TWI499490B - 機器手臂及機器手臂系統 - Google Patents

Description

機器手臂及機器手臂系統

本發明所討論的實施例是有關於一種機器手臂及一種機器手臂系統。

傳統的各種機器手臂，例如輸送用機器手臂、焊接用機器手臂、以及一噴漆機器手臂，係使用於一生產場地。

此種型式的機器手臂可以包含一制動器，其可在例如說某些電源被阻斷的情形中防止例如一手臂之類的零組件因其自身的重量而偏離其正常位置。例如說，日本專利申請案早期公開第2008-307618號中揭露一種機器手臂，其包含有一非激磁作動型式的電磁制動器，其制動力量會在電源啟動時由一電磁力量解除，且該制動力量係在電源切斷時由一彈簧或類似者的機械動作啟動。

如前所述，該前述的先前技術係利用一制動器來防止例如手臂之類的零組件偏離其位置。但是，該先前技術在確實防範例如手臂之類的零組件偏離其位置上仍有改善的空間。

例如說，在某些情形中，一手臂可能是透過減速器來連接至另一手臂上。在此種情形下，當設置於一輸入軸上用以輸入馬達之轉動的輸入齒輪因為老化劣化之故而磨損時，該手臂的姿勢會形成為一種該手臂的位置偏離因該輸入齒輪之磨損而致之磨損量的狀態。為此因素之故，姿勢 相關計算將無法確保手臂的姿勢維持位置。

習用手臂是透過例如說固定地更換輸入齒輪來事先預防偏離其位置。但是，最好要能夠更確實地防止例如手臂之類的零組件的位置偏離情形。

根據實施例的一態樣，該等實施例的目的在於提供一種機器手臂及一種機器手臂系統，其可防止例如手臂之類零組件的位置偏離。

根據該等實施例之一態樣的一機器手臂包含一減速器、一第一軸桿、一旋轉電機機械、一第二軸桿、以及一制動器。減速器將待輸入至一輸入單元的旋轉減速並輸出。第一軸桿連接至輸入單元。旋轉電機機械可轉動第一軸桿。第二軸桿連接至輸入單元。制動器可調節第二軸桿的轉動。

再者，根據該等實施例之一態樣的一機器手臂系統包含一機器手臂及一控制裝置。機器手臂包含一減速器、一第一軸桿、一旋轉電機機械、一第二軸桿、以及一制動器。減速器將待輸入至一輸入單元的旋轉減速並輸出。第一軸桿連接至輸入單元。旋轉電機機械可轉動第一軸桿。第二軸桿連接至輸入單元。制動器可調節第二軸桿的轉動。再者，控制裝置控制該機器手臂。

根據該等實施例之一態樣，其可以提供能夠防止例如手臂之類的零組件的位置偏離的一種機器手臂及一種機器 手臂系統。

配合所附圖式參閱以下的詳細說明將能更理解本發明及其隨附的許多優點，進而得到更充份的瞭解。

下文中將詳細解說根據本文之實施例的機器手臂及機器手臂系統。此外，下面所揭露的實施例並非係用以限制本發明。

第一實施例

首先配合第1圖解釋根據本發明第一實施例之一機器手臂的架構。第1圖是根據該第一實施例的機器手臂的立體圖。下文中為便於說明起見，機器手臂1中的零組件間的位置關係是以該機器手臂1的迴旋位置是處於第1圖所示之狀態的假設下來說明的。再者，在此是假設Z軸方向是垂直方向。

如第1圖所示，機器手臂1包含一迴旋機構10、一舉升及下降機構20、以及一水平手臂單元30。

迴旋機構10包含一底座11及一迴旋座12。底座11是設置在例如地板或類似者上。迴旋座12係繞著一樞轉軸線O可轉動地結合至底座11的上半部上。迴旋座12可繞著本身為垂直軸線的的樞轉軸線O迴旋。舉升及下降機構20及水平手臂單元30可隨著迴旋座12的迴旋而繞著樞轉軸線O迴旋。

舉升及下降機構20包含一支撐件21及一腿部單元22。支撐件21是一個以站立方式自迴旋座12的前緣末端沿著垂直方向設置的構件。腿部單元22是一個底部末端被支撐於支撐件21前緣末端而前緣末端支撐著水平手臂單元30的構件。舉升及下降機構20可改變腿部單元22的姿勢，以供將水平手臂單元30沿著平行於樞轉軸線O之軸線上下移動。

腿部單元22包含一第一舉升臂24及一第二舉升臂26。第一舉升臂24的底部末端是透過一第一接合部23連接至支撐件21的前緣末端。因此，第一舉升臂24係可轉地支撐於支撐件21的前緣末端，而可繞著第一接合部23的接合軸線轉動，該接合軸線係一水平軸線。

第二舉升臂26的底部末端是透過一第二接合部25連接至第一舉升臂24的前緣末端。因此，第二舉升臂26係可轉動地支撐於第一舉升臂24的前緣末端，而可繞著第二接合部25的接合軸線轉動，該接合軸線為一水平軸線。

水平手臂單元30是透過一第三接合部27連接至第二舉升臂26的前緣末端。因此，水平手臂單元30係可轉動地支撐於第二舉升臂26的前緣末端，而可繞著第三接合部27的接合軸線轉動，該接合軸線係一水平軸線。

以此方式，根據第一實施例的機器手臂1依透過使用該一腿部單元22來支撐水平手臂單元30。因此之故，相較於機器手臂是使用二個或多個舉升手臂單元來支撐水平 手臂單元30的情形而言，該機器手臂1可以具有較簡化的架構。

水平手臂單元30包含一下側手臂單元31a及一上側手臂單元31b。下側手臂單元31a包含一手部位33a、一臂部位32a、以及一下側支撐構件34a。手部位33a上可放置一個做為輸送標的的薄板狀工件W。在臂部位32a內，其底側末端是支撐於下側支撐構件34a上，而其前緣末端則支撐著手部位33a。下側支撐構件34a係可轉動地被支撐於第二舉升臂26的前緣末端上，而可繞著第三接合部27的接合軸線轉動。一上側支撐構件34b的底部末端固定至下側支撐構件34a上，而臂部位32a的底部末端則係可轉動地被支撐於下側支撐構件34a上。

上側手臂單元31b包含一手部位33b、一臂部位32b、以及上側支撐構件34b。手部位33b上可放置一個做為輸送標的的薄板狀工件W(未顯示)。在臂部位32b內，其底部末端係可轉動地支撐於上側支撐構件34b上，而其前緣末端則支撐著手部位33b。上側支撐構件34b的底部末端連接至下側支撐構件34a的底部末端，以使得上側支撐構件34b係以可轉動的方式被支撐，以供繞著第三接合部27的接合軸線旋轉。

水平手臂單元30透過延伸及縮回臂部位32a及32b來將手部位33a及33b一預定方向移動。例如說，當機器手臂1位在如第1圖所示的迴旋位置上時，機器手臂1會透過舉升及下降機構20舉升及降下水平手臂單元30而將 手部位33a移置於稍微低於由一堆集器儲放的標的工件W的高度之位置處。再者，堆集器會將工件W儲放成為例如說以固定的間距堆疊於鄰近該機器手臂1所設置之工廠天花板的高度與鄰近地板之高度之間。

接著，機器手臂1會驅動臂部位32a來沿著一水平方向線性地移動手部位33a，以使得手部位33a進入至儲放工件W的堆集器內。在那之後，機器手臂1利用舉升及下降機構20來升高水平手臂單元30。結果就使工件W置放在手部位33a上。

接著，機器手臂1縮回臂部位32a而沿著一水平方向將具有工件W置放於其上的手部位33a自堆集器內退出。在那之後，機器手臂1利用迴旋機構10來迴旋水平手臂單元30及舉升及下降機構20，以使得手部位33a的前緣末端朝向著工件W的輸送位置。

接著，機器手臂1再次伸出臂部位32a來沿著一水平方向線性地移動手部位33a，因之而使得手部位33a到達該輸送位置的上方側。接著，機器手臂1利用舉升及下降機構20讓水平手臂單元30降低。結果是手部位33a的位置向下移而因之將工件W放置於輸送位置上。

以此方式，機器手臂1可透過手部位33a及33b因為臂部位32a及32b的伸出及縮回而產生的動作、水平手臂單元30由舉升及下降機構20所產生的舉升及下降、以及水平手臂單元30由迴旋機構10所產生的迴旋來傳送工件W。

機器手臂1的此一作動是由透過一通訊網路連接至機器手臂1的一控制裝置5的指令來進行的。再者，根據第一實施例的一機器手臂系統100至少包含該機器手臂1及該控制裝置5。

控制裝置5控制機器手臂1的驅動。更具體一點說，機器手臂1的每一接合部23、25、及27均設有馬達。控制裝置5指示該等馬達進行驅動作業。機器手臂1可根據控制裝置5的指令個別地讓該等馬達旋轉任意的角度，以供驅動迴旋機構10、舉升及下降機構20、以及水平手臂單元30。可以使用一個普通的網路，例如說一有線的LAN(區域網路)及一無線LAN來做為一個連接機器手臂1及控制裝置5的通訊網路。再者，雖然在此未說明，但在迴旋座12及臂部位32a及32b上可設置相類似的馬達，而控制裝置5可指示這些馬達進行驅動作業。這些馬達是旋轉電機機械的例子。

每一接合部23、25、及27進一步有一減速器及一外制動器。減速器是一種傳動機構，其將馬達的旋轉減速及輸出。外制動器是一種可透過調節減速器輸入軸的旋轉而調節減速器輸出軸的旋轉的制動器。減速器之輸出軸係連接至手臂上，例如水平手臂單元30、第一舉升臂24、以及第二舉升臂26。因此，因手臂自身重量而致的位置偏離可透過啟動該外制動器來防阻。

在本文中，如同根據第一實施例的機器手臂1一樣，在一手臂透過減速器連接至另一手臂上時，會有可能發生 設置在減速器之輸入軸上的輸入齒輪因為老化劣化而磨損。當該輸入齒輪磨損時，會有可能發生對應於磨損量的位置偏離，因此將該手臂姿勢固定住的位置會偏離正常位置。

因此，根據第一實施例的機器手臂1，連接至減速器輸入軸上的軸係分割成一馬達側軸及一外制動器側軸，而輸入齒輪則分別設置於各軸上。

因此之故，即使馬達側輸入齒輪磨損或受損，根據第一實施例的機器手臂1亦能適當地將外制動器的制動力量傳遞至減速器。因此將能夠確實地防止手臂的位置偏離。

下文將詳細地解釋設置在每一接合部23、25、及27上的馬達、減速器、以及外制動器的架構。

第2圖機器手臂1的側視圖。如第2圖所示，機器手臂1包含第一接合部23、第二接合部25、以及第三接合部27。第一接合部23是一連接第一舉升臂24底部末端與支撐件21前緣末端的接合部。第二接合部25是連接一第二舉升臂26底部末端與第一舉升臂24前緣末端的接合部。第三接合部27是一連接水平手臂單元30與第二舉升臂26前緣末端的結合部。

在第一接合部23設有一馬達41a、一減速器42a、以及一外制動器44a。在第二接合部25設有一馬達41b、一減速器42b、以及一外制動器44b。在第三接合部27設有一馬達41c、減速器42c、以及一外制動器44c。再者，馬達41a至41c分別具有設置於其內的內制動器43a至43c 。馬達41a至41c是旋轉電機機械的範例。

內制動器43a至43c及外制動器44a至44c是例如說非激磁作動型式的電磁制動器。此非激磁作動型式的電磁制動器是一種其制動在電源啟動時可由一電磁力量解除且其制動在電源切斷時可由例如彈簧之類的機械動作啟動的制動器。再者，內制動器及外制動器也可以是非激磁作動型式的電磁制動器以外的制動器。

在第一接合部23，馬達41a的旋轉會由減速器42a減速及輸出，以轉動第一舉升臂24，因此可以改變第一舉升臂24相對於支撐件21的姿勢。再者，在第一接合部23，由於內制動器43a及外制動器44a是在電源啟動及電源切斷時啟動的，因此可以保持第一舉升臂24相對於支撐件21的姿勢。

在第二接合部25，馬達41b的旋轉會由減速器42b減速及輸出，以轉動第二舉升臂26，因此可以改變第二舉升臂26相對於第一舉升臂24的姿勢。再者，在第二接合部25，由於內制動器43b及外制動器44b是在電源啟動及電源切斷時啟動的，因此可以保持第二舉升臂26相對於第一舉升臂24的姿勢。

在第三接合部27，馬達41c的旋轉會由減速器42c減速及輸出，以轉動水平手臂單元30，因此可以改變水平手臂單元30相對於第二舉升臂26的姿勢。再者，在第三接合部27，由於內制動器43c及外制動器44c是在電源啟動及電源切斷時啟動的，因此可以保持水平手臂單元30相 對於第二舉升臂26的姿勢。

接著將說明馬達41a至41c、減速器42a至42c、以及外制動器44a至44c。在此，以設置在第一接合部23上的馬達41a、減速器42a、以及外制動器44a做為一範例來配合第3圖解釋。第3圖是一部份立體圖，顯示出第一接合部23的周邊。

在第一接合部23，如第3圖所示，馬達41a是固定至支撐件21，而減速器42a則固定至第一舉升臂24。再者，外制動器44a是透過減速器42a而與馬達41a相對設置，並係經由一殼體450固定至減速器42a的減速器本體421上。

減速器42a是例如說一種RV(旋轉向量)式減速器，包含該減速器本體421、一輸入單元422、以及一輸出單元423。減速器42a可減低輸入至輸入單元422的旋轉，並將其輸出至輸出單元423。

更詳細地說，一第一軸桿61連接至輸入單元422。再者，第一軸桿61係連接至馬達41a的一輸出軸411。因此，馬達41a的旋轉力量會經由馬達41a的輸出軸411及第一軸桿61而輸入至減速器42a的輸入單元422。接著，當馬達41a的旋轉力量輸入至輸入單元422時，減速器42a會以低於馬達41a的旋轉速度來轉動輸出單元423。

減速器42a的輸出單元423係固定至支撐件21。因此之故，當馬達41a的旋轉輸入至輸入單元422時，第一接合部23內的減速器本體421會旋轉而不是輸出單元423。 因此，減速器本體421固定至其上的第一舉升臂24會在第一接合部23處轉動，因此第一舉升臂24相對於支撐件21的姿勢即會改變。

減速器42a並不限於RV式減速器。因此，減速器42a可以是其他型式的減速器。

一第二軸桿62進一步連接至減速器42a的輸入單元422。在第二軸桿62中，其底部末端是設置靠近於第一軸桿61的前緣末端，而其中心軸線則與第一軸桿61的中心軸線相同。

換言之，在第一實施例中是將連接至減速器42a的輸入單元422上的軸分割成二根軸。

外制動器44a包含一制動器軸桿441及一制動器本體442。制動器軸桿441係耦接於第二軸桿62的前緣末端，且其中心軸線與第二軸桿62的中心軸線相同。

制動器本體442包含例如說一磁場鐵心、一線圈、一側板、一電樞、一彈簧、一制動板、以及類似者。磁場鐵心是一管狀構件，係由軟磁材料製成。線圈是設置於磁場鐵心內。側板是由螺栓或類似者固定至磁場鐵心上。電樞是設置在磁場鐵心與側板之間。彈簧可將電樞沿著軸線方向推壓。制動板是設置在電樞與及側板之間，以隨著制動器軸桿441的旋轉而轉動。

制動器本體442包含例如說由軟磁材料製成的管狀磁場鐵心、設置在磁場鐵心內的線圈、以及由螺栓或類似者固定至磁場鐵心上的側板。另外，制動器本體442包含設 置在磁場鐵心與側板之間的電樞、可將電樞沿著軸線方向推壓的彈簧、以及設置在電樞與側板之間而可隨著制動器軸桿441旋轉而轉動的制動板。

當電流施加至線圈上時，外制動器44a會具有勵磁狀態，而電樞則可抵抗彈簧的彈力而被磁吸至磁場鐵心上。因此，推壓制動板的推壓力量會放開，而使制動器軸桿441及第二軸桿62具有可旋轉狀態。

另一方面，當外制動器44a內的驅動動力源被阻斷成為非勵磁狀態時，其電樞會被彈簧彈力朝向側板推壓。因此可使制動板的旋轉能被電樞與側板間的摩擦力量調節，因之而能調節制動器軸桿441及第二軸桿62的旋轉。

在減速器42a中，當第二軸桿62的旋轉由外制動器44a調節時，連接至第二軸桿62的輸入單元422的旋轉亦會被調節，而輸出單元423的旋轉也會被調節。因此，在機器手臂1中將能保持第一舉升臂24相對於支撐件21的姿勢。

以此方式，第一軸桿61及第二軸桿62的二個軸是連接至減速器42a的輸入單元422。

下文中將配合第4圖來更詳細地解釋第一軸桿61、第二軸桿62、以及輸入單元422的架構。第4圖是一放大圖，顯示出輸入單元422的周邊。

如第4圖所示，輸入單元422是例如說一正齒輪，包含一第一齒輪425。第一軸桿61及第二軸桿62分別具有輸入齒輪611及621。輸入齒輪611及621分別為一第二 齒輪及一第三齒輪的例子。

輸入齒輪611及輸入齒輪621嚙合於輸入單元422的第一齒輪425。在減速器42a中，第一齒輪425嚙合於輸入齒輪611，因此馬達41a的旋轉會經由輸入齒輪611及第一齒輪425輸入至輸入單元422。其結果是在減速器42a中，輸入單元422會旋轉而因之輸出單元423會隨著輸入單元422的旋轉而轉動。

在減速器42a中，第一齒輪425嚙合於輸入齒輪621，因此外制動器44a的制動力量會經由輸入齒輪621及第一齒輪425傳入至輸入單元422。其結果係可在減速器42a中調節輸入單元422的旋轉。

在此，機器手臂1要經常作動來將第一舉升臂24自停止狀態開始迴旋並在迴旋過程中停止第一舉升臂24。為此因素之故，輸入齒輪611很容易受到較大負載的作用。

另一方面，由於輸入齒輪621僅有在外制動器44a不作用的情形下才會隨著第一齒輪425的旋轉而轉動，因此輸入齒輪621只有很低的機會會受到比輸入齒輪611為大之負載作用於其上。再者，由於外制動器44a通常是在第一舉升臂24停止的情形或速度減低的情形下作動，因此即使是外制動器44a啟動時，輸入齒輪621也只有低的機會會受到比輸入齒輪611為大之負載作用於其上。

以此方式，由於相較於輸入齒輪621，輸入齒輪611很容易受到大負載的作用，因此輸入齒輪611很容易比輸入齒輪621早劣化。輸入齒輪611劣化時會使一背隙發生 於輸入齒輪611與第一齒輪425之間。

在此，其係採用第一軸桿61及第二軸桿62係一體成型的單一軸桿，而輸入齒輪611及輸入齒輪621是一體成型的單一輸入齒輪。換言之，其係採用馬達41a的旋轉力量及外制動器44a的制動力量是經由單一輸入齒輪傳遞至第一舉升臂24。

在此情形中，當有背隙發生於輸入齒輪及第一齒輪425之間，其有可能是即使外制動器44a被啟動，外制動器44a的制動力量也不會傳遞至第一舉升臂24上，因此第一舉升臂24的姿勢會保持在一種其位置是偏離開該一背隙量的狀態。

但是，在根據第一實施例的機器手臂1中，傳遞外制動器44a制動力量的輸入齒輪621是與傳遞馬達41a旋轉力量的輸入齒輪611分開設置。因此之故，即使有背隙發生於輸入齒輪611與第一齒輪425之間，外制動器44a的制動力量仍可經由輸入齒輪621適切地傳遞至第一舉升臂24上。因此，根據第一實施例的機器手臂1可以防止例如第一舉升臂24之類零組件的位置偏離。

如前所述，在第一實施例中已經說明第一軸桿及第二軸桿是連接至減速器的輸入單元，馬達會轉動第一軸桿，且外制動器會調節第二軸桿的旋轉。因此，在第一實施例中，其可以防止例如手臂之類的零組件的位置偏離。

馬達41a包含設置於其的內制動器43a(參見第2圖)。內制動器43a可在一非勵磁狀態下調節馬達41a之輸 出軸411的旋轉。換言之，機器手臂1可藉著啟動內制動器43a來保持住第一舉升臂24相對於支撐件21的姿勢，類似於外制動器44a啟動時的情形一樣。

以此方式，其係採用機器手臂1針對一馬達41a設置有內制動器43a及外制動器44a等二個制動器。因此之故，制動力量相對於馬達41a的旋轉僅由內制動器43a調節的情形而言會被提升。

再者，即使內制動器43a制動扭矩因為任何理由而減低，且因之只有該內制動器43a將無法固持住一手臂的情形下，由於該手臂亦可藉由啟動外制動器44a來固持住，因此可以防止該手臂自由下落，且安全性可以提升。同樣的，即使輸入齒輪611磨損而無法嚙合於其他的齒輪，輸入齒輪621仍可傳送姿勢維持扭矩，因此不會有手臂自由下落的可能。

在此，前面已經說明過第一軸桿61是與馬達41a的輸出軸411分開的。但是，第一軸桿61及馬達41a的輸出軸411可以先形成為一體。同樣的，前面已經說明過第二軸桿62是與外制動器44a的制動器軸桿441分開的。但是，第二軸桿62及外制動器44a的制動器軸桿441可以事先形成為一體的。

另外，在第4圖顯示出輸入齒輪611沿著第一齒輪425的軸線方向與第一齒輪425接觸的長度是相同於輸入齒輪621與第一齒輪425接觸的長度的情形。但是，輸入齒輪611及621與第一齒輪425接觸的長度可以是不一樣 的。

下文中將配合第5A圖來解釋輸入齒輪611及621與第一齒輪425接觸長度不同的情形。第5A圖是一放大圖，顯示出輸入單元422、第一軸桿61、以及第二軸桿62的另一種架構範例。

如第5A圖所示，第一軸桿61a之輸入齒輪611a接觸第一齒輪425的長度是長於第二軸桿62a之輸入齒輪621a接觸第一齒輪425的的長度。更具體地說，該第一軸桿61a係形成為長於第4圖中所示的第一軸桿61。再者，該第二軸桿62a是形成為短於第4圖中所示的第二軸桿62。

如前所述，相較於第二軸桿62a的輸入齒輪621a，第一軸桿61a的輸入齒輪611a會比較容易受到負載的作用。因此，輸入齒輪611a耐久性可透過將輸入齒輪611a接觸第一齒輪425的長度相對於第4圖中的情形增長而提升之。因此可以抑制輸入齒輪611a之背隙的發生。

在第5A圖中顯示出輸入齒輪611a接觸第一齒輪425的長度長於輸入齒輪621a接觸第一齒輪425之長度的情形。但是輸入齒輪621a接觸第一齒輪425的長度也可以長於輸入齒輪611a接觸第一齒輪425的長度。在此情形中，輸入齒輪621a的耐久性可提升，因此可以抑制輸入齒輪621a之背隙的發生。

在第4圖中是採用包含於第一軸桿61上的輸入齒輪611的齒數是與包含於第二軸桿62上之輸入齒輪621的齒數。但是，輸入齒輪611的齒數可以不同於輸入齒輪621 的齒數。下文中將配合第5B圖來說明輸入齒輪611的的齒數不同於輸入齒輪621的齒數的情形。第5B圖是一放大圖，顯示出輸入單元422、第一軸桿61、以及第二軸桿62的另一種架構範例。

如所示第5B圖，包含於第二軸桿62b上的輸入齒輪621b的齒數是多於包含於第一軸桿61b上的輸入齒輪611b的齒數。

第一軸桿61b包含有輸入齒輪611b，其係類似於第4圖中所示的輸入齒輪611。另一方面，第二軸桿62b包含有輸入齒輪621b，其具有較輸入齒輪611b為大的直徑。輸入齒輪621b的齒數是多於輸入齒輪611b的齒數。

輸入單元422a具有例如說一種兩階段式齒輪機構。更具體的說，輸入單元422a包含一大直徑齒輪425a及一小直徑齒輪425b，做為第一齒輪。大直徑齒輪425a嚙合於輸入齒輪611b。小直徑齒輪425b嚙合於輸入齒輪621b。

以此方式，在第5B圖中已說明包含於第二軸桿62b上的輸入齒輪621b的齒數是多於包含於第一軸桿61b上的輸入齒輪611b的齒數。更具體的說，輸入齒輪621b的直徑大於輸入齒輪611b的直徑。因此可以抑制輸入齒輪621b的背隙。

在第5B圖中已說明輸入齒輪621b的齒數多於輸入齒輪611b的齒數。相反的，輸入齒輪611b的齒數也可以多於輸入齒輪621h的齒數。在此情形中，可以抑制輸入齒 輪611b的背隙。再者，在第5B圖中是採用輸入齒輪611b接觸大直徑齒輪425a的長度是和輸入齒輪621b接觸小直徑齒輪425b的長度相同。但是，輸入齒輪611b及621b接觸各自之齒輪的長度可以是如第5A圖所示般不一樣。

第二實施例

接著將針對由控制裝置5所進行的機器手臂1的作業控制說明，做為第二實施例。除了對馬達41a至41c的驅動控制以外，控制裝置5施行一診測程序來診測是否有背隙發生於第一軸桿61的輸入齒輪611與第一齒輪425之間。

再者，一能接收來自控制裝置5之異常情形的高階控制可以施行一異常對應處置來確保安全。再者，透過引入可將當下之生產方法切換至副線生產方法來避免生產線停頓的程式，可以將異常情形時生產量之降低減至最小。

首先將配合第6圖來說明控制裝置5的架構。第6圖是一方塊圖，顯示出控制裝置5的架構範例。再者，在第6圖中僅顯示出需要用以說明控制裝置5之特性的零組件，而一般的零組件的說明則會省略。

下文中，外制動器44a至44c中任一外制動器均可稱為“外制動器44”。同樣的，內制動器43a至43c中任一內制動器均可稱為“內制動器43”。再者，在第6圖中，內制動器43是稱為“Br1”，而外制動器44則稱為“Br2 ”。

如第6圖所示，控制裝置5包含一轉換器51、一伺服放大器52、一直流電源53、開關54a及54b、以及一控制單元55。

如第6圖所示，機器手臂1進一步包含一編碼器46。編碼器46是可偵測一馬達41旋轉位置並係針對該馬達41設置的一偵測單元的一例。由編碼器46所偵測到的馬達41的旋轉位置(下文中稱“編碼器數值”)會輸出至控制單元55。

在此係採用編碼器46為一絕對數值編碼器。但是，該實施例並不侷限於此。因此，編碼器46可以是一增量編碼器。再者，一解析器(Resolver)亦可當做一位置偵測單元來取代編碼器46。

轉換器51是一種利用AC(交流)主電源2供應的AC電力來產生馬達41驅動電力的裝置。轉換器51所產生的驅動電力會輸入至伺服放大器52。伺服放大器52是一種能根據控制單元55的命令來進行PWM控制並將驅動電力供應至馬達41的處理單元。

直流電源53可自AC主電源2所供應的AC電力產生DC電力。直流電源53所產生的DC電力會供應至內制動器43及外制動器44。再者，雖然未顯示出，直流電源53所產生的DC電力亦會供應至控制單元55。

開關54a是內制動器43的電力開關，可以切換直流電源53之DC電力的供應至內制動器43或切斷之。再者 ，開關54b是外制動器44的電力開關，可以切換直流電源53之DC電力的供應至外制動器44或切斷之。

開關54a及54b的切換是由控制單元55進行的。再者，內制動器43及外制動器44藉由斷閉開關54a及54b而啟動的，也就是說是透過阻斷電力傳送來調節馬達41的旋轉。

控制單元55可在例如拉線開關之類操作單元或例如PC(個人電腦)之類高階控制器的命令資料及自編碼器46所取得之編碼器數值的基礎下進行用以控制馬達41的算術運算，並可產生一PWM波形，以將其輸出至伺服放大器52。再者，該PWM控制是在伺服放大器52內依據該PWM波形來進行的。

控制單元55是操作單元或高階控制器之命令的基礎上進行該診測程序。在此，該診測程序是一種用以診測是否有背隙發生於第一軸桿61的輸入齒輪611與第一齒輪425間的程序。

現在將配合第7圖來說明該診測程序的特定常規程序。第7圖是一流程圖，顯示出該診測程序之常規程序的範例。該診測程序是開始於該等開關54a及54b均被開啟的狀態，也就是說，內制動器43及外制動器44均釋放開的狀態。再者，該診測程序也可在控制裝置5接收到來自操作單元或高階控制器之命令時的情形下開始，或是以事先設定好的間隔定期地啟動。

如第7圖所示，當診測程序開始時，控制裝置5的控 制單元55會啟動外制動器44(步驟S101)。接著，控制單元55向右轉動馬達41(步驟S102)並在一預定的馬達扭矩值時取得一編碼器數值(步驟S103)。在此，在步驟S103所取得的編碼器數值會稱為“右編碼器數值”。

接著，控制單元55向左轉動馬達41(步驟S104)並在一預定的馬達扭矩值時取得一編碼器數值(步驟S105)。在此，在步驟S105所取得的編碼器數值會稱為“左編碼器數值”。

接著，控制單元55根據步驟S103所取得的右編碼器數值及步驟S105所取得的左編碼器數值而計算出馬達41的旋轉角度(步驟S106)。更具體的說，控制單元55是計算出右編碼器數值與左編碼器數值間的差值，並將所計算出的差值轉換成旋轉角度。控制單元55將該計算出的旋轉角度儲存於一儲存單元(未顯示)內，例如RAM(隨機存取記憶體)。

接著，控制單元55決定步驟S106所計算出的旋轉角度(現時背隙量)與過去時間中所計算出的旋轉角度(參考背隙量)間的差值是否小於一預定值(步驟S107)。

接著，當現有旋轉角度與過去時間中所計算出的旋轉角度間的差值小於該預定值時(步驟S107：否)，控制單元55確認第一軸桿61的輸入齒輪611與第一齒輪425是正常的(步驟S108)並中中止該程序。換言之，當現時背隙量與參考背隙量間沒有重大改變時，控制單元55即可確定沒有背隙發生於第一軸桿61的輸入齒輪611與 第一齒輪425之間。

另一方面，當其確認現有旋轉角度與過去時間中所計算出的旋轉角度間的差值不小於該預定值時(步驟S107：是)，控制單元55可確定第一軸桿61的輸入齒輪611或第一齒輪425並非正常(步驟S109)並中止該程序。換言之，當現時背隙量相較於參考背隙量有重大改變時，控制單元55即可確定有背隙發生於第一軸桿61的輸入齒輪611與第一齒輪425之間。

在步驟S109確認有異常時，控制單元55會驅動馬達41來使機器手臂1採取一種撤回姿勢。該撤回姿勢是一種讓機器手臂1的手臂(第一舉升臂24及第二舉升臂26)下移至最低位置處的姿勢。以此方式，若機器手臂1採取撤回姿勢，則即使機器手臂1的手臂的位置因其自身重量而偏移的可能性很高，仍可確保其抵抗位置偏離安全性。

控制單元55可進行一種程序來讓機器手臂1採取撤回姿勢，接著並阻斷電力傳送至馬達41。因此可以更進一步提升抵抗機器手臂1之手臂位置偏離的安全性。

如前所述，在第二實施例中說明機器手臂1進一步包含有可偵測第一軸桿61之旋轉的編碼器46。再者，在第二實施例中說明控制裝置5可在馬達41處於外制動器44啟動之狀態下根據編碼器46的偵測結果來偵測出第一軸桿61或輸入單元422的異常情形。因此可以輕易地診測出例如說是否有背隙發生於第一軸桿61的輸入齒輪611與第一齒輪425之間。

在第7圖中說明馬達41向右轉動而取得右編碼器數值，而後馬達41向左轉動而取得左編碼器數值(參見步驟S102至步驟S105)。但是馬達41的旋轉方向是可以顛倒的。換言之，控制單元55可向左轉動馬達41而取得一左編碼器數值，而後向右轉動馬達41而取得一右編碼器數值。

另外，在前述的實施例中說明該機器手臂是透過使用一腿部單元來支撐一水平手臂單元。但是，該機器手臂的型式並不侷限於此。

第三實施例

例如說，機器手臂可透過使用二個或多個腿部單元來支撐一水平手臂單元。因此，下面將配合第8圖來說明機器手臂的另一個例子，做為第三實施例。第8圖是根據第三實施例之一機器手臂1a的立體圖。

如所示第8圖，根據第三實施例的機器手臂1a包含一底座310、舉升及下降機構320、以及一水平手臂單元330。舉升及下降機構320包含一可轉動地結合至底座310上的迴旋單元321、分別以站立方式設置在迴旋單元321二側末端的支撐單元322及323、以及一可轉動地支撐著水平手臂單元330的支撐座324。再者，舉升及下降機構320包含二腿部單元325及326，其等的底部末端係被分別支撐於支撐單元322及323上，而前緣末端則支撐著支撐座324。

腿部單元325包含一第一腿部325a，其底部末端係以可轉動方式被支撐於支撐單元322上，以及一第二腿部325b，其底部末端係以可轉動方式被支撐於第一腿部325的前緣末端，而其前緣末端則支撐著支撐座324。同樣的，腿部單元326包含一第一腿部326a其底部末端係以可轉動方式被支撐於支撐單元323上，以及一第二腿部326b，其底部末端係以可轉動方式被支撐於第一腿部326a的前緣末端，而其前緣末端則支撐著支撐座324。

水平手臂單元330包含可供放置工件W於其上的手部位331a及331b，以及將手部位331a及331b支撐於其等前緣末端上的臂部位332a及332b。類似於根據第一實施例的水平手臂單元30，水平手臂單元330可隨著臂部位332a及332b的伸出及縮回而將手部位331a及331b沿著一預定方向移動。

舉升及下降機構320可改變該二腿部單元325及326的姿勢而沿著上下方向移動水平手臂單元330。再者，由於舉升及下降機構320係利用該二腿部單元325及326來支撐水平手臂單元330，因此相對於根據第一實施例的舉升及下降機構20，此舉升及下降機構320可更確實地保持水平手臂單元330。

舉升及下降機構320的每一接合部均設有一其內設有一內制動器的馬達、一減速器、以及一外制動器。該等馬達、減速器、以及外制動器的架構是與前述實施例中的馬達、減速器、以及外制動器相同。

以此方式，機器手臂可以透過使用二腿部單元來支撐水平手臂單元。在此情形中可以得到和前述之第一及第二實施例相同的效果。再者，第8圖中顯示出該包含二腿部單元的機器手臂是。但是，腿部單元的數目可以是二個或多個。

第四實施例

機器手臂可以是例如說一直接作動式輸送機器手臂。所以在下文中將配合第9圖來說明此種機器手臂是一直接作動式輸送機器手臂的情形，做為第四實施例。第9圖是將根據第四實施例之一機器手臂1b的一部份放大而得的圖式。

如第9圖所示，根據第四實施例的機器手臂1b是一種齒條及齒輪式機器手臂，其可將一旋轉力量轉換成一線性運動，以進行上及下方向上的移動。更具體的說，機器手臂1b包含一沿著上下方向延伸的齒條單元510、一以可沿著上下方向移動的方式相對於齒條單元510被固持住的線性運動體520、以及一裝設在線性運動體520上的馬達單元530。

馬達單元530包含一以站立方式設置於線性運動體520上的支撐部位531、一固定在支撐部位531上的馬達532、以及一可減低並輸出馬達532之旋轉的減速器533。馬達單元530進一步包含一可調節馬達532之旋轉的外制動器534及一結合至減速器533之輸出軸533a前緣末端 上的小齒輪535。再者，馬達532具有設置於其內的內制動器，類似於根據前述實施例的馬達。

機器手臂1b在一種小齒輪535嚙合於齒條單元510的狀態下利用馬達532的驅動來轉動小齒輪535，因之而將線性運動體520沿著上下方向移動。

以此方式，機器手臂可以是如第9圖所示的直接作動式機器手臂。在此情形中可以得到與前述第一及第二實施例相同的效果。

這些實施例中說明第二軸桿及減速器的輸入單元係嚙合成透過一齒輪互相連接。但是，第二軸桿及減速器的輸入單元也可以採用齒輪以外的其他連接方式來連接。再者，第二軸桿及減速器的輸入單元也可以先形成為一體。

在前述的實施例中說明馬達包含有內制動器。但是，馬達並不一定要包含有內制動器。

1‧‧‧機器手臂

1a‧‧‧機器手臂

1b‧‧‧機器手臂

5‧‧‧控制裝置

10‧‧‧迴旋機構

11‧‧‧底座

12‧‧‧迴旋座

20‧‧‧舉升及下降機構

21‧‧‧支撐件

22‧‧‧支撐件

23‧‧‧第一接合部

24‧‧‧第一舉升臂

25‧‧‧第二接合部

26‧‧‧第二舉升臂

27‧‧‧第三接合部

30‧‧‧水平手臂單元

31a‧‧‧下側手臂單元

31b‧‧‧上側手臂單元

32a‧‧‧臂部位

32b‧‧‧臂部位

33a‧‧‧手部位

33b‧‧‧手部位

34a‧‧‧下側支撐構件

34b‧‧‧上側支撐構件

41‧‧‧馬達

41a‧‧‧馬達

41b‧‧‧馬達

41c‧‧‧馬達

42a‧‧‧減速器

42b‧‧‧減速器

42c‧‧‧減速器

43‧‧‧內制動器

43a‧‧‧內制動器

43b‧‧‧內制動器

43c‧‧‧內制動器

44‧‧‧外制動器

44a‧‧‧外制動器

44b‧‧‧外制動器

44c‧‧‧外制動器

46‧‧‧編碼器

51‧‧‧轉換器

52‧‧‧伺服放大器

53‧‧‧直流電源

54a‧‧‧開關

54b‧‧‧開關

55‧‧‧控制單元

61‧‧‧第一軸桿

61a‧‧‧第一軸桿

61b‧‧‧第一軸桿

62‧‧‧第二軸桿

62a‧‧‧第二軸桿

62b‧‧‧第二軸桿

310‧‧‧底座

320‧‧‧舉升及下降機構

321‧‧‧迴旋單元

322‧‧‧支撐單元

323‧‧‧支撐單元

324‧‧‧支撐座

325‧‧‧腿部單元

325a‧‧‧第一腿部

325b‧‧‧第二腿部

326‧‧‧腿部單元

326a‧‧‧第一腿部

326b‧‧‧第二腿部

330‧‧‧水平手臂單元

331a‧‧‧手部位

331b‧‧‧手部位

332a‧‧‧臂部位

332b‧‧‧臂部位

411‧‧‧輸出軸

421‧‧‧減速器本體

422‧‧‧輸入單元

422a‧‧‧輸入單元

423‧‧‧輸出單元

425‧‧‧第一齒輪

425a‧‧‧大直徑齒輪

425b‧‧‧小直徑齒輪

441‧‧‧制動器軸桿

442‧‧‧制動器本體

450‧‧‧殼體

510‧‧‧齒條單元

520‧‧‧線性運動體

530‧‧‧馬達單元

531‧‧‧支撐部位

532‧‧‧馬達

533‧‧‧減速器

533a‧‧‧輸出軸

534‧‧‧外制動器

535‧‧‧小齒輪

611‧‧‧輸入齒輪

611a‧‧‧輸入齒輪

611b‧‧‧輸入齒輪

621‧‧‧輸入齒輪

621a‧‧‧輸入齒輪

621b‧‧‧輸入齒輪

O‧‧‧樞轉軸線

W‧‧‧工件

第1圖是根據第一實施例的一機器手臂的立體圖。

第2圖是該機器手臂的側視圖。

第3圖是一部份立體圖，顯示出第一接合部的周邊。

第4圖是一放大圖，顯示出輸入單元的周邊。

第5A圖及第5B圖是放大圖，顯示出輸入單元、第一軸桿、以及第二軸桿的另一種架構範例。

第6圖是一方塊圖，顯示出根據第二實施例的控制裝置的架構範例。

第7圖是一流程圖，顯示出一診測程序的常規程序。

第8圖是根據第三實施例之一機器手臂的立體圖。

第9圖是將根據第四實施例之一機器手臂的一部份放大而得的圖式。

21‧‧‧支撐件

23‧‧‧第一接合部

24‧‧‧第一舉升臂

41a‧‧‧馬達

42a‧‧‧減速器

44a‧‧‧外制動器

61‧‧‧第一軸桿

62‧‧‧第二軸桿

411‧‧‧輸出軸

421‧‧‧減速器本體

422‧‧‧輸入單元

423‧‧‧輸出單元

441‧‧‧制動器軸桿

442‧‧‧制動器本體

450‧‧‧殼體

Claims (5)

1. 一種機器手臂，包含：減速器，其可減低並輸出待輸入至輸入單元的旋轉；第一軸桿，其連接至該輸入單元；旋轉電機機械，其可轉動該第一軸桿；第二軸桿，其與該第一軸桿配置在相同軸線上並連接至該輸入單元；以及制動器，其可調節該第二軸桿的旋轉；其中該減速器包含第一齒輪，其做為該輸入單元，該第一軸桿包含第二齒輪，其與該第一齒輪嚙合，且該第二軸桿包含第三齒輪，其與該第一齒輪嚙合。
2. 如申請專利範圍第1項的機器手臂，其中該第二齒輪沿著該第一齒輪的軸線方向與該第一齒輪接觸的長度是不同於該第三齒輪沿著該第一齒輪的該軸線方向與該第一齒輪接觸的長度。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項的機器手臂，其中該第二齒輪的齒數不同於該第三齒輪的齒數。
4. 一種機器手臂系統，包含：機器手臂；以及控制裝置，其控制該機器手臂，以及該機器手臂包含：減速器，其可減低並輸出待輸入至輸入單元的旋轉；第一軸桿，其連接至該輸入單元；旋轉電機機械，其可轉動該第一軸桿； 第二軸桿，其與該第一軸桿配置在相同軸線上並連接至該輸入單元；以及制動器，其可調節該第二軸桿的旋轉；其中該減速器包含第一齒輪，其做為該輸入單元，該第一軸桿包含第二齒輪，其與該第一齒輪嚙合，且該第二軸桿包含第三齒輪，其與該第一齒輪嚙合。
5. 如申請專利範圍第4項的機器手臂系統，其中該機器手臂進一步包含偵測單元，其可偵測該第一軸桿的旋轉，而且該控制裝置可在該旋轉電機機械是在該制動器被啟動之狀態下被驅動時，根據該偵測單元的偵測結果而偵測出該第一軸桿或該輸入單元的異常。