TWI629135B - 自動螺絲鎖付模組及其機器手臂應用 - Google Patents
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Abstract
本案係關於一種自動螺絲鎖付模組，包括板組、輸入模組、螺絲起子模組、傳動模組、可動模組、彈性件及位置感測器。板組包括底板，輸入模組包括輸入端。螺絲起子模組包括螺絲起子及螺絲起子套筒，螺絲起子固接於螺絲起子套筒。傳動模組連接輸入端及螺絲起子套筒，使輸入端、傳動模組及螺絲起子套筒同步旋轉。可動模組設置於底板上且可相對於底板移動，可動模組包括軸承，部分之螺絲起子套筒穿設於軸承，使可動模組連結螺絲起子模組可相對於底板移動。彈性件設置於底板上，且連接可動模組。位置感測器設置於底板上，且感測可動模組之位移量。
Description
本案係為一種螺絲鎖付模組，尤指一種自動螺絲鎖付模組及其機器手臂應用。
隨著工業發展，為了替代人力、提升生產速度和降低成本，已發展出各種自動機械。電子產品通常需要螺絲來固定各個物件(即工件)以完成組裝，因此，自動螺絲鎖付裝置被廣泛的用於將螺絲鎖付於物件上，藉以提高生產效率及減少成本。
當使用自動螺絲鎖付裝置將螺絲鎖固於物件上時，為了防止自動螺絲鎖付裝置在進行螺絲鎖固的過程中損壞物件，有許多要素需要特別考量。這些要素包括例如自動螺絲鎖付裝置施加於物件的下壓力、螺絲與物件之螺孔間的鎖付狀況(例如滑牙、斜鎖或未鎖緊情況)、螺絲鎖付的扭力等等。
目前，各種生產線都會使用工業用鎖螺絲機，一般的工業用鎖螺絲機包含一多關節手臂及一螺絲起子，其中螺絲起子設置於多關節手臂，用於將螺絲鎖固於物件上。然而，前述的工業用鎖螺絲機僅有單一功能，無法應用於其他用途，因此成本較高。此外，物件擺放於工作平台的位置可能會有高低差。為了避免工業用鎖螺絲機因物件擺放位置的高低差造成過大的下壓力損壞物件，會在螺絲起子中或是螺絲起子和多關節手臂之間加入緩衝機制，其中緩衝機制可以是一彈簧或是一氣壓缸。然而，倘若使用前述的方法，則無法精確掌握物件的螺絲鎖付位置，且使用彈簧或氣壓缸可能導致誤判螺絲與物件的螺孔之間的鎖付狀況。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之自動螺絲鎖付模組及其機器手臂應用，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
本案之目的為提供一種自動螺絲鎖付模組及其機器手臂應用，其成本較低，可精確掌握物件的螺絲鎖付位置，並良好控制下壓力避免物件損壞。此外，自動螺絲鎖付模組能夠在不改變機器手臂的原始結構及電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接至多關節手臂末端或加裝於多關節手臂上。如有其他使用需求，機器手臂末端的自動螺絲鎖付模組可以替換為其他工具，成本也因而降低。
根據本案之構想，本案提供一種自動螺絲鎖付模組，其包括板組、輸入模組、螺絲起子模組、傳動模組、可動模組、彈性件及位置感測器。板組包括底板，輸入模組包括輸入端。螺絲起子模組包括螺絲起子以及螺絲起子套筒，其中螺絲起子固接於螺絲起子套筒。傳動模組連接輸入端及螺絲起子套筒，以使輸入端、傳動模組及螺絲起子套筒同步旋轉。可動模組設置於底板上，且可相對於底板移動，其中可動模組包括軸承，且部分之螺絲起子套筒係穿設於軸承，使可動模組連結螺絲起子模組可相對於底板移動。彈性件設置於底板上，且連接於可動模組。位置感測器設置於底板上，且架構於感測可動模組之位移量。
根據本案之另一構想，本案提供一種機器手臂，其包括多關節手臂以及自動螺絲鎖付模組。多關節手臂包括一末端軸。自動螺絲鎖付模組係可拆卸地耦接於該多關節手臂之該末端軸，且包括板組、輸入模組、螺絲起子模組、傳動模組、可動模組、彈性件及位置感測器。板組包括底板，輸入模組包括輸入端。螺絲起子模組包括螺絲起子以及螺絲起子套筒，其中螺絲起子固接於螺絲起子套筒。傳動模組連接輸入端及螺絲起子套筒，以使輸入端、傳動模組及螺絲起子套筒同步旋轉。可動模組設置於底板上，且可相對於底板移動，其中可動模組包括軸承，且部分之螺絲起子套筒係穿設於軸承，使可動模組連結螺絲起子模組可相對於底板移動。彈性件設置於底板上，且連接於可動模組。位置感測器設置於底板上，且架構於感測可動模組之位移量。
以下結合實施例和圖式進行說明，使上述之本案內容與既有技術的區別更加顯而易見。
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係當作說明之用，而非架構於限制本案。
第1A圖係為本案第一實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，第1B圖係為第1A圖所示之自動螺絲鎖付模組加上兩個側面支撐板的立體示意圖，第1C圖係為第1A圖所示之自動螺絲鎖付模組的分解示意圖。如第1A圖、第1B圖及第1C圖所示，自動螺絲鎖付模組1用於使螺絲緊固在物件(即工件)的螺孔上，自動螺絲鎖付模組1係包含輸入模組10、板組11、傳動模組12、可動模組13、螺絲起子模組14、彈性件15、位置感測器16、第一固定架17及第二固定架18。板組11係包括底板111、第一側面支撐板112及第二側面支撐板113。第一側面支撐板112和第二側面支撐板113固設在底板111的兩側邊緣，且底板111、第一側面支撐板112及第二側面支撐板113定義形成一容置空間，其中該容置空間內可至少容設輸入模組10、傳動模組12、可動模組13、彈性件15、位置感測器16、第一固定架17及第二固定架18。第一側面支撐板112用於安裝螺絲起子模組14，而第二側面支撐板113用於支撐輸入模組10。於某些實施例中，第一側面支撐板112和第二側面支撐板113可省略。在底板111的內表面有一凹槽115。於本實施例中，板組11還包含軌道114，設置於底板111之內表面。較佳地，軌道114係固設在凹槽115的底部。
該輸入模組10係包括一輸入端。傳動模組12係包含驅動套筒121及傳動軸122，驅動套筒121包含一軸孔1211和複數個安裝孔1212。部分輸入端會插設於驅動套筒121的軸孔1211，且該輸入端固接於驅動套筒121。藉此，當輸入端受馬達(未圖示)驅動而旋轉時，驅動套筒121亦會同步旋轉，其中馬達可為例如但不限於電動馬達或氣動馬達。
該傳動軸122係包含一環部1221、複數個接腳1222及一連接軸1223。接腳1222設置在環部1221的第一表面並從該第一表面向外延伸，且接腳1222的位置與驅動套筒121的安裝孔1212位置相對應。連接軸1223則設置在環部1221的第二表面並從該第二表面向外延伸。接腳1222可對應插設於驅動套筒121的安裝孔1212。藉此，當輸入端受馬達(未圖示)驅動而旋轉時，驅動套筒121與傳動軸122的連接軸1223皆會同步旋轉。
該可動模組13係包含連結座132及滑台133，連結座132固設於滑台133之表面，且連結座132與滑台133可相對於軌道114移動。連結座132包括軸承1321、第一延伸部1322及第二延伸部1323，第一延伸部1322和第二延伸部1323分別位於軸承1321的兩相對側。滑台133可移動地耦接至底板111上的軌道114，從而使滑台133和連結座132能夠一同沿著軌道114移動。傳動軸122的連接軸1223插設於連結座132的軸承1321。螺絲起子模組14係包括螺絲起子套筒141及一螺絲起子142。螺絲起子套筒141係包含第一結合部1411及第二結合部1412。第一結合部1411插設於連結座132的軸承1321，使可動模組13連結螺絲起子模組14而可相對於底板111移動。此外，傳動軸122的連接軸1223固接於螺絲起子套筒141的第一結合部1411。螺絲起子142固接於螺絲起子套筒141的第二結合部1412。藉此，螺絲起子142、螺絲起子套筒141和傳動軸122的連接軸1223能夠同步旋轉。
該彈性件15係具有兩末端，彈性件15的一末端與連結座132的第一延伸部1322連接；而彈性件15的另一末端與第一固定架17連接，第一固定架17固設在底板111的內表面上。當連結座132和滑台133一同沿著軌道114移動時，連結座132會施力於彈性件15。藉此，彈性件15會被壓縮並產生一彈性回復力以使連結座132可以回到原本的位置。彈性件15係具有特定的彈性係數(即楊氏模數)，較佳但不限定地，彈性件15可以是一彈簧。
該位置感測器16係具有第一感測元件161(即固定部分)及一第二感測元件162(即可動部分)。第一感測元件161固設在第二固定架18上，而第二固定架18則固設在底板111的內表面上。第二感測元件162固設在連結座132的第二延伸部1323上，並且可活動地插設於第一感測元件161。藉此，位置感測器16即可根據第二感測元件162相對於第一感測元件161的移動軌跡感測出連結座132的位移量。需要注意的是，位置感測器的結構並不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的位置感測器(例如光學位置感測器)來感測連結座132的位移量。
請再參閱第1A圖至第1C圖。當自動螺絲鎖付模組1進行鎖付動作且輸入端受馬達(未圖示)驅動而旋轉時，驅動套筒121、傳動軸122及螺絲起子套筒141皆會同步旋轉。因此，螺絲起子142即可轉動以進行鎖付動作。當自動螺絲鎖付模組1的螺絲起子142為了將螺絲緊固至物件，向物件移動並與之接觸時，螺絲起子142隨即承受壓力。在此情況下，螺絲起子模組14會推動可動模組13的連結座132，與此同時，連結座132和滑台133在底板111上沿著軌道114移動致使連結座132施力於彈性件15，彈性件15也因而壓縮，此外，固設於連結座132的第二延伸部1323上的第二感測元件162會相對於第一感測元件161移動。藉此，即可獲得連結座132的位移量。因所獲之連結座132的位移量和彈性件15的形變量相等，所以亦可獲得彈性件15的形變量。
根據虎克定律(Hooke’s law)(見 方程式(1))，彈性件15的回復力可以透過彈性件15的彈性係數和彈性件15的形變量獲得。 F = -k X (1) 其中，F是彈性件的回復力、k是彈性件的特定彈性係數(即彈性件的一常因數特性)，而X是彈性件的形變量。因此，施於物件或螺絲起子142上的力可經由彈性件15的彈性係數及位置感測器16獲取的位移量得知，當自動螺絲鎖付模組1測定受力程度高於一預設程度時，自動螺絲鎖付模組1會停止鎖付動作以防止物件損壞。在某些實施例中，自動螺絲鎖付模組1可以更換不同彈性係數的彈性件15並正常運作，藉此，受力的測量範圍可以視情況進行調整和擴大。
第2圖係為本案第二實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。其中與第一實施例相對應的組成部分係以相同元件符號表示，且其功能、結構相似於此不再贅述。與第1A圖至第1C圖所示之自動螺絲鎖付模組1相比，此實施例的自動螺絲鎖付模組1更包括第一聯軸器21及第二聯軸器22。輸入模組10的輸入端可憑藉第一聯軸器21及第二聯軸器22耦接於馬達(未圖示)的旋轉軸，若馬達(未圖示)的旋轉軸為一突出軸，則馬達的旋轉軸可插設於第二聯軸器22的安裝孔(未圖示)。輸入模組10的輸入端可插設於第一聯軸器21的安裝孔(未圖示)，第一聯軸器21和第二聯軸器22耦接在一起。藉此，馬達可以透過第一聯軸器21及第二聯軸器22來驅動輸入模組10旋轉。
第3A圖係為本案第三實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，第3B圖則是第3A圖所示之自動螺絲鎖付模組加上一側面支撐板的立體示意圖。其中與第一實施例相對應的組成部分係以相同元件符號表示，且其功能、結構相似於此不再贅述。相較於第2圖所示之自動螺絲鎖付模組1，此實施例的自動螺絲鎖付模組1a更包括扭力感測器19以便直接感測扭力。扭力感測器19直接耦接於輸入模組10的輸入端。在某些實施例中，扭力感測器19耦接於第一聯軸器21。自動螺絲鎖付模組1a可藉由扭力感測器19準確得知將螺絲鎖付於物件時的扭力，相較於習知技術感測扭力的方法，其扭力是基於馬達的電流測定，因此，本發明之螺絲鎖付模組1a能測得比習知技術更加精確的扭力。
第4圖係為本案第一實施例之機器手臂裝設上第2圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第1A圖至第1C圖、第2圖及第4圖所示，水平關節機器手臂4(Selective Compliance Assembly Robot Arm, SCARA)(即機器手臂)係包含多關節手臂3及螺絲鎖付模組1。螺絲鎖付模組1能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂3的末端，且不改變多關節手臂3的原始結構和電路。多關節手臂3係包括基座30、多軸機構31及末端軸32。螺絲鎖付模組1耦接於末端軸32，水平關節機器手臂4可以是一四軸機器手臂，但不限於此。多關節手臂3的末端軸32可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂3可依據水平關節機器手臂4之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1向物件移動，經由水平關節機器手臂4可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1更能夠在不改變水平關節機器手臂4之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂3的末端。水平關節機器手臂4的螺絲鎖付模組1可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂3的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如關節型座標機器手臂(Articulated robot)或Delta機器手臂(Delta robot))。
第5圖係為本案第二實施例之機器手臂裝設上第3B圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第3A圖、第3B圖和第5圖所示，水平關節機器手臂4(即機器手臂)係包含多關節手臂3及螺絲鎖付模組1a，螺絲鎖付模組1a能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂3的末端，且不改變多關節手臂3的原始結構和電路。多關節手臂3係包括基座30、多軸機構31及末端軸32。螺絲鎖付模組1a耦接於末端軸32，水平關節機器手臂4可以是一四軸機器手臂，但不限於此。多關節手臂3的末端軸32可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂3可依據水平關節機器手臂4之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1a向物件移動，經由水平關節機器手臂4可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1a更能夠在不改變水平關節機器手臂4之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂3的末端。水平關節機器手臂4的螺絲鎖付模組1a可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂3的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如關節型座標機器手臂或Delta機器手臂。
第6圖係為本案第三實施例之機器手臂裝設上第2圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第1A圖至第1C圖、第2圖和第6圖所示，多關節機器手6(即機器手臂)係包含多關節手臂5及螺絲鎖付模組1，螺絲鎖付模組1能夠簡易且可拆卸式地耦接於多關節手臂5的末端，且不改變多關節手臂5的原始結構和電路。多關節手臂5係具有基座50、多軸機構51及末端軸52。螺絲鎖付模組1耦接於末端軸52，多關節機器手6可以是一六軸機器手臂，但不限於此。多關節手臂5的末端軸52可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂5可依據多關節機器手6之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1向物件移動，經由多關節機器手6可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1更能夠在不改變多關節機器手6之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂5的末端。多關節機器手6的螺絲鎖付模組1可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂5的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如水平關節機器手臂或Delta機器手臂。
第7圖係為本案第四實施例之機器手臂裝設上第3B圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第3A圖、第3B圖和第7圖所示，多關節機器手6(即機器手臂)係包含多關節手臂5及螺絲鎖付模組1a，螺絲鎖付模組1a能夠簡易且可拆卸式地耦接於多關節手臂5的末端，且不改變多關節手臂5的原始結構和電路。多關節手臂5係具有基座50、多軸機構51及末端軸52。螺絲鎖付模組1a耦接於末端軸52，多關節機器手6可以是一六軸機器手臂，但不限於此。多關節手臂5的末端軸52可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂5可依據多關節機器手6之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1a向物件移動，經由多關節機器手6可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1更能夠在不改變多關節機器手6之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸式地耦接於多關節手臂5的末端。多關節機器手6的螺絲鎖付模組1a可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂5的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如水平關節機器手臂或Delta機器手臂。
第8A圖係為本案第四實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，第8B圖係為第8A圖所示之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，其中一側面支撐板省略未繪出。其中與第一實施例相對應的組成部分係以相同元件標號表示，且其功能、結構相似於此不再贅述。相較於第2圖所示之自動螺絲鎖付模組1，此實施例的自動螺絲鎖付模組1c更包括馬達20、框架23及安裝元件24。馬達20係與輸入模組10相連接，在某些實施例中，馬達20經由第一聯軸器21及第二聯軸器22與輸入模組10連接。框架23遮蓋住第一聯軸器21和第二聯軸器22並連接馬達20。安裝元件24用來與多關節手臂的對應耦接部分相固接。藉此，自動螺絲鎖付模組1c可在不改變多關節手臂之結構及電路的情況下，簡易且可拆卸地裝設在多關節手臂上。
第9A圖係為本案第五實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，第9B圖係為第9A圖所示之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，其中一側面支撐板省略未繪出。其中與第一實施例相對應的組成部分係以相同元件標號表示，且其功能、結構相似於此不再贅述。相較於第8A圖及第8B圖所示之自動螺絲鎖付模組1c，此實施例的自動螺絲鎖付模組1d更包括一扭力感測器19以直接感測扭力，該扭力感測器19係直接耦接於輸入模組10的輸入端，在某些實施例中，扭力感測器19耦接於第一聯軸器21。自動螺絲鎖付模組1d可藉由扭力感測器19準確得知將螺絲鎖付於物件時的扭力，相較於習知技術感測扭力的方法，其扭力是基於馬達的電流測定，因此，本案所發明之螺絲鎖付模組1d能測得比習知技術更加精確的扭力。
第10圖係為本案第五實施例之機器手臂裝設上第8A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第8A圖、第8B圖及第10圖所示，水平關節機器手臂8 (即機器手臂)係包含多關節手臂7及螺絲鎖付模組1c。螺絲鎖付模組1c能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂7的末端，且不改變多關節手臂7的原始結構和電路。多關節手臂7係具有基座70、多軸機構71及末端軸72。螺絲鎖付模組1c耦接於末端軸72，水平關節機器手臂8可以是一四軸機器手臂，但不限於此。馬達20可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂7可依據水平關節機器手臂8之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1c向物件移動，馬達20由水平關節機器手臂8的控制器(未圖示)操控，經由水平關節機器手臂8可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1c更能夠在不改變水平關節機器手臂8之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂7的末端。水平關節機器手臂8的螺絲鎖付模組1c可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂7的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如笛卡兒機器手臂(Cartesian robot)、龍門型機器手臂(Gantry robot)、圓柱座標型機器手臂(Cylindrical robot)、球型/極座標型機器手臂(Spherical/Polar robot)、關節型座標機器手臂、並聯式機器手臂(Parallel robot)或Delta機器手臂(Delta robot)。
第11圖係為本案第六實施例之機器手臂裝設上第9A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第9A圖、第9B圖及第11圖所示，水平關節機器手臂8 (即機器手臂)係包含多關節手臂7及螺絲鎖付模組1d。螺絲鎖付模組1d能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂7的末端，且不改變多關節手臂7的原始結構和電路。多關節手臂7係具有基座70、多軸機構71及末端軸72。螺絲鎖付模組1d耦接於末端軸72，水平關節機器手臂8可以是一四軸機器手臂，但不限於此。馬達20可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂7可依據水平關節機器手臂8之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1d向物件移動，馬達20由水平關節機器手臂8的控制器(未圖示)操控，經由水平關節機器手臂8可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1d更能夠在不改變水平關節機器手臂8之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂7的末端。水平關節機器手臂8的螺絲鎖付模組1d可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂7的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如笛卡兒機器手臂、龍門型機器手臂、圓柱座標型機器手臂、球型/極座標型機器手臂、關節型座標機器手臂、並聯式機器手臂或Delta機器手臂。
第12圖係為本案第七實施例之機器手臂裝設上第8A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第8A圖、第8B圖及第12圖所示，水平關節機器手臂8’ (即機器手臂)係包含多關節手臂9及螺絲鎖付模組1c。螺絲鎖付模組1c能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂9的末端，且不改變多關節手臂9的原始結構和電路。多關節手臂9係具有基座90、多軸機構91及末端軸92。螺絲鎖付模組1c耦接於末端軸92，水平關節機器手臂8’可以是一六軸機器手臂，但不限於此。馬達20可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂9可依據水平關節機器手臂8’之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1c向物件移動，馬達20由水平關節機器手臂8’的控制器(無圖示)操控，經由水平關節機器手臂8’可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1c更能夠在不改變水平關節機器手臂8’之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂9的末端。水平關節機器手臂8’的螺絲鎖付模組1c可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂9的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如笛卡兒機器手臂、龍門型機器手臂、圓柱座標型機器手臂、球型/極座標型機器手臂、水平關節機器手臂、並聯式機器手臂或Delta機器手臂。
第13圖係為本案第八實施例之機器手臂裝設上第9A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。如第9A圖、第9B圖及第13圖所示，水平關節機器手臂8’ (即機器手臂)係包含多關節手臂9及螺絲鎖付模組1d。螺絲鎖付模組1d能夠簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂9的末端，且不改變多關節手臂9的原始結構和電路。多關節手臂9係具有基座90、多軸機構91及末端軸92。螺絲鎖付模組1d耦接於末端軸92，水平關節機器手臂8’可以是一六軸機器手臂，但不限於此。馬達20可驅動輸入模組10旋轉，且多關節手臂9可依據水平關節機器手臂8’之控制單元的控制使螺絲鎖付模組1d向物件移動，馬達20由水平關節機器手臂8’的控制器(無圖示)操控，經由水平關節機器手臂8’可精確得知物件的螺絲鎖付位置，且可精準控制施予物件的力以防物件受損。此外，螺絲鎖付模組1d更能夠在不改變水平關節機器手臂8’之原始結構和電路的情況下，簡易且可拆卸地耦接於多關節手臂9的末端。水平關節機器手臂8’的螺絲鎖付模組1d可依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂9的末端，成本也能因此降低。需要注意的是，機器手臂不限於前述實施例所提，可依實際需求使用不同的機器手臂，例如笛卡兒機器手臂、龍門型機器手臂、圓柱座標型機器手臂、球型/極座標型機器手臂、水平關節機器手臂、並聯式機器手臂或Delta機器手臂。
綜上所述，本案提供一種自動螺絲鎖付模組及其機器手臂應用，其成本較低，且使用本案之自動螺絲鎖付模組及機器手臂，可準確獲得物件的螺絲鎖付位置，亦可良好控制施予物件之力以防物件受損。此外，本案之自動螺絲鎖付模組能輕易且可拆卸地耦接於多關節手臂之一末端，或是額外裝設於多關節手臂，且不改變機器手臂的原始構造及電路。機器手臂上的螺絲鎖付模組更可以依照使用需求替換為其他工具裝設在多關節手臂的末端，成本亦隨之降低。
須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本發明不限於所述之特定實施例，本發明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。
1、1a、1c、1d‧‧‧自動螺絲鎖付模組
3、5、7、9‧‧‧多關節手臂
30、50、70、90‧‧‧基座
31、51、71、91‧‧‧多軸機構
32、52、72、92‧‧‧末端軸
4、8、8’‧‧‧水平關節機器手臂
6‧‧‧多關節機器手
10‧‧‧輸入模組
11‧‧‧板組
111‧‧‧底板
112‧‧‧第一側面支撐板
113‧‧‧第二側面支撐板
114‧‧‧軌道
115‧‧‧凹槽
12‧‧‧傳動模組
121‧‧‧驅動套筒
1211‧‧‧軸孔
1212‧‧‧安裝孔
122‧‧‧傳動軸
1221‧‧‧環部
1222‧‧‧接腳
1223‧‧‧連接軸
13‧‧‧可動模組
132‧‧‧連結座
1321‧‧‧軸承
1322‧‧‧第一延伸部
1323‧‧‧第二延伸部
133‧‧‧滑台
14‧‧‧螺絲起子模組
141‧‧‧螺絲起子套筒
1411‧‧‧第一結合部
1412‧‧‧第二結合部
142‧‧‧螺絲起子
15‧‧‧彈性件
16‧‧‧位置感測器
161‧‧‧第一感測元件
162‧‧‧第二感測元件
17‧‧‧第一固定架
18‧‧‧第二固定架
19‧‧‧扭力感測器
20‧‧‧馬達
21‧‧‧第一聯軸器
22‧‧‧第二聯軸器
23‧‧‧框架
24‧‧‧安裝元件
3、5、7、9‧‧‧多關節手臂
30、50、70、90‧‧‧基座
31、51、71、91‧‧‧多軸機構
32、52、72、92‧‧‧末端軸
4、8、8’‧‧‧水平關節機器手臂
6‧‧‧多關節機器手
10‧‧‧輸入模組
11‧‧‧板組
111‧‧‧底板
112‧‧‧第一側面支撐板
113‧‧‧第二側面支撐板
114‧‧‧軌道
115‧‧‧凹槽
12‧‧‧傳動模組
121‧‧‧驅動套筒
1211‧‧‧軸孔
1212‧‧‧安裝孔
122‧‧‧傳動軸
1221‧‧‧環部
1222‧‧‧接腳
1223‧‧‧連接軸
13‧‧‧可動模組
132‧‧‧連結座
1321‧‧‧軸承
1322‧‧‧第一延伸部
1323‧‧‧第二延伸部
133‧‧‧滑台
14‧‧‧螺絲起子模組
141‧‧‧螺絲起子套筒
1411‧‧‧第一結合部
1412‧‧‧第二結合部
142‧‧‧螺絲起子
15‧‧‧彈性件
16‧‧‧位置感測器
161‧‧‧第一感測元件
162‧‧‧第二感測元件
17‧‧‧第一固定架
18‧‧‧第二固定架
19‧‧‧扭力感測器
20‧‧‧馬達
21‧‧‧第一聯軸器
22‧‧‧第二聯軸器
23‧‧‧框架
24‧‧‧安裝元件
第1A圖係為本案第一實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第1B圖係為第1A圖所示之自動螺絲鎖付模組加上兩個側面支撐板的立體示意圖。
第1C圖係為第1A圖所示之自動螺絲鎖付模組的分解示意圖。
第2圖係為本案第二實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第3A圖係為本案第三實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第3B圖係為第3A圖所示之自動螺絲鎖付模組加上一側面支撐板的立體示意圖。
第4圖係為本案第一實施例之機器手臂裝上第2圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第5圖係為本案第二實施例之機器手臂裝上第3B圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第6圖係為本案第三實施例之機器手臂裝上第2圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第7圖係為本案第四實施例之機器手臂裝上第3B圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第8A圖係為本案第四實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第8B圖係為第8A圖所示之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，其中一側面支撐板省略未繪出。
第9A圖係為本案第五實施例之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第9B圖係為第9A圖所示之自動螺絲鎖付模組的立體示意圖，其中一側面支撐板省略未繪出。
第10圖係為本案第五實施例之機器手臂裝上第8A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第11圖係為本案第六實施例之機器手臂裝上第9A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第12圖係為本案第七實施例之機器手臂裝上第8A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
第13圖係為本案第八實施例之機器手臂裝上第9A圖所示之螺絲鎖付模組的立體示意圖。
Claims (15)
- 一種自動螺絲鎖付模組，包括： 一板組，包括一底板； 一輸入模組，包括一輸入端； 一螺絲起子模組，包括一螺絲起子以及一螺絲起子套筒，其中該螺絲起子固接於該螺絲起子套筒； 一傳動模組，連接該輸入端以及該螺絲起子套筒，以使該輸入端、該傳動模組及該螺絲起子套筒同步旋轉； 一可動模組，設置於該底板上，且可相對於該底板移動，其中該可動模組包括一軸承，且部分之該螺絲起子套筒係穿設於該軸承，使該可動模組連結該螺絲起子模組可相對於該底板移動； 一彈性件，設置於該底板上，且連接於該可動模組；以及 一位置感測器，設置於該底板上，且架構於感測該可動模組之一位移量。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該自動螺絲鎖付模組依據該位移量以及該彈性件之一彈性係數，以取得該螺絲起子對一物件進行螺絲鎖付之一施力。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該板組包括一軌道，且該底板之一內表面具有一凹槽，其中該軌道係固設於該凹槽之一底部。
- 如申請專利範圍第3項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該板組包括： 一第一側面支撐板，固設於該底板之一側邊緣，且支撐該螺絲起子模組；以及 一第二側面支撐板，固設於該底板之另一側邊緣，且支撐該輸入模組； 其中該底板、該第一側面支撐板及該第二側面支撐板定義形成一容置空間，該容置空間係容設該輸入模組、該傳動模組、該可動模組、該彈性件及該位置感測器。
- 如申請專利範圍第3項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該可動模組包含： 一滑台，可移動地耦接至該軌道；以及 一連結座，固設於該滑台之表面，且與該滑台一同沿該軌道移動，其中該連結座包括該軸承、一第一延伸部及一第二延伸部，該第一延伸部與該第二延伸部位於該軸承之兩相對側。
- 如申請專利範圍第5項所述之自動螺絲鎖付模組，其更包括一第一固定架，固設於該底板，其中該彈性件之一末端連接於該第一固定架，該彈性件之另一末端連接於該第一延伸部，且當該連結座與該滑台一同沿該軌道移動時，該連結座施力於該彈性件。
- 如申請專利範圍第5項所述之自動螺絲鎖付模組，其更包括一第二固定架，固設於該底板，其中該位置感測器包括： 一第一感測元件，固設於該第二固定架；以及 一第二感測元件，固設於該第二延伸部，且可活動地插設於該第一感測元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該傳動模組包含： 一驅動套筒，包含一軸孔以及複數個安裝孔；以及 一傳動軸，包含： 一環部，具有一第一表面及一第二表面； 複數個接腳，設置於該環部之該第一表面，且從該第一表面向外延伸，其中該複數個接腳係對應插設於該驅動套筒之該複數個安裝孔；以及 一連接軸，設置於該環部之該第二表面，且從該第二表面向外延伸，其中該連接軸與該螺絲起子套筒固接； 其中，該輸入端係部分插設於該驅動套筒之該軸孔且固接於該驅動套筒，其中該輸入端、該驅動套筒及該傳動軸之該連接軸係同步旋轉。
- 如申請專利範圍第8項所述之自動螺絲鎖付模組，其中該螺絲起子套筒包含： 一第一結合部，穿設於該軸承，其中該傳動軸之該連接軸固接於該第一結合部；以及 一第二結合部，與該螺絲起子相固接； 其中，該螺絲起子、該螺絲起子套筒以及該傳動軸之該連接軸係同步旋轉。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動螺絲鎖付模組，其更包括一扭力感測器，耦接於該輸入模組之該輸入端。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動螺絲鎖付模組，其更包括： 一第一聯軸器，與該輸入模組之該輸入端連接； 一第二聯軸器，與該第一聯軸器相耦接； 一馬達，經由該第一聯軸器及該第二聯軸器與該輸入模組連接，以驅動該輸入模組；以及 一框架，遮蓋該第一聯軸器及該第二聯軸器，並連接該馬達。
- 一種機器手臂，包括： 一多關節手臂，包括一末端軸；以及 一自動螺絲鎖付模組，可拆卸地耦接於該多關節手臂之該末端軸，且包括： 一板組，包括一底板； 一輸入模組，包括一輸入端； 一螺絲起子模組，包括一螺絲起子以及一螺絲起子套筒，其中該螺絲起子固接於該螺絲起子套筒； 一傳動模組，連接該輸入端以及該螺絲起子套筒，以使該輸入端、該傳動模組及該螺絲起子套筒同步旋轉； 一可動模組，設置於該底板上，且可相對於該底板移動，其中該可動模組包括一軸承，且部分之該螺絲起子套筒係穿設於該軸承，使該可動模組連結該螺絲起子模組可相對於該底板移動； 一彈性件，設置於該底板上，且連接於該可動模組；以及 一位置感測器，設置於該底板上，且架構於感測該可動模組之一位移量。
- 如申請專利範圍第12項所述之機器手臂，其中該機器手臂為一四軸機器手臂或一六軸機器手臂。
- 如申請專利範圍第12項所述之機器手臂，其中該多關節手臂更包括一基座及一多軸機構，且該末端軸係架構於驅動該輸入模組。
- 如申請專利範圍第12項所述之機器手臂，其中該自動螺絲鎖付模組更包括一安裝元件，架構於將該自動螺絲鎖付模組固定於該多關節手臂。
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| US15/415,266 US10780535B2 (en) | 2016-07-21 | 2017-01-25 | Automatic screw tightening module and robot manipulator employing same |
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