TWI640456B - 用於旋翼無人機之工具機系統 - Google Patents

Abstract

一種用於旋翼無人機之工具機系統，包含支架機構，及安裝於支架機構之機械臂機構、配重機構與控制裝置。機械臂機構是能往一延伸方向樞擺地安裝於支架機構之第一端部，配重機構是能沿該延伸方向位移地安裝於支架機構之第二端部，控制裝置能於控制機械臂機構位移而改變重心位置時，同步控制配重機構往相反於機械臂機構之重心移動方向的方向位移。透過控制裝置會同步調整機械臂機構與配重機構之重心位置的設計，能大幅提高整個工具機系統運作時的重心穩定性，有助於提高搭載本發明工具機系統之旋翼無人機的飛行穩定性。

Description

用於旋翼無人機之工具機系統

本發明是有關於一種工具機系統，特別是指一種用於旋翼無人機之工具機系統。

隨著旋翼無人機技術的不斷突破，旋翼無人機已越來越普遍，並已逐漸被應用於各個技術領域，而極具開發應用潛力。除了安裝攝影機而用於進行一般空拍外，也能利用旋翼無人機能在空中懸停的能力，加掛機械手臂或電動工具機，藉以協助在人員難以抵達或具高危險性之地點進行設備安裝或維修，例如高壓電塔礙子清洗與林木修剪等。

但機械手臂或電動工具機運作時，機械手臂與電動工具機運作展收時的重心偏移，以及與作業對象間的作用力及反作用力將會直接傳達至旋翼無人機，會影響旋翼無人機的懸停穩定性、造成旋翼無人機之飛行負荷，甚至造成旋翼無人機失控墜毀。因此，如何降低或隔絕安裝於旋翼無人機之機械手臂或電動工具機的反作用力，將是旋翼無人機取代高空作業人力的關鍵技術。

因此，本發明的目的，即在提供一種能改善先前技術之至少一個缺點的用於旋翼無人機之工具機系統。

於是，本發明用於旋翼無人機之工具機系統，適用於安裝一個工件，並包含一個用以安裝在該旋翼無人機的支架機構，及安裝於該支架機構之一個機械臂機構、一個配重機構與一個控制裝置。該支架機構具有沿一延伸方向相背的一個第一端部與一個第二端部，該機械臂機構包括一個能被驅動而沿該延伸方向往復樞擺地安裝於該第一端部之機械臂單元，及一個能被連動擺移地安裝於該機械臂單元的工件驅動單元，該工件驅動單元能供安裝該工件，且能驅動該工件運轉。該配重機構是能沿該延伸方向往復位移地安裝於該第二端部。該控制裝置包括一個連結於該機械臂機構且能驅動該機械臂機構相對該支架機構樞擺的樞擺驅動單元、一個連結於該配重機構且能驅動該配重機構相對該第二端部位移之位移驅動單元，及一個控制器，該控制器能於控制該樞擺驅動單元運作而傳動該機械臂單元帶動該工件驅動單元位移而前後調移重心位置時，同步控制該位移驅動器傳動該配重機構往相反於該機械臂機構之重心移動方向的方向位移。

本發明之功效在於：透過該控制器會同步控制該樞擺驅動單元與該位移驅動單元作動，而同步調整該機械臂機構與該配重機構之重心位置的設計，能大幅提高整個工具機系統運作時的重心穩定性，有助於提高搭載本發明工具機系統之旋翼無人機的飛行穩定性。

本發明將就下面的實施例來做進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅是供例示說明用，而不應被解釋為本發明的實施上的限制，且類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明用於旋翼無人機之工具機系統200的實施例，適用於安裝在該旋翼無人機900，且能供安裝一個工件800，所述工件800例如但不限於噴水閥與鋸片，該工具機系統200能被該旋翼無人機900載送離地，而以搭配使用之工件800對特定物品進行裝修或加工作業，例如高壓電塔礙子清洗、清除瓦片或修剪林木等。

該工具機系統200包含一個用以安裝在該旋翼無人機900的支架機構3，及安裝在該支架機構3的一個機械臂機構4、一個配重機構6與一個控制裝置7，該機械臂機構4能用以安裝該工件800。

該支架機構3包括兩個左右間隔平行且沿一個延伸方向300前後水平延伸之軌桿31，及多個前後間隔且左右延伸連結於該等軌桿31間之跨接桿32。該支架機構3具有一個由該等軌桿31前端部相配合界定出之第一端部301、一個由該等軌桿31後端部相配合界定出之第二端部302，及一個由該等軌桿31中間區段相配合界定出的安裝部303，該第一端部301、該安裝部303與該第二端部302是沿該延伸方向300依序排列。

該機械臂機構4包括一個能沿該延伸方向300往復樞擺地樞設於該第一端部301之機械臂單元41，及一個能被該機械臂單元41連動擺移地安裝於該機械臂單元41的工件驅動單元42。該機械臂單元41包括一個以其頂端部左右軸向樞設於該第一端部301而能沿該延伸方向300往復樞擺之上臂組件411，及一個左右軸向地樞設於該上臂組件411之底端部的下臂組件413。該上臂組件411包括兩個上下延伸且左右對稱設置之臂桿412，該下臂組件413是樞設於該等臂桿412底端部間。由於機械臂單元41類型眾多，因此實施時不以上述態樣為限。

該工件驅動單元42包括一個沿該延伸方向300前後延伸並安裝於該下臂組件413之連結模組421，及分別安裝於該連結模組421之前端與後端且經由該連結模組421而彼此連結之一個接頭模組422與一個動力模組423。該接頭模組422與該動力模組423是分別位於該下臂組件413與該上臂組件411之樞接處在該延伸方向的兩相反側，該接頭模組422能供該工件800安裝，該動力模組423為馬達元件，能被控制啟動運轉，而經由該連結模組421傳動該接頭模組422帶動該工件800運作，例如帶動該工件800旋轉。由於能供該工件800安裝之該接頭模組422類型眾多，且非本發明之改良重點，因此不再詳述。

參閱圖2、4、5，該配重機構6包括一個能沿該延伸方向前後位移地安裝於該第二端部302之滑動單元61、一個安裝於該滑動單元61下方之載座62，及一個安裝於該載座62下方之配重件63。該滑動單元61包括兩個可前後滑移地分別安裝於該等軌桿31的滑輪組611，每一滑輪組611具有一個座體612，及多個樞設於該座體612頂側且能前後滾移地左右相向嵌置於各別之軌桿31的左右側面的滑輪613。該載座62是跨接於該等座體612間，能經由該等滑輪組611帶動該配重件63沿該第二端部302長向前後位移。在本實施例中，該配重件63為電池模組，能供給該控制裝置7與該動力模組423運作所需之電力，且能進一步供給該旋翼無人機900運轉飛行所需之電力，但實施時，在本發明之其它實施態樣中，該配重件63之類型不以此為限，也可以具有特定重量的重物。

參閱圖2、6、7，該控制裝置7是安裝於該安裝部303，包括一個連結於該機械臂機構4之樞擺驅動單元71、一個連結於該配重機構6之位移驅動單元74，及一個訊號連接於該樞擺驅動單元71與該位移驅動單元74之控制器75。

該樞擺驅動單元71包括一個連結於該上臂組件411之第一驅動模組72，及一個連結於該下臂組件413之第二驅動模組73。該第一驅動模組72包括一個固定於該安裝部303的擺動驅動器721、一個與該上臂組件411之頂端部相同樞擺軸心地安裝連結於該上臂組件411之第一驅動輪722，及一個前後延伸並環繞連結於該擺動驅動器721與該第一驅動輪722間之第一傳動件723。

該第二驅動模組73包括一個固定於該安裝部303之曲臂驅動器731、一個左右軸向樞設於第一端部301而間隔位於該曲臂驅動器731前方之減速輪組732、一個與該下臂組件413同樞轉軸心地安裝連結於該下臂組件413之第二驅動輪733、一個前後延伸並環套連結於該曲臂驅動器731與該減速輪組732間的第二傳動件734，及一個上下延伸並環套連結於該減速輪組732與該第二驅動輪733間之第三傳動件735。該曲臂驅動器731會經由該第二傳動件734驅轉該減速輪組732，使該減速輪組732經由該第三傳動件735驅轉該第二驅動輪733，進而使該第二驅動輪733傳動該下臂組件413相對該上臂組件411前後樞轉，而帶動該工件驅動單元42之該動力模組423與該接頭模組422相對該支架機構3前後上下擺移，進而前後調移該機械臂機構4的重心位置。

在本實施例中，是透過傳動皮帶形式之該第一傳動件723、該第二傳動件734與該第三傳動件735來進行動力傳遞，但實施時，在本發明之另一實施態樣中，也可將該等傳動件改為鏈條，並對應調整相關構件之傳動結構。由於以傳動皮帶與鏈條作為傳動構件為習知技術，因此不再詳述。

該位移驅動單元74包括一個安裝於該安裝部303之位移驅動器741、一個安裝於該第二端部302之轉向輪742，及一個連結於該載座62、該轉向輪742與該位移驅動器741間的位移傳動件743。在本實施例中，該位移傳動件743為傳動皮帶，是以其一端固接於該載座62，然後自該載座62沿該延伸方向往後延伸並往前回繞連結於該轉向輪742，再自該轉向輪742沿該延伸方向往前延伸並往後回繞連結於該位移驅動器741，並自該位移驅動器741往後延伸而以其另外一端固接於該載座62，該位移驅動器741能經由該位移傳動件743傳動該載座62沿該第二端部302前後位移。實施時，在本發明之另一實施態樣中，該位移傳動件743也能改為鏈條，同樣能利用該位移驅動器741傳動該位移傳動件743來帶動該載座62之位移。

參閱圖2、3、6，該控制器75會同步控制該樞擺驅動單元71及該位移驅動單元74運作，該控制器75會於控制該擺動驅動器721與該曲臂驅動器731運作，而傳動該機械臂單元41帶動該工件驅動單元42前後擺移，進而使得該機械臂機構4之重心位置相對該支架機構3前後位移時，同步控制該位移驅動單元74傳動該配重機構6相對該支架機構3沿該延伸方向300前後位移，藉以調移該配重機構6之重心位置，維持該支架機構3在該延伸方向上的重心平衡。

當該控制器75驅使該樞擺驅動單元71傳動該機械臂機構4往前擺移，而造成該機械臂機構4重心前移時，該控制器75會同步驅使該位移驅動單元74傳動該配重機構6相對該支架機構3後移，而往後調移該配重機構6的重心位置，藉以使該支架機構3之前後端部維持平衡穩定，降低該機械臂機構4之擺移對旋翼無人機900（示於圖1）之飛行穩定性的影響。相反的，當該控制器75驅使該樞擺驅動單元71傳動該機械臂機構4往後擺移，而造成該機械臂機構4重心後移時，該控制器75會同步驅使該位移驅動單元74傳動該配重機構6相對該支架機構3前移，而往前調移該配重機構6重心位置，同樣能使該支架機構3之前後端部維持平衡穩定。

參閱圖1、3、6，本發明用於旋翼無人機之工具機系統200使用時，是將該支架機構3直接安裝固定在該旋翼無人機900，並將要使用之工件800安裝於該工件驅動單元42之該接頭模組422，然後便可遙控該旋翼無人機900升空作業。

當要使安裝於該旋翼無人機900之該機械臂機構4帶動該工件800擺移以對特定物品進行加工作業時，可遙控該控制器75控制該擺動驅動器721與該曲臂驅動器731運作，藉以傳動該上臂組件411相對該支架機構3往前或往後擺移，以及傳動該下臂組件413相對該上臂組件411樞轉，而帶動該工件驅動單元42相對該支架機構3往前或往後擺移至所需的角度位置。於此同時，該控制器75會同步根據該機械臂機構4之姿態變化，對應控制該位移驅動器741運作，藉以調移該配重機構6之重心位置，以對該機械臂機構4之重心位移進行補償，使整個工具機系統200能維持前後重心平衡，而能夠降低對旋翼無人機900之飛行穩定性的影響。

在本實施例中，該位移驅動單元74是透過傳動皮帶或鏈條類型之該位移傳動件743來傳動該配重機構6前後位移，但實施時，該位移傳動件743可改為連結於該位移驅動器741並往後延伸螺接於該載座62之螺桿，可以該位移驅動器741驅動該位移傳動件743繞自體軸心旋轉，而傳動相螺接之該配重機構6相對該支架機構3前後位移定位。

綜上所述，透過在該支架機構3之前後兩端部分別安裝該機械臂機構4與該配重機構6之結構設計，以及該控制器75會同步控制該樞擺驅動單元71與該位移驅動單元74作動，而能同步調整該機械臂機構4與該配重機構6之重心位置的設計，能大幅提高整個工具機系統200運作時的前後重心穩定性，能在控制該工具機系統200作業時，使旋翼無人機900保持平衡，是一種用於旋翼無人機900之創新的工具機系統200設計。因此，確實可達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

200‧‧‧工具機系統
3‧‧‧支架機構
300‧‧‧延伸方向
301‧‧‧第一端部
302‧‧‧第二端部
303‧‧‧安裝部
31‧‧‧軌桿
32‧‧‧跨接桿
4‧‧‧機械臂機構
41‧‧‧機械臂單元
411‧‧‧上臂組件
412‧‧‧臂桿
413‧‧‧下臂組件
42‧‧‧工件驅動單元
421‧‧‧連結模組
422‧‧‧接頭模組
423‧‧‧動力模組
6‧‧‧配重機構
61‧‧‧滑動單元
611‧‧‧滑輪組
612‧‧‧座體
613‧‧‧滑輪
62‧‧‧載座
63‧‧‧配重件
7‧‧‧控制裝置
71‧‧‧樞擺驅動單元
72‧‧‧第一驅動模組
721‧‧‧擺動驅動器
722‧‧‧第一驅動輪
723‧‧‧第一傳動件
73‧‧‧第二驅動模組
731‧‧‧曲臂驅動器
732‧‧‧減速輪組
733‧‧‧第二驅動輪
734‧‧‧第二傳動件
735‧‧‧第三傳動件
74‧‧‧位移驅動單元
741‧‧‧位移驅動器
742‧‧‧轉向輪
743‧‧‧位移傳動件
75‧‧‧控制器
800‧‧‧工件
900‧‧‧旋翼無人機

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明用於旋翼無人機之工具機系統的一個實施例安裝於一個旋翼無人機時的立體圖，圖中省略一個第一傳動件、一個第二傳動件與一個第三傳動件； 圖2是該實施例的立體圖，圖中省略該第一傳動件、該第二傳動件與該第三傳動件； 圖3是該實施例的側視圖； 圖4是該實施例的俯視圖； 圖5是類似圖3之視圖，說明一個機械臂單元帶動一個工件驅動單元相對一個支架機構往前擺移時，一個配重機構被驅動相對該支架機構後移的情況； 圖6是圖4沿線A-A之側剖圖；及 圖7是圖4沿線B-B之側剖圖。

Claims (10)

1. 一種用於旋翼無人機之工具機系統，適用於安裝一個工件，並包含：一個支架機構，用以安裝在該旋翼無人機，具有沿一延伸方向相背的一個第一端部與一個第二端部，且包括至少一個沿該延伸方向延伸且界定出該第二端部的軌桿；一個機械臂機構，包括一個能被驅動而沿該延伸方向往復樞擺地安裝於該第一端部之機械臂單元，及一個能被該機械臂單元連動擺移地安裝於該機械臂單元的工件驅動單元，該工件驅動單元能供安裝該工件，且能驅動該工件運轉；一個配重機構，包括一個能沿該延伸方向往復位移地安裝於該軌桿的滑動單元；及一個控制裝置，安裝於該支架機構，包括一個連結於該機械臂單元且能驅動該機械臂單元相對該支架機構樞擺的樞擺驅動單元、一個連結於該配重機構且能驅動該配重機構經由該滑動單元相對該第二端部位移之位移驅動單元，及一個控制器，該控制器能於控制該樞擺驅動單元運作而傳動該機械臂單元帶動該工件驅動單元位移以前後調移重心位置時，同步控制該位移驅動器傳動該配重機構往相反於該機械臂機構之重心移動方向的方向位移。
2. 如請求項1所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該配重機構還包括一個安裝於該滑動單元且與該位移驅動單元連結之載座，及一個安裝於該載座之配重件，該位移驅動單元能驅使該載座經由該滑動單元相對該軌桿前後位移。
3. 如請求項2所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該支架機構包括兩個沿該延伸方向延伸且間隔平行之軌桿，該滑動單元包括兩個可前後滑移地分別安裝在該等軌桿之滑輪組，每一滑輪組具有一個座體，及至少兩個安裝在該座體且可沿該延伸方向滾動位移地相向夾抵安裝在各別之軌桿的滑輪，該載座是跨接於該等座體。
4. 如請求項3所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該位移驅動單元包括固定於該支架機構的一個位移驅動器，及一個沿該延伸方向延伸連結於該載座與該位移驅動器的位移傳動件，該位移驅動器能驅動該位移傳動件運作而傳動該載座帶動該滑動單元沿該等軌桿位移。
5. 如請求項4所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該位移傳動件為前後延伸地連結於該位移驅動器並與該載座螺接的螺桿，該位移驅動器能驅轉該位移傳動件，使該位移傳動件傳動相螺接之該載座前後位移。
6. 如請求項4所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該位移驅動單元還包括一個固定於該支架機構之轉向輪，該轉向輪與該位移驅動器是分別位於載座在該延伸方向的兩相反側，該位移傳動件為鏈條或傳動皮帶，是以其一端連接於該載座，然後沿該延伸方向延伸並連結於該轉向輪，再自該轉向輪反向回繞延伸連結於該位移驅動器，再自該位移驅動器反向回繞延伸而以其另一端再連接於該載座。
7. 如請求項1所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該機械臂單元包括一個能沿該延伸方向往復樞擺地以其頂端部樞設於該第一端部的上臂組件，及一個能沿該延伸方向往復樞擺地樞設於該上臂組件之下臂組件，該工件驅動單元包括一個能被連動擺移地安裝於該下臂組件之連結模組、安裝於該連結模組且分別位於該連結模組與該機械臂機構樞接處之兩相反側並相互連結的一個接頭模組與一個動力模組，該接頭模組能供該工件安裝，該動力模組能驅動該接頭模組傳動該工件運作。
8. 如請求項7所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該樞擺驅動單元包括一個安裝於該支架機構且連結於該上臂組件而能驅動該上臂組件樞擺之第一驅動模組，及一個安裝於該支架機構且連結於該下臂組件並能驅動該下臂組件帶動該工件驅動單元相對該上臂組件樞擺之第二驅動模組。
9. 如請求項8所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該第一驅動模組包括一個安裝於該支架機構之擺動驅動器、一個連結於該上臂組件之第一驅動輪，及一個沿該延伸方向延伸連結於擺動驅動器與該第一驅動輪之第一傳動件，該第一傳動件能被該擺動驅動器驅動而經由該第一驅動輪傳動該上臂組件樞擺。
10. 如請求項9所述之用於旋翼無人機之工具機系統，其中，該第二驅動模組包括一個安裝於該支架機構之曲臂驅動器、一個樞設於該支架機構之減速輪組、一個連結於該下臂組件之第二驅動輪、一個連結於該曲臂驅動器與該減速輪組間第二傳動件，及一個連結於該減速輪組與該第二驅動輪間之第三傳動件，該曲臂驅動器能經由該第二傳動件驅轉該減速輪組，使該減速輪組經由該第三傳動件驅轉該第二驅動輪，被驅轉之該第二驅動輪會傳動該下臂組件相對該上臂組件樞轉。