TWI453100B - 機器人結構 - Google Patents

Description

機器人結構

本發明涉及一種機器人結構，尤其涉及一種防爆機器人結構。

隨著機械工業之發展，愈來愈多之機械加工過程中使用機器人來實現自動化生產。磨削、噴漆等加工車間內，空氣中散佈有磨削粉塵、油漆微粒等物質，形成易發生爆炸之爆炸性氣體，當機器人於此環境中工作時，該爆炸性氣體會進入機器人中，與機器人內部之電磁閥、馬達等元件於使用過程中產生之電火花接觸，導致爆炸性氣體於機器人內部引起爆炸。

常見之防爆機器人多藉由於機器人內部通入高壓氣體，使機器人內部氣壓高於外部氣壓，進而將爆炸性氣體阻隔於機器人外部，使該爆炸性氣體無法接觸到機器人內部之電磁閥、馬達等元件而發生爆炸。為實現機器人之防爆功能，機器人內部需設置通氣管道，藉由該通氣管道往機器人內部通氣。然，機器人之工作過程中，如磨削粉塵、油漆微粒等物質仍會從機器人之關節部位隨著各關節之運動被帶入機器人內部，於機器人內部形成易發生爆炸之爆炸性氣體而引發爆炸，故仍存在安全隱患。且機器人關閉，即未使用之狀態下，其內部未充入高壓氣體，則週圍環境中之爆炸性氣體會從機器人一些樞接部位形成之縫隙處慢慢擴散到機器人內部，於下次開啟機器人時引發爆炸。

一種機器人，於開啟機器人之前，先通入高壓氣體對機器人內部之爆炸性氣體進行沖洗。沖洗完成開啟機器人後，不斷對機器人內部補充高壓氣體。藉由採取上述手段，可避免於機器人長期未使用後重新啟動時引發爆炸，亦可保證機器人於工作時內部之氣壓不會太低。

然，每次開啟機器人時，都需先進行內部沖洗，使用較麻煩。且即使可保證機器人於工作時內部之氣壓始終高於外部氣壓，然，如磨削粉塵、油漆微粒等仍會隨機器人各關節之運動被帶入機器人內部，於內部形成爆炸性氣體，故仍不能達到較高之安全性保證。

鑒於上述情況，有必要提供一種使用方便且具有較高安全性能之機器人結構。

一種機器人結構，包括複數依次樞接且相對可轉動之軸組件及與機器人結構之至少一軸組件內部相通之進氣管，進氣管延伸至機器人結構之至少一軸組件內部並往複數軸組件內部充入高壓非易燃性氣體，以防止機器人結構外部的氣體擴散到機器人內部，機器人結構之軸組件之樞接部位設置密封元件。

另一種機器人結構，包括複數依次樞接且相對可轉動之軸組件，機器人結構上設置氣壓系統，氣壓系統包括與機器人之至少一軸組件內部相通之進氣管，機器人結構同時採用氣體密封與機械密封，該氣體密封即藉由該進氣管往該複數軸組件內部充入高壓非易燃性氣體，以防止機器人結構外部之氣體擴散到機器人內部，機械密封即於機器人結構之各軸組件相互樞接之部位設置密封元 件。

上述機器人結構中，採用進氣管對機器人結構內部通入非易燃性氣體進行密封，並於各軸組件樞接處設置密封元件，同時採用氣體密封及機械密封，較為可靠地將粉塵等爆炸性氣體隔絕於機器人結構外部，提高了該機器人結構之安全性能。且可防止爆炸性氣體於機器人結構之關閉狀態時進入機器人結構內，不用每次開啟之前進行氣體沖洗，使用方便。

100‧‧‧機器人結構

10‧‧‧第一軸組件

20‧‧‧第二軸組件

30‧‧‧第三軸組件

40‧‧‧第四軸組件

50‧‧‧第五軸組件

60‧‧‧第六軸組件

70‧‧‧第七軸組件

80‧‧‧氣壓系統

90‧‧‧密封元件

11‧‧‧主軸本體

13‧‧‧第一連接部

15‧‧‧第二連接部

17‧‧‧線纜插頭

151‧‧‧進氣口

153‧‧‧出氣口

51‧‧‧主殼體

53‧‧‧外蓋

55‧‧‧密封墊

81‧‧‧進氣管

82‧‧‧出氣管

83‧‧‧調壓裝置

84‧‧‧壓力監測裝置

85‧‧‧防護盒

86‧‧‧防爆管

91‧‧‧密封圈

93‧‧‧油封

511‧‧‧氣管接頭

圖1為本發明實施方式之機器人結構示意圖。

圖2為圖1中機器人結構部分零件之局部剖視圖。

圖3為圖2中機器人結構III處之放大圖。

圖4為圖1中機器人結構IV處之放大圖。

下面將結合附圖及具體實施方式對本發明之機器人結構作進一步之詳細說明。

請參閱圖1，機器人結構100包括依次樞接且相對可轉動之第一軸組件10、第二軸組件20、第三軸組件30、第四軸組件40、第五軸組件50、第六軸組件60及第七軸組件70。該機器人結構100上還設置有氣壓系統80，第一軸組件10與第二軸組件20之樞接部位設置有密封元件90。

該機器人結構100中，第二軸組件20一端樞接於第一軸組件10。第三軸組件30一端樞接於第二軸組件20之一側，另一端樞接於第四軸組件40之一側。第四軸組件40之一側與第三軸組件30樞接。 本實施方式中，第三軸組件30相對第二軸組件20旋轉之旋轉軸線與第二軸組件20相對第一軸組件旋轉之旋轉軸線垂直，且該第四軸組件40相對第三軸組件30旋轉之旋轉軸線與第三軸組件30相對第二軸組件20旋轉之旋轉軸線平行。第七軸組件70一端與第六軸組件60樞接，另一端處於自由狀態，該第七軸組件70相對第一軸組件10可繞六旋轉軸轉動。本實施方式中，第六軸組件60二端均與第五軸組件50樞接。

第一軸組件10包括主軸本體11、形成於主軸本體11一端之第一連接部13、形成於主軸本體11側面之第二連接部15及插設於第二連接部15上之線纜插頭17。第一軸組件10藉由第一連接部13固定於地面或其他設備上，第二連接部15上開設有進氣口151和出氣口153。本實施方式中，該第一連接部13為凸緣結構，第二連接部15為形成於第一軸組件10之主軸本體11側面之凸塊結構。

請一併參閱圖1至圖3，第二軸組件20與第一軸組件10之間設置有密封元件90，用於實現第一軸組件10與第二軸組件20樞接處之密封。密封元件90包括密封圈91及油封93。因第二軸組件20與第一軸組件10樞接之部位設置有墊圈、套筒(圖未標)等，該墊圈、套筒等之間形成縫隙，其中某些縫隙將第一軸組件10及第二軸組件20內部與外部環境連通，故密封圈91及油封93均嵌設於第一軸組件10與第二軸組件20樞接處所形成之與外部環境相通之縫隙中，從而將第一軸組件10與第二軸組件20內部與外部環境隔離開來。本實施方式中，密封元件90包括四O形密封圈91及一油封93。當然，密封元件90亦可包括密封墊、唇形密封圈等其他密封元件。

該機器人結構100中除第二軸組件20與第一軸組件10樞接處外，第二軸組件20、第三軸組件30、第四軸組件40、第五軸組件50、第六軸組件60及第七軸組件70相樞接之部位亦設置有密封元件，保證該機器人結構100之密封，本實施方式中僅以第一軸組件10與第二軸組件20樞接處之密封元件90為例進行說明，其他部位不再贅述。

請一併參閱圖1及圖4，該第五軸組件50包括主殼體51、扣合併固定於主殼體51二側之外蓋53及設置於外蓋53與主殼體51相固定之部位之密封墊55。外蓋53與主殼體51固定形成封閉結構，而密封墊55進一步增加外蓋53與主殼體51之密封效果。主殼體51上設置有二氣管接頭511。本實施方式中，外蓋53藉由螺絲固定於主殼體51，藉由計算爆炸時氣體對外蓋53之衝擊力及每一螺絲之軸向載荷確定所需螺絲之數目，此處每一外蓋53藉由九螺絲固定。當然密封墊55亦可由溶膠密封、焊接密封等密封結構替代。該機器人結構100中，其他軸組件上亦可如第五軸組件50設置密封結構，本實施方式中僅以第五軸組件50為例進行說明，其他軸組件不再贅述。

氣壓系統80包括進氣管81、出氣管82、設置於進氣管81上之調壓裝置83、設置於出氣管82上之壓力監測裝置84、防護盒85及防爆管86。進氣管81接入防護盒85並從第一軸組件10上之進氣口151進入第一軸組件10內。該進氣管81依次於第一軸組件10、第二軸組件20、第三軸組件30、第四軸組件40及第五軸組件50內延伸，最終連通至第五軸組件50上之一氣管接頭511上，並從該氣管接頭511延伸至第五軸組件50外部，然後從另一氣管接頭511重新插 入第五軸組件50。出氣管82一端插入第一軸組件10內，另一端延伸至防護盒85外側。防護盒85將固定於第一軸組件10之第二連接部15上，並將線纜插頭17、調壓裝置83、壓力監測裝置84收容於內。防爆管86由撓性材料製成，其一端固定於防護盒85之外側，用於收容第一軸組件10上之線纜插頭17所連接之線纜。

該機器人結構100中，各軸組件之外殼為鑄件，且鑄件之厚度藉由試驗確定，即往機器人結構100內部充入爆炸性氣體並引爆，測得爆炸時之衝擊力，各鑄件之厚度設計成其所能承受之衝擊力大於爆炸時產生之衝擊力。

使用該機器人結構100時，從進氣管81通入高壓氣體，該高壓氣體為非易燃氣體，如惰性氣體、二氧化碳等。高壓氣體沿進氣管81通至於第五軸組件50並釋放到第五軸組件50內部，並沿著第四軸組件40、第三軸組件30及第二軸組件20擴散到第一軸組件10，且沿著第六軸組件60擴散到第七軸組件70。通氣一段時間後，高壓氣體擴散至整個機器人結構100之內部。因高壓氣體係從第五軸組件50開始擴散，故第五軸組件50內之氣壓相對第一軸組件10、第二軸組件20、第三軸組件30、第四軸組件40、第六軸組件60及第七軸組件70較高，且因第一軸組件10相對第五軸組件50最遠，故第一軸組件10內之氣壓相對其他軸組件最低。

因充滿高壓氣體之機器人結構100內部之氣壓高於外部環境之氣壓，故高壓氣體可從出氣管82向外部環境擴散。當對機器人結構100充入高壓氣體時，調壓裝置83對該高壓氣體之壓強進行調節，進而達到調節機器人結構100內氣壓之目之。當機器人結構100內高壓氣體從出氣管82流出時，壓力監測裝置84對流出之氣體之 氣壓進行監測，以便及時發現異常並進行調節。

上述機器人結構100中，因於工作時機器人結構100內部通入高壓氣體，使得機器人結構100內部氣壓高於外部環境之氣壓，可防止機器人結構100工作時外部含有例如磨削粉塵、油漆微粒等物質之爆炸性氣體擴散到機器人內部，實現氣體密封。

各軸組件樞接處設置密封元件，防止各軸組件相對運動時將外部之磨削粉塵、油漆微粒等物質帶入機器人結構100內形成爆炸性氣體而引發爆炸，亦可避免機器人結構100關閉時外部之爆炸性氣體進入機器人結構100內部而導致之下次啟動時引發之爆炸，實現機械密封。

該機器人結構100中，使用氣體密封與機械密封同時進行密封保護，使機器人結構100內部高於外部環境之氣壓之同時，從結構上亦與外部環境隔絕，進而達到較好之密封效果，提高機器人結構100之安全性能。且該機器人結構100中，機器人結構100內部始終與外界環境隔離，故無需每次使用前進行氣體沖洗，使用方便。

該機器人結構100中，第五軸組件50上設置氣管接頭511，當該機器人結構100使用於無需防爆之環境中時，可對該機器人結構100進行改裝，將進氣管81直接從第五軸組件50上之一氣管接頭511引出並直接連接至其他裝置，而於第一軸組件10上之出氣口153與第五軸組件50上之另一氣管接頭511之間連通另一氣管，並將該氣管從氣管接頭511延伸到機器人結構100外部接至其他控制裝置。故該機器人結構100改裝方便，通用性強。

因各軸組件之外殼為鑄件，且其所能承受之衝擊力大於機器人結構100內部氣體爆炸時之衝擊力，故即使機器人結構100內部發生氣體爆炸，亦僅損壞內部之元件，而不會衝開機器人結構100之外殼而造成危險事故，進一步提高了安全性能。

第一軸組件10之進氣口151及出氣口153處罩一防護盒85，且將線纜插頭17連接之線纜收容到防護盒85上之防爆管86內，可使線纜與外界隔絕，避免引入外界氣體。

因第五軸組件50靠近機器人結構100之自由端，即靠近第七軸組件70，活動較為頻繁，防爆要求較高，故將進氣管81之末端設置於第五軸組件50內，使氣體從第五軸組件50處向其他部位擴散，保證此處氣壓最高，滿足較高之防爆要求。而將出氣管82接至第一軸組件10，即遠離機器人結構100之自由端之部位，並於出氣管82上設置壓力監測裝置84，故處遠離進氣管81之末端，氣壓最低，故只要此處監測到之氣壓不低於外部環境之氣壓值，即可保證機器人結構100內部之氣壓滿足要求。

可理解，本發明之機器人結構100亦可不設出氣口153及出氣管82，於機器人結構100工作時，於機器人結構100內部通入一定量之氣體並關閉進氣管81，而於第一軸組件10上設置一氣壓監測裝置，即時監測機器人結構100內之氣壓。

若該機器人結構100其中一或複數軸組件與其他軸組件不相通，而僅該一或複數軸組件需要進行防爆保護，則只要於該一或複數軸組件內通入高壓氣體，且將該一或複數軸組件與其他軸組件藉由密封元件密封隔絕即可。

第五軸組件50上之二氣管接頭511亦可省略，而將進氣管81之末端固定於第五軸組件50之內部即可。

進氣管81之末端亦可設置於第六軸組件60或第七軸組件70。

進氣口151亦可設置於靠近進氣管81之末端所設置之某一軸組件上，而將進氣管81直接從此軸組件之外部通入其內部。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧機器人結構

10‧‧‧第一軸組件

20‧‧‧第二軸組件

30‧‧‧第三軸組件

40‧‧‧第四軸組件

50‧‧‧第五軸組件

60‧‧‧第六軸組件

70‧‧‧第七軸組件

80‧‧‧氣壓系統

11‧‧‧主軸本體

13‧‧‧第一連接部

15‧‧‧第二連接部

17‧‧‧線纜插頭

151‧‧‧進氣口

153‧‧‧出氣口

51‧‧‧主殼體

53‧‧‧外蓋

81‧‧‧進氣管

82‧‧‧出氣管

83‧‧‧調壓裝置

84‧‧‧壓力監測裝置

85‧‧‧防護盒

86‧‧‧防爆管

511‧‧‧氣管接頭

Claims (16)

1. 一種機器人結構，包括複數依次樞接且相對可轉動之軸組件及與該機器人結構之至少一軸組件內部相通之進氣管，其改良在於：該進氣管延伸至機器人結構之至少一軸組件內部並往該複數軸組件內部充入高壓非易燃性氣體，以防止機器人結構外部的氣體擴散到機器人內部，該機器人結構之軸組件之樞接部位設置密封元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置有進氣口、出氣口及出氣管，該進氣管穿設於該進氣口，該出氣管穿設於該出氣口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器人結構，其中該機器人結構之進氣口及出氣口處還加設有防護盒，該出氣口外側設置壓力監測裝置，該壓力監測裝置收容於該防護盒內，該進氣管及出氣管部分地收容於該防護盒內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置有線纜插頭，該線纜插頭也收容於該防護盒內，該防護盒外側設置有防爆管，該線纜插頭所連接之線纜從該防爆管通入防護盒內並連接於該線纜插頭。
5. 如申請專利範圍第2項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置二氣管接頭，該進氣管經由該一氣管接頭從機器人結構內部伸出，並從另一氣管接頭插入機器人結構內部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之機器人結構，其中該氣管接頭設置於該機器人結構靠近自由端一軸組件上，該出氣口設置於該機器人結構中遠離自由端之一軸組件上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機器人結構，其中該機器人結構之外殼為鑄件，該外殼之厚度所能承受之衝擊力大於機器人中氣體爆炸時之衝擊力度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之機器人結構，其中該至少一軸組件包括使該軸組件形成封閉結構之外蓋，該外蓋與該軸組件之其他部位相固定之部位設置有密封結構。
9. 一種機器人結構，包括複數依次樞接且相對可轉動之軸組件，該機器人結構上設置氣壓系統，該氣壓系統包括與該機器人之至少一軸組件內部相通之進氣管，其改良在於：該機器人結構同時採用氣體密封與機械密封，該氣體密封即藉由該進氣管往該複數軸組件內部充入高壓非易燃性氣體，以防止機器人結構外部之氣體擴散到機器人內部，該機械密封即為於該機器人結構之各軸組件相互樞接之部位設置密封元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之機器人結構，其中該至少一軸組件包括使該軸組件形成封閉結構之外蓋，該外蓋與該軸組件之其他部位相固定之部位設置有密封結構。
11. 如申請專利範圍第9項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置有進氣口、出氣口及出氣管，該進氣管穿設於該進氣口，該出氣管穿設於該出氣口。
12. 如申請專利範圍第11項所述之機器人結構，其中該機器人結構之進氣口及出氣口處還加設有防護盒，該出氣口外側設置壓力監測裝置，該壓力監測裝置收容於該防護盒內，該進氣管及出氣管部分地收容於該防護盒內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置有線纜插頭，該線纜插頭也收容於該防護盒內，該防護盒外側設置有防爆管，該線纜插頭所連接之線纜從該防爆管通入防護盒內並連接於該線 纜插頭。
14. 如申請專利範圍第9項所述之機器人結構，其中該機器人結構上還設置二氣管接頭，該進氣管經由該一氣管接頭從機器人結構內部伸出，並從另一氣管接頭插入機器人結構內部。
15. 如申請專利範圍第14項所述之機器人結構，其中該氣管接頭設置於該機器人結構靠近自由端一軸組件上，該出氣口設置於該機器人結構中遠離自由端之一軸組件上。
16. 如申請專利範圍第9項所述之機器人結構，其中該機器人結構之外殼為鑄件，該外殼之厚度所能承受之衝擊力大於機器人中氣體爆炸時之衝擊力度。