2之伸長距離已達到閾值時進行。於第1階段之停止控制下，嘗試利用靜止扭矩停止步進馬達301之旋轉。於第1階段之停止控制下並未停止之情形時，或因某些原因而無法進行第1階段之停止控制的情形時，進行第2階段之停止控制。上述之某些原因係例如編碼器303之故障等。第2階段之停止控制係於前段開關501接通之時序進行。於第2階段之停止控制下，再次嘗試利用靜止扭矩停止步進馬達301之旋轉。於第2階段之停止控制下亦未停止之情形時，進行第3階段之停止控制。於第3階段之停止控制下，嘗試藉由使電磁制動器302作動而停止步進馬達301之旋轉。如此，根據 本實施形態之機械臂機構之防脫落功能，可於線性齒輪22a自驅動齒輪24a脫落之前，以複數個階段執行臂部2向送出方向之移動之停止控制。藉此亦可應對因某些原因而無法停止臂部2之移動之狀况。某些原因包含編碼器303之故障、電磁制動器302之故障、控制該等裝置之控制裝置之故障等。因此，與不尋求任何對策之情形相比，可减少線性齒輪22a自驅動齒輪24a脫落之風險。

另，於各階段嘗試之臂部2向送出方向之移動之停止控制(步進馬達301之旋轉之停止控制)並不限定於上述。步進馬達301之旋轉之停止動作有以下3個停止動作。

(1)接通靜止扭矩、斷開電磁制動器

(2)斷開靜止扭矩、接通電磁制動器

(3)接通靜止扭矩、接通電磁制動器

圖5所說明之第1階段之停止控制亦可用(2)代替(1)。圖5所說明之第2階段之停止控制亦可用(2)或(3)代替(1)。圖5所說明之第3階段之停止控制亦可用(1)或(3)代替(2)。例如，於第1階段之停止控制下進行(2)，於第2階段之停止控制下進行(1)，且於第3階段之停止控制下進行(3)，以此方式改變各階段嘗試之停止控制，藉此可减少因某些控制上之問題而未對步進馬達301產生制動力等風險。又，上述停止控制係按(1)、(2)、(3)之順序而制動力變大。因此，於第1階段之停止控制下進行(1)、於第2階段之停止控 制下進行(2)，且與第3階段之停止控制下進行(3)，以此方式逐漸增大制動力而改變停止控制，藉此可避免因對步進馬達301之制動力小而臂部2之伸長無法停止等狀况。另，於防脫落功能中，臂部2之停止控制亦可為2階段。

(變形例)

圖6係與本實施形態之變形例之機械臂機構之步進馬達單元30之控制相關的控制區塊圖。於變形例之防脫落功能中，臂部2之停止控制係以2階段執行。通過檢測部503檢測最末尾之第2連結鏈節22之通過。於變形例中，通過檢測部503係設為機械式之通過檢測開關503。通過檢測開關503係設置於驅動齒輪24a之後方附近。若最末尾之第2連結鏈節22自通過檢測開關503通過，則接通開關，並向控制部41輸出通過檢測信號。藉此，通過檢測開關503可於線性齒輪22a即將自驅動齒輪24a脫落前檢測。通知部603向使用者通知通過檢測開關503已接通。於變形例中，通知部603係設為警告燈603。警告燈603係配設於射出部29之射出口附近之臂支持體11c之正面側。警告燈603係依照控制部41之控制而點亮。

圖7係用於說明變形例之防脫落功能之流程圖。

(步驟S21)

藉由控制部41判定臂部2之伸長距離是否已達到閾 值。於臂部2之伸長距離已達到閾值之情形時，使處理轉向步驟S22。於臂部2之伸長距離未達閾值之情形時，使處理轉向步驟S24。

(步驟S22)

依照控制部41之控制，藉由馬達驅動器401使步進馬達301產生靜止扭矩。此時，維持電磁制動器302之勵磁狀態。因此，不產生電磁制動器302之制動力。然後，使處理轉向步驟S23。步驟S22係對應於變形例之防脫落功能之第1階段。即，變形例之防脫落功能之第1階段係於基於編碼器脈衝所計算之臂部2之伸長距離已達到閾值時作動。於第1階段之停止控制下，藉由使步進馬達301產生靜止扭矩，對轉子施加制動，嘗試停止步進馬達301之旋轉。

(步驟S23)

控制步進馬達301以將臂部2朝射出部29拉回既定距離。藉由馬達驅動器401對步進馬達301供給用於返回既定距離之步進脈衝。當臂部2之伸長距離已達到閾值後，自動返回之距離係預先設定且可適當地變更。

(步驟S24)

當通過檢測開關503未接通時，使處理返回至步驟S21。進行步驟S21與步驟S24之間之控制之期間係機械 臂機構正常動作之期間。另一方面，當通過檢測開關503已接通時，使處理轉向步驟S25。當臂部2之伸長距離已達到閾值(步驟S21之是)後，經過步驟S22、S23之處理而通過檢測開關503接通之狀况係相應於例如步驟S22之防脫落功能之第1階段之停止控制下，步進馬達301之旋轉無法停止而臂部2向送出方向移動之狀况。即便臂部2之伸長距離未達到閾值(步驟S21之否)但通過檢測開關503接通之狀况，係相應於編碼器未正常動作之狀况。由於編碼器故障等原因，根據編碼器脈衝之計數特定出之臂部2之伸長距離與實際之臂部2之伸長距離不一致的狀况下，為臂部2之後端已自通過檢測開關503通過之狀况。

(步驟S25)

藉由控制部41而點亮警告燈603。

(步驟S26)

依照控制部41之控制，藉由馬達驅動器401使步進馬達301產生靜止扭矩。又，同時藉由制動器驅動器402使電磁制動器302作動，對軸施加制動。步驟S25、S26係對應於變形例之防脫落功能之第2階段。即，變形例之防脫落功能之第2階段之停止控制係於通過檢測開關503已接通時作動。於第2階段之停止控制下，藉由使步進馬達301產生靜止扭矩，對轉子施加制動，進而藉由使電磁 制動器302作動，對軸施加制動。藉由該2個停止控制，嘗試停止臂部2向送出方向之移動。進而，於第2階段之臂部2之停止控制下，點亮警告燈603。藉此，可向例如操作機械臂機構之使用者通知若繼續使臂部2朝送出方向移動，則線性齒輪22a會自驅動齒輪24a脫落。進而，可提醒使用者停止臂部2向送出方向之移動。

根據以上所說明之變形例之防脫落功能，可獲得與具有本實施形態之3階段之停止控制之防脫落功能相同的效果。即，與不尋求任何對策之情形相比，可减少線性齒輪22a自驅動齒輪24a脫落之風險。

雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能以其他各種形態實施，且於不脫離發明主旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明範圍及主旨，同樣包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

1‧‧‧基部

2‧‧‧臂部

3‧‧‧末端效應器

J1、J2、J4、J5、J6‧‧‧旋轉關節部

J3‧‧‧直動關節部

11a‧‧‧第1支持體

11b‧‧‧第2支持體

11c‧‧‧第3支持體

20‧‧‧第2連結鏈節排

21‧‧‧第1連結鏈節排

22‧‧‧第2連結鏈節

23‧‧‧第1連結鏈節

24a‧‧‧驅動齒輪

26‧‧‧結合鏈節

29‧‧‧射出部

30‧‧‧步進馬達單元

501‧‧‧第1通知部(前段開關)

502‧‧‧第2通知部(後段開關)

601‧‧‧第1通知部(輕度警告燈)

602‧‧‧第2通知部(重度警告燈)

R1‧‧‧輥

RA1‧‧‧第1旋轉軸

RA2‧‧‧第2旋轉軸

RA3‧‧‧第3移動軸

RA4‧‧‧第4旋轉軸

RA5‧‧‧第5旋轉軸

RA6‧‧‧第6旋轉軸

BD‧‧‧背面方向

FD‧‧‧表面方向

Claims (8)

1. 一種機械臂機構，其具備：直動伸縮關節，其具有臂部及使上述臂部直動伸縮之機構；步進馬達，其產生用於使上述臂部直動伸縮之動力；馬達驅動器，其驅動上述步進馬達；編碼器，其於上述步進馬達之驅動軸每旋轉既定角度便輸出一次編碼器脉衝；以及控制部，其於與上述編碼器脉衝之計數相應之上述臂部之長度達到為了防止上述臂部脫落而設定之閾值時，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩。
2. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其進而具備變換機構，該變換機構將上述步進馬達旋轉之動力變換為用於使上述臂部直動伸縮之動力，上述變換機構具有與上述步進馬達一併旋轉之驅動齒輪、及卡合於上述驅動齒輪且設於上述臂部之線性齒輪，當產生上述靜止扭矩時，維持上述驅動齒輪與上述線性齒輪之卡合狀態。
3. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其進而具備通過檢測部，該通過檢測部係配置於上述驅動齒輪之後方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過，上述控制部基於來自上述通過檢測部之輸出，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩。
4. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其進而具備： 電磁制動器，其產生用於使上述步進馬達之旋轉停止之制動力；制動器驅動器，其驅動上述電磁制動器；及通過檢測部，其係配置於上述驅動齒輪之後方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過；且上述控制部基於來自上述通過檢測部之輸出，控制上述制動器驅動器以使上述電磁制動器作動。
5. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其進而具備：電磁制動器，其產生用於使上述步進馬達之旋轉停止之制動力；制動器驅動器，其驅動上述電磁制動器；及通過檢測部，其係配置於上述驅動齒輪之後方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過；且上述控制部基於來自上述通過檢測部之輸出，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩，且控制上述制動器驅動器以使上述電磁制動器作動。
6. 如申請專利範圍3之機械臂機構，其進而具備：電磁制動器，其產生用於使上述步進馬達之旋轉停止之制動力；制動器驅動器，其驅動上述電磁制動器；及另一通過檢測部，其係配置於上述驅動齒輪之後方、且配置於上述通過檢測部之前方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過；且上述控制部基於來自上述另一通過檢測部之輸出，控 制上述制動器驅動器以使上述電磁制動器作動。
7. 如申請專利範圍3之機械臂機構，其進而具備：電磁制動器，其產生用於使上述步進馬達之旋轉停止之制動力；制動器驅動器，其驅動上述電磁制動器；及另一通過檢測部，其係配置於上述驅動齒輪之後方、且配置於上述通過檢測部之前方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過；且上述控制部係基於來自上述另一通過檢測部之輸出，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩，且控制上述制動器驅動器以使上述電磁制動器作動。
8. 如申請專利範圍4之機械臂機構，其進而具備另一通過檢測部，該另一通過檢測部係配置於上述驅動齒輪之後方、且配置於上述通過檢測部之前方之既定位置，檢測上述臂部之後端之通過；上述控制部基於來自上述另一通過檢測部之輸出，控制上述馬達驅動器以產生靜止扭矩，且控制上述制動器驅動器以使上述電磁制動器作動。