TWI616288B - 工具帶動模組及其適用之機器手臂 - Google Patents

Abstract

本案提供一種工具帶動模組，適用於機器手臂，其中機器手臂更包含末端軸，工具帶動模組包含：連接部，組接於末端軸上，且包含結合座；馬達驅動模組，組接於結合座上；帶動臂，連接於馬達驅動模組，且受馬達驅動模組之驅動而進行轉動；以及一工具固定座，銜接於帶動臂上，用以供工具固設；其中，工具固定座及工具受帶動臂帶動而同步轉動，且工具之工具中心點經由工具的轉動而與末端軸之軸心的延伸線共點。

Description

工具帶動模組及其適用之機器手臂

本案係為一種工具帶動模組，尤指一種可帶動工具轉動而改變工具的工作位置，且使工具在轉動過程中，工具的工具中心點與機器手臂之多關節手臂之末端軸的軸心之延伸線可共點的工具帶動模組及其適用之機器手臂。

隨著工業發展，為了提升生產速度及降低成本，多使用具有多關節手臂之機器手臂來替代人力，且通常會將工具或可供工具設置之工具模組連接於多關節手臂之末端軸，以利用工具來達成各種用途，例如鎖付螺絲等。

目前機器手臂大致可分為三種。第一種機器手臂為直接將工具連接於機器手臂之多關節手臂之末端軸。第二種機器手臂為將工具模組連接於多關節手臂之末端軸，而設置於工具模組上之工具之工作位置為固定不可移動，且工具的中心線與末端軸之軸心係平行且偏移一距離。第三種機器手臂為將工具模組連接於末端軸，而設置於工具模組上之工具更可以依照實際需求而以手動方式調整傾斜的角度，以改變工具的工作位置。

然而上述三種機器手臂卻各自存在缺點。針對第一種機器手臂，因工具直接連接於末端軸且工具無法改變工作位置，故不但工具的形狀及長度等係受位於末端軸下方的設置空間大小所限制，導致適用性不佳，亦使得工具的工作範圍有所侷限。針對第二種之機器手臂，由於工具同樣無法改變工作位置，故導致工具的工作範圍有所侷限。針對第三種之機器手臂，其雖能克服上述第一種之機器手臂及第二種之機器手臂的缺點，但因設置於工具模組上之工具的傾斜角度須以人工手動調整，故造成使用上的複雜性，導致工作效率不佳。

雖然目前為了解決上述第三種之機器手臂的問題，亦有多種機器手臂因此被研發，然而這些機器手臂卻又存在限縮工作範圍的缺點，例如工具的工作範圍係小於機器手臂之多關節手臂之末端軸的工作範圍。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之工具模組及其適用之機器手臂，實為目前迫切之需求。

本案之目的在於提供一種工具帶動模組及其適用之機器手臂，其中設置於工具帶動模組之工具可被工具帶動模組帶動而旋轉，以自動改變工具的工作位置。而在工具轉動的過程中，工具的工具中心點可與多關節手臂之末端軸的軸心延伸線共點，使工具的工作範圍維持於與多關節手臂之末端軸的工作範圍相同，使工具的工作範圍擴大。此外，工具帶動模組能夠在不改變機器手臂的原始結構及電路的情況下，簡易可拆卸地連接至機器手臂之多關節手臂之末端軸。更甚者，工具帶動模組之工具可因應各種不同使用需求而進行替換，成本也因而降低。

根據本案之構想，本案提供一種工具帶動模組，適用於機器手臂，其中機器手臂更包含末端軸，工具帶動模組包含：連接部，組接於末端軸上，且包含結合座；馬達驅動模組，組接於結合座上；帶動臂，連接於馬達驅動模組，且受馬達驅動模組之驅動而進行轉動；以及一工具固定座，銜接於帶動臂上，用以供工具固設；其中，工具固定座及工具受帶動臂帶動而同步轉動，且工具之工具中心點經由工具的轉動而與末端軸之軸心的延伸線共點。

根據本案之另一構想，本案提供一種機器手臂，其包含多關節手臂以及工具帶動模組。多關節手臂包含末端軸。工具帶動模組可拆卸地連接於多關節手臂之末端軸，且包含：連接部，組接於末端軸上，且包含結合座；馬達驅動模組，組接於結合座上；帶動臂，連接於馬達驅動模組，且受馬達驅動模組之驅動而進行轉動；以及一工具固定座，銜接於帶動臂上，用以供工具固設；其中，工具固定座及工具受帶動臂帶動而同步轉動，且工具之工具中心點經由工具的轉動而與末端軸之軸心的延伸線共點。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖及第2A圖，其中第1圖係為本案較佳實施例之機器手臂的立體示意圖，第2A圖係為第1圖所示之工具帶動模組的立體結構示意圖。如第1、2圖所示，機器手臂20可為但不限於五軸機器手臂，且包含一多關節手臂21及一工具帶動模組10。多關節手臂21包含一末端軸211、一基座212及一多軸機構213。多軸機構213連接於基座212，且具有兩軸結構。末端軸211其係可轉動地連接於多軸機構213上，，並可於多軸機構213上朝垂直方向上下移動。於一些實施例中，多關節手臂21可為水平關節機器手臂(Selective Compliance Assembly Robot Arm, SCARA)或Delta機器手臂(Delta robot)，但不限於此。

工具帶動模組10係組接於末端軸211上，且包含一連接部11、一馬達驅動模組12、一帶動臂13以及一工具固定座14。連接部11組接於多關節手臂21之末端軸211上，且包含連接軸套110及結合座111，連接軸套110係與末端軸211組接，且包含一第一固定件1101和一第二固定件1102，第一固定件1101包含複數個螺絲孔1103，第二固定件1102包含複數個螺絲孔1104，且分別與第一固定件1101之複數個螺絲孔1103相對應，此外，第一固定件1101及第二固定件1102之間形成一第一中空部114，用以供末端軸211設置，更甚者，當末端軸211設置於第一中空部114時，可藉由複數個螺絲1105分別穿設對應的第一固定件1101之複數個螺絲孔1103和第二固定件1102之複數個螺絲孔1104並加以鎖付，使第一中空部114的空間逐漸縮小而對應於末端軸211之外環大小，藉此使第一固定件1101及第二固定件1102貼合於末端軸211而讓工具帶動模組10固設於末端軸211上。

結合座111之一側係以卡合或鎖固的方式與連接軸套110組接。馬達驅動模組12係以卡合或鎖固的方式組接於結合座111之另一側，且包含一減速機121及一馬達122。減速機121組接於結合座111上，且包含一出力端。馬達122組接於減速機121上，且可由一獨立的控制器(未圖示)控制，用以驅動減速機121，其中馬達122及減速機121係分別與末端軸211之軸心的延伸線相互為垂直狀態。帶動臂13，例如第2A圖所示之單一帶動臂13係連接於減速機121之出力端，當馬達122驅動減速機121運作時，帶動臂13便被減速機121之出力端驅動而轉動，其中帶動臂13以旋轉軸心131為中心轉動，且旋轉軸心131的延伸線係與末端軸211之軸心的延伸線垂直。工具固定座14係銜接於帶動臂13上，用以供一工具15固設，且當帶動臂13轉動時，工具固定座14與工具15便被帶動臂13帶動而同步轉動，使工具15能旋轉角度，例如從平行於末端軸211之軸心的位置進行旋轉，以移動至非平行於末端軸211之軸心之位置，藉此改變工具15之工作位置，且工具固定座14更包含一連接件141及一夾持件142。連接件141係組接於帶動臂13上，夾持件142係可拆卸地組接於連接件141上，且連接件141與夾持件142之間可形成之一夾持空間，以供工具設置，工具15亦藉由夾持件142夾持而固定於工具固定座14上。另外，如第1圖所示，工具15可為一塗膠工具，但不限於此，亦可為焊槍、夾爪、吸盤或電鎖等各式工具。

請參閱第2B圖並配合第1圖，其中第2B圖係為第1圖所示之工具帶動模組的立體結構分解示意圖。如第1、2B圖所示，末端軸211之軸心與工具15之中心線位於一共平面P，而如第2B圖中所示，帶動臂13以旋轉軸心131為中心轉動，而旋轉軸心131垂直於末端軸211之軸心與工具15之中心線所在的共平面P。

請參閱第3圖，其為第1圖所示之機器手臂在工具旋轉一特定角度後之立體結構示意圖。如第3圖所示，當工具帶動模組10之馬達122在運作，而減速機121之出力端驅動帶動臂13，使帶動臂13帶動工具固定座14及工具15同步旋轉時，本實施例之工具帶動模組10可使工具15在轉動的過程中，工具15的工具中心點與末端軸211之軸心的延伸線共點，如此一來，將可使工具15的工作範圍維持於與末端軸211之工作範圍相同。

以下將進一步說明設置於本案之機器手臂20之工具帶動模組10上之工具15相較於習知機器手臂上之工具係具有較大的工作範圍。請參閱第4圖及第5圖，其中第4圖係為習知機器手臂之末端軸與工具的工作範圍圖，第5圖係為第3圖所示之機器手臂之末端軸與裝設於工具帶動模組上之工具的工作範圍圖。如第4、5圖所示，其中中心點A實際上為末端軸211之軸心的位置，而在第4圖中，虛線部分代表末端軸之工作範圍，實線部分代表工具之工作範圍，而習知機器手臂，例如先前技術所述之第二種機器手臂，由於工具的軸心與末端軸之軸心係平行且偏移一距離，因此相較於末端軸的最大工作範圍，工具的最大工作範圍係縮小，然而如第5圖所示，由於本實施例之工具帶動模組10可使工具15在轉動的過程中，工具15的工具中心點與末端軸211之軸心的延伸線共點，如此一來，本實施例之工具帶動模組10可使工具15的最大工作範圍擴及至等於末端軸211的最大工作範圍，故工具15的工作範圍較大。

由上述可知，本案之工具帶動模組10可藉由馬達驅動模組12自動驅動帶動臂13轉動，使工具固定座14及工具15同步旋轉而改變工具15之工作位置，故使用上較為簡單而可提升工作效率。此外，由於本案之工具帶動模組10可使工具15在轉動的過程中，工具15之工具中心點可與末端軸211之軸心的延伸線共點，故可提升工具15之工作範圍。再者，本案之工具帶動模組10可因應各種不同使用需求而設置各種不同的工具15於工具固定座14上，並不會受機器手臂之形狀所限制，因此可適用於多種不同用途而節省成本。另外，於本案之機器手臂20中，工具帶動模組10能夠在不改變多關節手臂21的原始結構及電路的情況下，簡易可拆卸地連接至多關節手臂21之末端軸211。

請參閱第6圖，其為第2A圖所示之工具帶動模組之另一視角的立體結構示意圖。如第6圖所示，於一些實施例中，為了讓一管線組123可利用中空走線從而簡化其走線，因此結合座111更具有一第二中空部113，該第二中空部113係與連接軸套110之第一中空部114相連通，第二中空部113用以供管線組123設置，並使管線組123經由第二中空部113、第一中空部114及第一中空部114之一開口112，進而設置於末端軸211之中空部(未圖示)藉此，可使管線組123利用中空走線從而簡化其走線，且因管線組123設置於末端軸211之中空部，即位於末端軸211之軸心，因此在末端軸211轉動時，管線組123轉動之角度較小，進而可減少管線組123的損耗。於上述實施例中，管線組123可包含如第6圖所示連接於馬達122之電源線及/或訊號線。當然，當工具15為氣動夾爪或吸盤時，管線組123亦可包含與工具15連接之風管。另外，當工具15需要電能或訊號來驅動時，管線組123亦可包含與工具15連接之電源線及/或訊號線。更甚者，管線組123並不僅侷限於包含如上所述之管線，舉凡各種為了達到簡化走線而需容置於第二中空部113內之其它管線，皆可構成管線組123。

請參閱第7圖，其為本案另一較佳實施例之工具帶動模組的立體結構示意圖。此實施例中之工具帶動模組10a與第2A圖中所示之工具帶動模組10相對應的組成成分係以相同元件符號標示，且其功能相似於此不再贅述。惟本實施例中，結合座111係包含第一結合板1111及第二結合板1112，其中第一結合板1111與第二結合板1112垂直，且第一結合板1111係組接於連接軸套110之底部，而工具帶動模組10a之馬達驅動模組12a除了包含馬達122外，更包含一L型減速機121a，其中L型減速機121a係包含第一部1211及第二部1212，第一部1211係與第二部1212垂直，且第一部1211係組接於第二結合板1112上，並包含一出力端，該出力端連接於帶動臂13。第二部1212係供馬達122組接，使馬達122實際上與末端軸211之軸心為平行狀態。此外，於本實施例中，工具帶動模組10a可使工具在轉動的過程中，工具的工具中心點與末端軸211之軸心的延伸線共點。

請參閱第8圖，其為本案再一較佳實施例之工具帶動模組的立體結構示意圖。此實施例中之工具帶動模組10b與第2A圖中所示之工具帶動模組10相對應的組成成分係以相同元件符號標示，且其功能相似於此不再贅述。惟相較於第2A圖所示之工作帶動模組10，本實施例之工具帶動模組10b不但包含兩個帶動臂13，工具帶動模組10b之馬達驅動模組12b亦改為包含一減速機馬達124。其中減速機馬達124係組接於第二結合板1112上，且包含兩個出力端，其中之一出力端連接於其中之一帶動臂13，另一出力端連接於另一帶動臂13，工具固定座14連接於兩個帶動臂13之間，藉此，兩個出力端便可帶動兩個帶動臂13、工具固定座14及工具同步旋轉。此外，於本實施例中，工具帶動模組10b可使工具在轉動的過程中，工具的工具中心點與末端軸211之軸心的延伸線共點。

綜上所述，本案係揭露一種工具帶動模組及其適用之機器手臂，其中工具帶動模組可藉由馬達驅動模組自動驅動帶動臂轉動，以改變工具之工作位置，故機器手臂在使用上較為簡單且可提升工作效率。此外，由於本案之工具帶動模組可使工具在轉動的過程中，工具之工具中心點可與末端軸之軸心的延伸線共點，故可增加工具之工作範圍。再者，本案之工具帶動模組可因應各種不同使用需求而設置各種不同的工具於工具固定座上，因此可適用於多種不同用途而節省成本。另外，於本案之機器手臂中，工具帶動模組能夠在不改變多關節手臂的原始結構及電路的情況下，簡易可拆卸地連接至多關節手臂之末端軸，且管線組更可經由結合座之第二中空部、連接軸套之第一中空部而穿入多關節手臂內，以利用中空走線達到簡化管線組的走線的功效。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之特定實施例，本案之範圍由如附申請專利範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

10、10a、10b‧‧‧工具帶動模組
11‧‧‧連接部
110‧‧‧連接軸套
1101‧‧‧第一固定件
1102‧‧‧第二固定件
1103、1104‧‧‧螺絲孔
1105‧‧‧螺絲
111‧‧‧結合座
1111‧‧‧第一結合板
1112‧‧‧第二結合板
112‧‧‧開口
113‧‧‧第二中空部
114‧‧‧第一中空部
12、12a、12b‧‧‧馬達驅動模組
121‧‧‧減速機
121a‧‧‧L型減速機
1211‧‧‧第一部
1212‧‧‧第二部
122‧‧‧馬達
123‧‧‧管線組
124‧‧‧減速機馬達
13‧‧‧帶動臂
131‧‧‧旋轉軸心
14‧‧‧工具固定座
141‧‧‧連接件
142‧‧‧夾持件
15‧‧‧工具
20‧‧‧機器手臂
21‧‧‧多關節手臂
211‧‧‧末端軸
212‧‧‧基座
213‧‧‧多軸機構
A‧‧‧中心點
P‧‧‧共平面

第1圖係為本案較佳實施例之機器手臂的立體結構示意圖。 第2A圖係為第1圖所示之工具帶動模組的立體結構示意圖。 第2B圖係為第1圖所示之工具帶動模組的立體結構分解示意圖。 第3圖係為為第1圖所示之機器手臂在工具旋轉一特定角度後之立體結構示意圖。 第4圖係為習知機器手臂之末端軸與工具的工作範圍圖。 第5圖係為第3圖所示之機器手臂之末端軸與裝設於工具帶動模組上之工具的工作範圍圖。 第6圖係為第2A圖所示之工具帶動模組之另一視角的立體結構示意圖。 第7圖係為本案另一較佳實施例之工具帶動模組的立體結構示意圖。 第8圖係為本案再一較佳實施例之工具帶動模組的立體結構示意圖。

11‧‧‧連接部

12‧‧‧馬達驅動模組

121‧‧‧減速機

122‧‧‧馬達

13‧‧‧帶動臂

14‧‧‧工具固定座

15‧‧‧工具

20‧‧‧機器手臂

21‧‧‧多關節手臂

211‧‧‧末端軸

212‧‧‧基座

213‧‧‧多軸機構

Claims (10)

1. 一種工具帶動模組，適用於一機器手臂，其中該機器手臂更包含一末端軸，該工具帶動模組包含： 一連接部，組接於該末端軸上，且包含一結合座； 一馬達驅動模組，組接於該結合座上； 一帶動臂，連接於該馬達驅動模組，且受該馬達驅動模組之驅動而進行轉動；以及 一工具固定座，係銜接於該帶動臂上，用以供一工具固設； 其中，該工具固定座及該工具係受該帶動臂帶動而同步轉動，且該工具之一工具中心點係經由該工具的轉動而與該末端軸之一軸心的一延伸線共點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該工具之一中心線與該末端軸之該軸心係位於一共平面，而該帶動臂係以一旋轉軸心為中心轉動，且該旋轉軸心係垂直於該共平面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該連接部包含一連接軸套，係與該末端軸及該結合座組接，且包含一第一固定件及一第二固定件，該第一固定件及該第二固定件之間形成一第一中空部，以供該末端軸設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之工具帶動模組，其中該結合座包含一第二中空部，係與該第一中空部相連通，用以供與一管線組設置，且該管線組係經由該第二中空部、該第一中空部、以及該第一中空部之一開口而設置於該末端軸內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該馬達驅動模組包含： 一減速機，組接於該結合座上，且包含一出力端，該出力端係連接於該帶動臂；以及 一馬達，組接於該減速機及該結合座，用以驅動該減速機，以使該出力端帶動該帶動臂、該工具固定座及該工具同步旋轉。
6. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該馬達驅動模組包含： 一L型減速機，係包含一第一部及一第二部，其中該第一部係與該第二部垂直，且組接於該結合座上，並包含一出力端，該出力端連接於該帶動臂；以及 一馬達，組接於該L型減速機之該第二部上，用以驅動該L型減速機，以使該出力端帶動該帶動臂、該工具固定座及該工具同步旋轉，其中該馬達與該末端軸之該軸心係為平行狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該馬達驅動模組為一減速機馬達，組接於該結合座上，且包含兩個出力端。
8. 如申請專利範圍第7項所述之工具帶動模組，其中該工具帶動模組更包含另一該帶動臂，其中之一該帶動臂連接於其中之一該出力端，另一該帶動臂連接於另一該出力端，該工具固定座連接於兩個該帶動臂之間，於該減速機馬達運作時，兩個該帶動臂、該工具固定座及該工具係由該出力端帶動而同步轉動。
9. 如申請專利範圍第1項所述之工具帶動模組，其中該工具固定座包含一連接件及一夾持件，該連接件係組接於該帶動臂上，該夾持件係可拆卸地組接於該連接件上，且該連接件與該夾持件之間係形成之一夾持空間，以供該工具固設。
10. 一種機器手臂，包含： 一多關節手臂，包含 一末端軸；以及 申請專利範圍第1-9項中任一項所述之工具帶動模組，係可拆卸地連接於該多關節手臂之該末端軸。