TW202103833A - 支撐機構 - Google Patents

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Abstract

一種支撐機構，支撐機構包括本體固定座、旋轉裝置、運動裝置以及驅動裝置。本體固定座設置於旋轉裝置與運動裝置之間。運動裝置包括螺桿花鍵軸、螺桿螺帽以及花鍵螺帽，螺桿花鍵軸連動旋轉裝置。驅動裝置設置於本體固定座。驅動裝置包括第一驅動元件與第二驅動元件，第一驅動元件驅動螺桿螺帽轉動。第二驅動元件驅動花鍵螺帽轉動。藉由螺桿螺帽及/或花鍵螺帽於螺桿花鍵軸上不同的轉動組合，驅使螺桿花鍵軸運動，螺桿花鍵軸再帶動旋轉裝置運動。

Description

支撐機構
本發明是有關於一種支撐工件之支撐機構。
複合材料具備質輕與高強度的特性，因此，在諸多應用領域已大量被採用，除了航太產業，在汽車、自行車、船舶等應用領域也有對應的應用。複合材料製作出的工件必須經過疊層貼合、熱壓成型以及加工製造等製造流程，其中加工製造採用工具機進行切削加工，大多採用固定式治具作為一支撐機構來輔助固定工件，導致工件換線設定時間過長。
再者，如船舶、航太等大型零件的加工中，所需治具非常龐大，導致加工成本居高不下，且保存這些固定式治具也需要相當大的空間。由此可知，習用的支撐機構有價格過於昂貴、可轉角度小而靈活度不足，且機台需求高度高等問題。
此外，複合材料工件多為曲面，支撐機構需要順應複合材料零件之曲面才具有穩定支撐之效果。然，習用的支撐機構是以萬向接頭連接吸盤，以被動方式來適應工件曲面，因為是被動吸附方式的自由支撐，當工件受到壓迫時，吸盤便會自由位移，使得後續加工時亦隨之變形，而無法有效地貼合工件曲面以固定複合材料零件。由此可知，以被動吸附方式需要外力來進行角度調整，不僅耗時費工，若旋轉角度過大，會壓迫真空吸盤內部管線，使吸盤無法運作。
基於上述，如何提供一種『支撐機構』來避免上述所遭遇到的問題，係業界所待解決之課題。
本發明提供一種支撐機構，其簡化配置驅動元件的數量，而仍具備調整三軸自由度(轉動角度與升降)的機制，並具高靈活度而能順應各種不同高度與曲面的工件外型，達到快速鉗制(clamp)定位，藉此支撐機構能穩固地支撐工件，且又能縮減整體支撐機構的高度。
本發明之一實施例提供一種支撐機構，支撐機構包括一本體固定座、一旋轉裝置、一運動裝置以及一驅動裝置。旋轉裝置設置於本體固定座，旋轉裝置能相對於本體固定座轉動。運動裝置設置於本體固定座，運動裝置包括一螺桿花鍵軸、一螺桿螺帽以及一花鍵螺帽，螺桿螺帽可轉動地設置於螺桿花鍵軸之一端，花鍵螺帽可轉動地設置於螺桿花鍵軸之另一端，螺桿花鍵軸連動旋轉裝置。驅動裝置設置於本體固定座，驅動裝置包括一第一驅動元件與一第二驅動元件，第一驅動元件驅動螺桿螺帽轉動，第二驅動元件驅動花鍵螺帽轉動，藉由螺桿螺帽及/或花鍵螺帽於螺桿花鍵軸之不同的轉動組合，驅使螺桿花鍵軸運動，螺桿花鍵軸再帶動旋轉裝置運動。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
需說明的是，在各個實施例的說明中，當一元件被描述是在另一元件之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元件之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元件；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元件。「上方/上」、「下方/下」、「左邊/左」或「右邊/右」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。再者，所謂的「第一」及「第二」係用以描述不同的元件，這些元件並不因為此類用辭而受到限制。此外，為了說明上的便利和明確，圖式中各元件的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
圖1為本發明的支撐機構結合於支架一實施例的剖面圖。請參閱圖1，本實施例之支撐機構10可應用於船舶、航太等大型零件之固持結構、夾持結構或龍門加工機之主軸，支撐機構10包括一本體固定座11、一旋轉裝置12、一運動裝置13以及一驅動裝置14。在本實施例中，本體固定座11具有定位元件111，定位元件111係為在本體固定座11之一底面的一凸塊，定位元件111能固定於支架20，並藉由鎖固元件使得本體固定座11固定在支架20上，且支架20可透過多個腳架(未圖示)來固定在地面。在一未繪示實施例中，多個支撐機構10可固定在支架20上，而可作為支撐大型零件之一支撐系統，然本發明不以此為限，可端視實際應用來調整支撐機構10與相對應構件之連接關係。
在本實施例中，運動裝置13設置於本體固定座11上，且本體固定座11位於旋轉裝置12與運動裝置13之間。驅動裝置14設置於本體固定座11上，且驅動裝置14位於運動裝置13之側邊，即旋轉裝置12設置於本體固定座11之上方，且驅動裝置14與運動裝置13均在旋轉裝置12之下方(以圖1為基準進行說明)。在此配置之下，沿著旋轉裝置12之軸向方向(即高度方向Z)上，驅動裝置14與運動裝置13為左右平行排列設置，而非同軸排列設置，如此可縮減整體支撐機構10的高度。
在本實施例中，旋轉裝置12設置於本體固定座11上，旋轉裝置12能相對於本體固定座11於一第一旋轉軸方向A轉動。運動裝置13包括滾珠螺桿花鍵(ball spline)130，滾珠螺桿花鍵130係由一螺桿花鍵軸(ball screw spline shaft)131、一螺桿螺帽(ball screw nut)132以及一花鍵螺帽(ball spline nut)133所構成，螺桿花鍵軸131之一端可連動旋轉裝置12，螺桿花鍵軸131之軸向平行於驅動裝置14之軸向(未圖示，平行於高度方向Z)，即螺桿花鍵軸131與驅動裝置14係為平行排列配置，換言之，螺桿花鍵軸131之軸向(未圖示，平行於高度方向Z)與驅動裝置14之軸向並非同軸。螺桿螺帽132可轉動地設置於螺桿花鍵軸131之一端，花鍵螺帽133可轉動地設置於螺桿花鍵軸131之另一端，即兩種不同型式的螺帽可轉動地設置於螺桿花鍵軸131之上下二端，二件螺帽之位置並不加以限制。
在本實施例中，驅動裝置14包括一第一驅動元件141(例如電動馬達)與一第二驅動元件142(例如電動馬達)，第一驅動元件141經由皮帶(未圖示)驅動螺桿螺帽132轉動，第二驅動元件142經由皮帶(未圖示)驅動花鍵螺帽133轉動，藉由螺桿螺帽132及/或花鍵螺帽133驅動螺桿花鍵軸131轉動，即螺桿螺帽132單獨驅動螺桿花鍵軸131、花鍵螺帽133單獨驅動螺桿花鍵軸131，或螺桿螺帽132及花鍵螺帽133同時驅動螺桿花鍵軸131等，以兩種不同型式的螺帽在螺桿花鍵軸131所組成上述幾種不同的轉動組合下，來驅使螺桿花鍵軸131上下移動與轉動，螺桿花鍵軸131再帶動旋轉裝置12以螺桿花鍵軸131之軸向為基準作運動，並藉此可調整旋轉裝置12於第一旋轉軸方向A上相對於本體固定座11之轉動角度。需說明的是，所述旋轉裝置12以螺桿花鍵軸131之軸向為基準作運動，例如為旋轉裝置12繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動；或者旋轉裝置12沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動。
由前述可知道，本實施例係利用兩種不同型式的螺帽在螺桿花鍵軸131組成不同的轉動組合，來驅使螺桿花鍵軸131運動。舉例來說，第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132轉動，螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131上轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，旋轉裝置12隨著螺桿花鍵軸131移動，以調整旋轉裝置12與本體固定座11之相對高度距離。
在另一實施例中，第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132，且同時第二驅動元件142驅動花鍵螺帽133轉動，螺桿螺帽132與花鍵螺帽133同時在螺桿花鍵軸131上轉動，且螺桿螺帽132與花鍵螺帽133兩者的轉速一致，驅使螺桿花鍵軸131繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動，旋轉裝置12隨著螺桿花鍵軸131轉動，使旋轉裝置12以螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動。
在其他實施例中，第二驅動元件142驅動花鍵螺帽133轉動，花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131上轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向進行一螺旋運動，並藉由螺桿花鍵軸131帶動旋轉裝置12，以驅使旋轉裝置12相對於本體固定座11進行螺旋運動。所述螺旋運動係指螺桿花鍵軸131同時在第二旋轉軸方向C上轉動與螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，所形成一螺旋軌跡之上下移動路徑。
在此配置之下，本實施例之支撐機構10無需三個驅動元件，透過結構配置，藉此簡化配置驅動元件的數量，使得兩個驅動元件便可達到調整三軸自由度(第一旋轉軸方向A、第二旋轉軸方向C與高度方向Z)的機制，來順應各種不同高度與曲面的工件外型，藉此支撐機構10來穩固地支撐工件。
圖2為圖1的旋轉裝置12與支撐元件30的局部放大圖。請參閱圖1與圖2，具體而言，本體固定座11包括一第一傘齒輪112，第一傘齒輪112固定於本體固定座11之表面上，即第一傘齒輪112並不會相對於本體固定座11來轉動。
在本實施例中，旋轉裝置12包括一本體121、一支撐座123、一轉軸124、多個軸承元件125、一第二傘齒輪127、一煞車元件128(例如中華民國專利公告號I378842)以及一外殼129。需說明的是，圖式中的外殼129僅示範性說明，但並未限制本發明，在其他實施例中，本發明可以不包括外殼。轉軸124穿設於支撐座123，且軸承元件125套設於轉軸124二端。本體121藉由軸承元件125以結合至支撐座123，及連接於轉軸124，轉軸124可被第二傘齒輪127帶動而旋轉，使得本體121能繞轉軸124之軸向(未圖示，平行於第一旋轉軸方向A)在第一旋轉軸方向A上轉動。螺桿花鍵軸131穿設於本體固定座11，且螺桿花鍵軸131之一端連接於支撐座123，使得螺桿花鍵軸131可連動旋轉裝置12，且轉軸124之軸向垂直於螺桿花鍵軸131之軸向。
在本實施例中，轉軸124之一端穿設於第二傘齒輪127，轉軸124之另一端連接煞車元件128，即轉軸124的相對兩端分別連接第二傘齒輪127與煞車元件128，外殼129覆蓋煞車元件128、部分轉軸124與對應之軸承元件125，其中第一傘齒輪112之軸向(未圖示)垂直於第二傘齒輪127之軸向(未圖示)，第一傘齒輪112之軸向平行於螺桿花鍵軸131之軸向，第二傘齒輪127之軸向平行於轉軸124之軸向。本實施例之第二傘齒輪127用以嚙合固定的第一傘齒輪112，當旋轉裝置12與螺桿花鍵軸131以螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C連動轉動時，第二傘齒輪127經轉動並嚙合於第一傘齒輪112上的同時，驅使第二傘齒輪127帶動轉軸124轉動，使本體121能繞轉軸124之軸向在第一旋轉軸方向A相對於本體固定座11轉動。另一方面，煞車元件128用以固持轉軸124，以阻止本體121繼續繞轉軸124之軸向在第一旋轉軸方向A相對於本體固定座11轉動，以固定旋轉裝置12相對本體固定座11之一轉動角度。
在本實施例中，支撐機構10更包括一感測元件15，感測元件15例如為一近接感測器(proximity sensor)。感測元件15連接於本體固定座11。感測元件15用以偵測第一傘齒輪112是否嚙合於第二傘齒輪127，若第二傘齒輪127並未嚙合於第一傘齒輪112，此時可藉由螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，旋轉裝置12之支撐座123連動於螺桿花鍵軸131，旋轉裝置12亦同步沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，以調整旋轉裝置12與本體固定座11之相對高度距離，直到第二傘齒輪127嚙合於第一傘齒輪112為止。
此外，以圖1與圖2為例，一支撐元件30連接於旋轉裝置12的本體121，使得支撐元件30能連動於旋轉裝置12。舉例而言，第二傘齒輪127經轉動以帶動轉軸124轉動，本體121連動於轉軸124，使本體121能帶動支撐元件30繞轉軸124之軸向在第一旋轉軸方向A轉動，使得支撐元件30具有在第一旋轉軸方向A上轉動之機能。在其他實施例中，螺桿花鍵軸131繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C轉動時，螺桿花鍵軸131連動支撐座123，使得旋轉裝置12亦同步繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動，使得支撐元件30具有在第二旋轉軸方向C上轉動之機能；或者，螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動時，旋轉裝置12之支撐座123連動於螺桿花鍵軸131，使得旋轉裝置12亦同步沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，使得支撐元件30具有在高度方向Z上下升降移動之機能。
在此配置之下，支撐元件30可透過本實施例之支撐機構，來達成具有在第一旋轉軸方向A、第二旋轉軸方向C與高度方向Z之三軸自由度之機能，能順應各種不同高度與曲面的工件外型，達到快速固持定位。在一具體實施例中，支撐元件30舉例為一吸盤、一電磁閥或一電磁鐵，其具有軟性真空吸盤結構及硬質支撐結構的底座所構成，如此一來，真空管抽真空時，藉由吸盤本身的彈性，而提供拉力來固持工件以外，硬質支撐結構的底座使工件有更多的支撐接觸面積，藉以提供足夠的支撐力，進而能承載大型工件較大的重量。然，本發明不對支撐元件30的型態加以限制，在一未繪示實施例中，支撐元件為一夾爪，透過本實施例具有在第一旋轉軸方向A、第二旋轉軸方向C與高度方向Z之三軸自由度之支撐機構，使得夾爪能夾持各種不同高度與曲面的工件。
圖3為圖1的運動裝置13與驅動裝置14的局部放大圖。圖4為本發明的滾珠螺桿花鍵130的示意圖。請參閱圖1至圖4，具體而言，運動裝置13除了包括由螺桿花鍵軸131、螺桿螺帽132以及花鍵螺帽133所組成之滾珠螺桿花鍵130以外，運動裝置13還包括一螺帽固定座134、一第一鎖固元件135a、一第二鎖固元件135b、一第一軸承元件136a、一第二軸承元件136b與一底座137。螺帽固定座134之一端藉由鎖固元件固定於本體固定座11，螺帽固定座134之另一端連接底座137。
在本實施例中，螺桿花鍵軸131可動地設置於螺帽固定座134之內，其中螺桿花鍵軸131之一端凸出於螺帽固定座134之外，並連接於支撐座123，以連動旋轉裝置12，螺桿花鍵軸131之另一端穿設於底座137。螺桿螺帽132之外側藉由第一鎖固元件135a以固定至螺帽固定座134，且第一軸承元件136a設置於螺桿螺帽132與螺帽固定座134之間，螺桿螺帽132藉由第一軸承元件136a轉動於螺桿花鍵軸131。花鍵螺帽133之外側藉由第二鎖固元件135b以固定至螺帽固定座134，且第二軸承元件136b設置於花鍵螺帽133與螺帽固定座134之間，花鍵螺帽133藉由第二軸承元件136b轉動於螺桿花鍵軸131。
具體而言，如圖4所示，螺桿花鍵軸131之外表面包括一螺旋軌道槽131a與一直線軌道槽131b。第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132轉動時，螺桿螺帽132沿著直線軌道槽131b轉動，由於螺桿螺帽132之外側固定至螺帽固定座134，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動。第二驅動元件142驅動花鍵螺帽133轉動時，花鍵螺帽133沿著螺旋軌道槽131a轉動由於花鍵螺帽133之外側固定至螺帽固定座134，使得螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向進行一螺旋運動。
在本實施例中，驅動裝置14除了包括第一驅動元件141與第二驅動元件142以外，驅動元件14還包括一第一固定座143、一第二固定座144、一第一傳動元件145與一第二傳動元件146。第一驅動元件141與第二驅動元件142可為馬達，第一驅動元件141包括一第一軸部141a，第二驅動元件142包括一第二軸部142a。第一驅動元件141連接於第一固定座143，且第一軸部141a設置於第一固定座143之內，第一固定座143的第一連接部143a連接於螺帽固定座134之外側，第一軸部141a之軸向平行於螺桿花鍵軸131之軸向，即第一驅動元件141之輸出軸(第一軸部141a)與螺桿花鍵軸131係為平行排列配置，換言之，螺桿花鍵軸131之軸向與第一驅動元件141之輸出軸(第一軸部141a)之軸向並非同軸。第二驅動元件142連接於第二固定座144，且第二軸部142a設置於第二固定座144之內，第二固定座144的第二連接部144a連接於螺帽固定座134之外側，第二軸部142a之軸向平行於螺桿花鍵軸131之軸向，即第二驅動元件142之輸出軸(第二軸部142a)與螺桿花鍵軸131係為平行排列配置，換言之，螺桿花鍵軸131之軸向與第二驅動元件142之輸出軸(第二軸部142a)之軸向也並非同軸。
在本實施例中，第一傳動元件145連接第一驅動元件141的第一軸部141a與螺桿螺帽132，第一傳動元件145可作為一動力傳動之構件，例如為皮帶與皮帶輪之組合。第一傳動元件145包括第一軸部皮帶輪145a與第一螺帽皮帶輪145b，第一軸部皮帶輪145a套設於第一驅動元件141的第一軸部141a，第一螺帽皮帶輪145b套設於螺桿螺帽132，皮帶(未圖示)可繞於第一軸部皮帶輪145a與第一螺帽皮帶輪145b，形成一動力傳動連結。同理，第二傳動元件146連接第二驅動元件142的第二軸部142a與花鍵螺帽133，本實施例之第二傳動元件146例如為皮帶與皮帶輪之組合，而可作為一動力傳動之構件。第二傳動元件146包括第二軸部皮帶輪146a與第二螺帽皮帶輪146b，第二軸部皮帶輪146a套設於第二驅動元件142的第二軸部142a，第二螺帽皮帶輪146b套設於花鍵螺帽133，皮帶(未圖示)可繞於第二軸部皮帶輪146a與第二螺帽皮帶輪146b，形成一動力傳動連結。然，本實施例不對傳動元件之型態加以限制。
在此配置之下，藉由第一驅動元件141之驅動，來轉動第一驅動元件141的第一軸部141a，以帶動第一傳動件145轉動，第一傳動件145中的第一軸部皮帶輪145a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動第一螺帽皮帶輪145b，驅使第一螺帽皮帶輪145b轉動螺桿螺帽132，使螺桿螺帽132與第一驅動元件141的第一軸部141a同步轉動；同理，藉由第二驅動元件142之驅動，來轉動第二驅動元件142的第二軸部142a，以帶動第二傳動件146轉動，第二傳動件146中的第二軸部皮帶輪146a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動第二螺帽皮帶輪146b，驅使第二螺帽皮帶輪146b轉動花鍵螺帽133，使花鍵螺帽133與第二驅動元件142的第二軸部142a同步轉動。由此可知，本實施例可透過第一驅動元件141與第二驅動元件142，對應轉動兩種不同型式的螺桿螺帽132與花鍵螺帽133，而使螺桿花鍵軸131達成轉動、上下直線、螺旋等運動。
舉例而言，若第二驅動元件142並未驅動第二軸部142a，而第一驅動元件141驅動第一軸部141a，使第一軸部141a於一正轉方向(未圖示)轉動，以帶動第一軸部皮帶輪145a於正轉方向轉動，第一軸部皮帶輪145a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動螺桿螺帽132，使螺桿螺帽132與第一軸部141a同步於正轉方向轉動，螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131於正轉方向轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z向下移動，即螺桿花鍵軸131朝底座137的方向移動。需說明的是，在此正轉方向，可謂在第二旋轉軸方向C上之某一旋轉方向。
另一方面，若第二驅動元件142並未驅動第二軸部142a，而第一驅動元件141驅動第一軸部141a，使第一軸部141a於一反轉方向(與正轉方向相反之轉動方向)轉動，以帶動第一軸部皮帶輪145a於反轉方向轉動，第一傳動件145中的第一軸部皮帶輪145a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動螺桿螺帽132，使螺桿螺帽132與第一軸部141a同步於反轉方向轉動，螺桿螺帽132於螺桿花鍵軸131於反轉方向轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z向上移動，即螺桿花鍵軸131朝遠離底座137的方向移動。
在其他實施例中，若第一驅動元件141驅動第一軸部141a於一正轉方向轉動，同時第二驅動元件142驅動第二軸部142a於一正轉方向轉動，且設定第一軸部141a之轉速與第二軸部142a之轉速相同。第一軸部141a於正轉方向轉動，以帶動第一軸部皮帶輪145a於正轉方向轉動，第一軸部皮帶輪145a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動螺桿螺帽132，使螺桿螺帽132與第一軸部141a同步於正轉方向轉動，螺桿螺帽132於螺桿花鍵軸131於正轉方向轉動；與此同時，第二軸部142a於正轉方向轉動，以帶動第二軸部皮帶輪146a於正轉方向轉動，第二軸部皮帶輪146a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動花鍵螺帽133，使花鍵螺帽133與第二軸部142a同步於正轉方向轉動，花鍵螺帽133於螺桿花鍵軸131於正轉方向轉動。
在此配置之下，上述之螺桿螺帽132與花鍵螺帽133均在螺桿花鍵軸131於正轉方向轉動時，將驅使螺桿花鍵軸131繞螺桿花鍵軸131之軸向於正轉方向轉動，正轉方向例如是在第二旋轉軸方向C中的一第一轉動方向C1；反之，第一驅動元件141驅動第一軸部141a於反轉方向轉動，同時第二驅動元件142驅動第二軸部142a於反轉方向轉動，使得螺桿花鍵軸131繞螺桿花鍵軸131之軸向於反轉方向轉動，所述反轉方向相反於正轉方向，依據前述正轉方向之定義，則反轉方向例如是在第二旋轉軸方向C中的一第二轉動方向C2，其中第二轉動方向C2相反於第一轉動方向C1，本發明對此並不加以限制。
在其他實施例中，若第一驅動元件141並未驅動第一軸部141a，第二驅動元件142驅動第二軸部142a，使第二軸部142a於一正轉方向轉動，以帶動第二軸部皮帶輪146a於正轉方向轉動，第二軸部皮帶輪146a經轉動帶動皮帶，同時皮帶轉動花鍵螺帽133，使花鍵螺帽133與第二軸部142a同步於正轉方向轉動，花鍵螺帽133於螺桿花鍵軸131於正轉方向轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z向上移動且於正轉方向轉動，形成螺桿花鍵軸131朝遠離底座137的方向進行一螺旋運動；反之，若第一驅動元件141並未驅動第一軸部141a，第二驅動元件142驅動第二軸部142a，使第二軸部142a於一反轉方向轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z向下移動且於反轉方向轉動，形成螺桿花鍵軸131朝底座137的方向進行一螺旋運動。 表一：
組別 輸入 螺桿花鍵軸131之運動
第一軸部皮帶輪145a驅動螺桿螺帽132 第二軸部皮帶輪146a驅動花鍵螺帽133
1 螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131於正轉方向(如圖3中的第一轉動方向C1)轉動 未驅動 向下移動的直線運動
2 螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131於反轉方向(如圖3中的第二轉動方向C2)轉動 未驅動 向上移動的直線運動
3 螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131於正轉方向(如圖3中的第一轉動方向C1)轉動 花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131於正轉方向(如圖3中的第一轉動方向C1)轉動，且花鍵螺帽133與螺桿螺帽132之轉速相同 於正轉方向(如圖3中的第一轉動方向C1)轉動
4 螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131於反轉方向(如圖3中的第二轉動方向C2)轉動 花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131於反轉方向(如圖3中的第二轉動方向C2)轉動，且花鍵螺帽133與螺桿螺帽132之轉速相同 於反轉方向(如圖3中的第二轉動方向C2)轉動
5 未驅動 花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131於正轉方向(如圖3中的第一轉動方向C1)轉動 向上的螺旋運動
6 未驅動 花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131於反轉方向(如圖3中的第二轉動方向C2)轉動 向下的螺旋運動
綜上，整理前述關聯動作如表一，由此可知，本實施例將馬達軸(第一驅動元件141的第一軸部141a與第二驅動元件141的第二軸部142a)與螺桿花鍵軸131平行排列，除可大幅縮短支撐機構10的高度以外，透過皮帶與皮帶輪(第一傳動元件145與第二傳動元件146)，來驅動螺桿螺帽132與花鍵螺帽133在螺桿花鍵軸131上轉動，藉由螺桿螺帽132與花鍵螺帽133間不同的旋轉組合，例如分別在驅動、轉動方向與轉速上多數不同的組合，使螺桿花鍵軸131達成轉動、上下直線、螺旋等運動。
在本實施例中，感測元件15可先偵測第一傘齒輪112是否嚙合於第二傘齒輪127，若第二傘齒輪127並未嚙合於第一傘齒輪112，此時可藉由第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132轉動，使得螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，旋轉裝置12之支撐座123連動於螺桿花鍵軸131，旋轉裝置12亦同步沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，以調整旋轉裝置12與本體固定座11之相對高度距離，或旋轉裝置12向下移動使得第二傘齒輪127嚙合於第一傘齒輪112為止。
在本實施例中，當第二傘齒輪127嚙合於第一傘齒輪112時，第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132轉動，且同時第二驅動元件142驅動花鍵螺帽133轉動，螺桿螺帽132與花鍵螺帽133同時在螺桿花鍵軸131上轉動，且可經由調整第一驅動元件141的第一軸部141a之轉速與第二驅動元件142的第二軸部142a之轉速，使得螺桿螺帽132與花鍵螺帽133兩者的轉速一致，驅使螺桿花鍵軸131繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動，旋轉裝置12隨著螺桿花鍵軸131轉動，使旋轉裝置12繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動，與此同時，旋轉裝置12經轉動以帶動第二傘齒輪127轉動並嚙合於第一傘齒輪112，驅使第二傘齒輪127帶動轉軸124轉動，使本體121能繞轉軸124之軸向在第一旋轉軸方向A相對於本體固定座11轉動，換言之，旋轉裝置12以螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動時，藉由第二傘齒輪127嚙合於第一傘齒輪112，以調整旋轉裝置12相對於本體固定座11在第一旋轉軸方向A之轉動角度，並可藉由煞車元件128來固定旋轉裝置12相對本體固定座11在第一旋轉軸方向A之一特定轉動角度。
在本實施例中，第一驅動元件141驅動螺桿螺帽132轉動，螺桿螺帽132在螺桿花鍵軸131上轉動，驅使螺桿花鍵軸131沿著螺桿花鍵軸131之軸向在高度方向Z上下升降移動，旋轉裝置12隨著螺桿花鍵軸131移動，藉此調整調整旋轉裝置12與本體固定座11之相對高度距離，來符合不同高度的工件外型，更可透過同步轉動螺桿螺帽132與花鍵螺帽133，藉此使得旋轉裝置12繞螺桿花鍵軸131之軸向在第二旋轉軸方向C上轉動，以及調整旋轉裝置12相對於本體固定座11之轉動角度，來符合不同曲面的工件外型。
綜合上述來說，可由以下表二由左至右欄位1至5，說明調整支撐元件30前後時序的步驟： 表二：
1 2 3 4 5
第一傘齒輪112嚙合於第二傘齒輪127 旋轉旋轉裝置12在第一旋轉軸方向A之轉動角度至定位 升降旋轉裝置12在高度方向Z之位置直到定位 旋轉旋轉裝置12在第二旋轉軸方向C之轉動角度至定位 支撐工件
綜上所述，本發明無需三個驅動元件，透過結構配置，藉此簡化配置驅動元件的數量，使得僅兩個驅動元件便可達到調整三軸自由度(第一旋轉軸方向、第二旋轉軸方向與高度方向)的機制，來順應各種不同高度與曲面的工件外型，藉此支撐機構來穩固地支撐工件。
再者，本發明係利用兩種不同型式的螺帽在螺桿花鍵軸組成不同的轉動組合，使螺桿花鍵軸達成轉動、上下直線、螺旋等運動。
另外，本發明之驅動裝置與運動裝置為平行排列設置，而非同軸排列設置，可縮減整體支撐機構的高度。本發明以上所述之平行或垂直等字句是表示該等配置方向可以包括合理誤差在內。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:支撐機構 11:本體固定座 111:定位元件 112:第一傘齒輪 12:旋轉裝置 121:本體 123:支撐座 124:轉軸 125:軸承元件 127:第二傘齒輪 128:煞車元件 129:外殼 130:滾珠螺桿花鍵 13:運動裝置 131:螺桿花鍵軸 131a:螺旋軌道槽 131b:直線軌道槽 132:螺桿螺帽 133:花鍵螺帽 134:螺帽固定座 135a:第一鎖固元件 135b:第二鎖固元件 136a:第一軸承元件 136b:第二軸承元件 137:底座 14:驅動裝置 141:第一驅動元件 141a:第一軸部 142:第二驅動元件 142a:第二軸部 143:第一固定座 143a:第一連接部 144:第二固定座 144a:第二連接部 145:第一傳動元件 145a:第一軸部皮帶輪 145b:第一螺帽皮帶輪 146:第二傳動元件 146a:第二軸部皮帶輪 146b:第二螺帽皮帶輪 15:感測元件 20:支架 30:支撐元件 A:第一旋轉軸方向 C:第二旋轉軸方向 C1:第一轉動方向 C2:第二轉動方向 Z:高度方向
圖1為本發明的支撐機構結合於支架一實施例的剖面圖。 圖2為圖1的旋轉裝置與支撐元件的局部放大圖。 圖3為圖1的運動裝置與驅動裝置的局部放大圖。 圖4為本發明的滾珠螺桿花鍵的示意圖。
10:支撐機構
11:本體固定座
111:定位元件
12:旋轉裝置
13:運動裝置
131:螺桿花鍵軸
132:螺桿螺帽
133:花鍵螺帽
14:驅動裝置
141:第一驅動元件
142:第二驅動元件
20:支架
30:支撐元件
A:第一旋轉軸方向
C:第二旋轉軸方向
Z:高度方向

Claims (14)

  1. 一種支撐機構，包括： 一本體固定座； 一旋轉裝置，設置於該本體固定座，該旋轉裝置相對於該本體固定座轉動； 一運動裝置，設置於該本體固定座，該運動裝置包括一螺桿花鍵軸、一螺桿螺帽以及一花鍵螺帽，該螺桿螺帽可轉動地設置於該螺桿花鍵軸上，該花鍵螺帽可轉動地設置於該螺桿花鍵軸上，該螺桿花鍵軸連動該旋轉裝置；以及 一驅動裝置，設置於該本體固定座，該驅動裝置包括一第一驅動元件與一第二驅動元件，其中該第一驅動元件驅動該螺桿螺帽轉動，該第二驅動元件驅動該花鍵螺帽轉動，藉由該螺桿螺帽及/或該花鍵螺帽於該螺桿花鍵軸上不同的轉動組合，驅動該螺桿花鍵軸運動，該螺桿花鍵軸再帶動該旋轉裝置運動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該本體固定座包括一第一傘齒輪，該旋轉裝置包括一第二傘齒輪，該旋轉裝置以該螺桿花鍵軸之軸向轉動時，藉由該第一傘齒輪嚙合該第二傘齒輪，以調整該旋轉裝置相對於該本體固定座之一轉動角度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的支撐機構，其中該第一傘齒輪固定於該本體固定座，該旋轉裝置包括一本體、一支撐座與一轉軸，該螺桿花鍵軸之一端連接於該支撐座，該轉軸穿設於該支撐座，且該轉軸之軸向垂直於該螺桿花鍵軸之軸向，該本體連接於該轉軸，該轉軸之一端穿設該第二傘齒輪。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的支撐機構，更包括： 一煞車元件，連接該轉軸之另一端，該煞車元件用以固持該轉軸，以固定該旋轉裝置相對於該本體固定座之該轉動角度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的支撐機構，更包括： 一支撐元件，連接於該本體，該支撐元件為一吸盤、一電磁閥或一夾爪。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的支撐機構，更包括： 一感測元件，連接於該本體固定座，該感測元件用以偵測該第一傘齒輪是否嚙合於該第二傘齒輪。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該螺桿花鍵軸之軸向平行於該驅動裝置之軸向。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該驅動裝置包括一第一傳動元件與一第二傳動元件，該第一驅動元件包括一第一軸部，該第二驅動元件包括一第二軸部，該第一傳動元件連接該第一軸部與該螺桿螺帽，該第二傳動元件連接該第二軸部與該花鍵螺帽。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的支撐機構，其中該第一傳動元件為皮帶與皮帶輪之組合，該第二傳動元件為皮帶與皮帶輪之組合。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的支撐機構，其中該第一軸部之軸向平行於該螺桿花鍵軸之軸向，該第二軸部之軸向平行於該螺桿花鍵軸之軸向。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該轉動組合是指該螺桿螺帽與該花鍵螺帽分別在驅動、轉動方向與轉速上多數的不同組合。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該運動裝置包括一螺帽固定座，該螺帽固定座固定於該本體固定座，該螺帽固定座固定該螺桿螺帽與該花鍵螺帽之外側，該螺桿花鍵軸可動地設置於該螺帽固定座之內。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該螺桿螺帽藉由一第一軸承元件轉動於該螺桿花鍵軸，該花鍵螺帽藉由一第二軸承元件轉動於該螺桿花鍵軸。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的支撐機構，其中該螺桿花鍵軸之外表面包括一螺旋軌道槽與一直線軌道槽，該螺桿螺帽是沿著該直線軌道槽轉動，該花鍵螺帽是沿著該螺旋軌道槽轉動。
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