TWI644766B - 關節模組及多關節模組式機器臂 - Google Patents

Abstract

一種關節模組及多關節模組式機器臂，多關節模組式機器臂係包含複數依序串聯的關節模組，關節模組包含載體與設於載體上的運動機構、具有二螺桿式線性驅動組件的線性驅動機構、具有二驅動馬達之驅動馬達組以及具有二輪系傳動組件的傳動機構，運動機構係由二連動組件並聯地連接一運動構件，二驅動馬達分別通過輪系傳動組件、螺桿式線性驅動組件連接相對應的連動組件，使該二連動組件能夠獨立被驅動，使運動構件具備被驅動產生雙軸向球面空間旋轉運動功能及高剛性，且驅動馬達結合輪系傳動組件連接螺桿式線性驅動組件的組合構造，具備可變減速比的功能。

Description

關節模組及多關節模組式機器臂

本發明係關於一模組化機器臂，尤指一種多關節模組式機器臂及關節模組。

多關節式機器手臂廣泛地應用於自動化工業中，並能透過程式的控制來執行自動化的取放、搬運、焊接、拋光、噴漆等工作。目前常見於自動化設備中之機器手臂有由六個串接垂直的旋轉驅動器之組合的六軸機器臂，或是選擇順應性關節機械手臂(Selective Compliance Articulated Robot Arm，SCARA)，或是由二個串接平行的旋轉驅動器及一個直線驅動器組成的機器臂，或是由三個旋轉驅動器並聯組的機器臂等等。前述各式機器臂中，又以由六個串接垂直的旋轉驅動器組合的六軸機器臂具有最多自由度，應用最為廣泛。

惟前揭六軸機器臂係由六個串接垂直的旋轉驅動器所組成，其每一旋轉驅動器為一關節模組，且每一個旋轉驅動器係由驅動馬達結合諧波齒輪機構或蝸輪與蝸桿組的組合，僅具備單一軸向旋轉功能，且須使用特殊的諧波齒輪機構，造成六軸機器臂的製造成本偏高，而且該六軸機器臂在實際使用操作上，其末端的運動路徑仍有不夠靈活之問題。

為克服現有六軸機器臂之關節模組僅具備單一軸向旋轉功能，以及六個關節模組串接組成的六軸機器臂末端運動路徑不夠靈活等問題，本發 明人先前曾創作一種關節模組，如圖15至圖18所示，該關節模組係於其載板70裝設二組上下平行排列的螺桿式線性驅動組件71、72以及二驅動馬達73、74，每一驅動馬達73、74連接相對應的螺桿式線性驅動組件71、72，該二螺桿式線性驅動組件71、72的線性運動構件711、712分別結合一連桿組75、76連接一運動構件77，且該二連桿組75、76係並聯連接該運動構件77，藉由二驅動馬達73、74分別通過螺桿式線性驅動組件71、72獨立驅動相對應的連桿組75、76，使再由該二連桿組75、76帶動運動構件77產生上下旋轉與左右旋轉的雙軸向旋轉的球面空間運動功能。

本發明人先前創作之關節模組確能克服現有單一軸向關節模組單一軸向之旋轉功能，造成多軸向機器臂必須使用多數個關節模組組合之高成本問題，同時也能克服現有單一軸向關節模組須使用特殊的諧波齒輪式減速機構，或蝸桿與蝸輪組合式減速機構之問題。惟本發明人創作出前揭具備雙軸向旋轉運動功能的關節模組中，其係以二組由驅動馬達直接連接螺桿式線性驅動組件及連桿組的機構連接運動構件，其整體組成構件不易於有限空間中因應不同的使用需求改變其減速比與扭矩轉速組合，不易於客製化，對此實有進一步加以改良，以期提升關節模組之實用性能。

本發明之目的在於提供一種關節模組與一種多關節模組式機器臂，解決現有機器臂使用之驅動模組只具備單一軸向旋轉運動功能，以及六個關節模組串接組成的六軸機器臂末端運動路徑不夠靈活等問題，並期提升本發明人先前創作具有雙軸向旋動運動功能之關節模組的實用性能。

為了達成前揭目的，本發明所提出的關節模組係包含：一載體，其界定有一中心軸線； 一運動機構，係裝設於該載體上，該運動機構包含一運動構件、一第一連動組件以及一第二連動組件，該第一連動組件與該第二連動組件並聯地連接該運動構件，該運動構件能被驅動而產生以該中心軸線為中心的球面空間運動；一線性驅動機構，其包含一第一線性驅動組件與一第二線性驅動組件，該第一線性驅動組件與該第二線性驅動組件係非共軸地平行組設於該載體上，該第一線性驅動組件包含一第一線性運動件以及一第一螺桿組，該第一螺桿組連接且能帶動第一線性運動件沿該中心軸線往復運動，該第一線性運動件連接該第一連動組件，該第二線性驅動組件包含一第二線性運動件以及一第二螺桿組，該第二螺桿組連接且能帶動第二線性運動件沿該中心軸線往復運動，該第二線性運動件連接該第二連動組件；一驅動馬達組，係裝設於該載體上，該驅動馬達組包含一第一驅動馬達與一第二驅動馬達，該第一驅動馬達包含一第一動力輸出軸，該第二驅動馬達包含一第二動力輸出軸；以及一傳動機構，其包含一第一輪系傳動組件與一第二輪系傳動組件，該第一輪系傳動組件係連接該第一驅動馬達之第一動力輸出軸與該第一線性驅動組件，該第二輪系傳動組件連接該第二驅動馬達之第二動力輸出軸與該第二線性驅動組件。

藉由前揭關節模組發明，其具備以下優點：

1、具備雙軸向旋轉運動功能：本發明係令運動機構之第一連動組件與第二連動組件並聯地連接運動構件，第一連動組件通過相對應之第一線性驅動組件、第一輪系傳動組件連通第一驅動馬達，第二連動組件通過相對應之第二線性驅動組件、第二輪系傳動組件連通第二驅動馬達，使該第一連動組件與第二連動組件能夠獨立被驅動，使運動構件具備被驅動產生雙軸向球面空間旋轉運動功能。

2、模組具備高剛性：承上所述，本發明之運動機構係採取第一連動組件與第二連動組件並聯地連接運動構件，第一連動組件通過相對應之第一線性驅動組件、第一輪系傳動組件連通第一驅動馬達，第二連動組件通過相對應之第二線性驅動組件、第二輪系傳動組件連通第二驅動馬達，使該第一連動組件與第二連動組件能夠獨立被驅動，藉此連動式機械構造，使該關節模組之運動構件於雙軸向球面空間旋轉運動的過程中具備優異的高剛性。

3、具備可變減速比之功能：本發明之驅動馬達組與傳動機構的減速比具備可調整性，使關節模組在整體尺寸及機構不變的狀態下，提供多種不同的變化組合，讓所述關節模組具備良好的重複使用性及高度客製化的功能。亦即在一模組內透過安裝不同的馬達及傳動機構的變化組合，可以依據不同負載需求規劃設計出最佳的扭矩轉速組合，達到最高效率。

如上所述的關節模組中，還可進一步令該運動構件設於該載體的第一端，該第一驅動馬達之第一動力輸出軸、第二驅動馬達之第二動力輸出軸、第一線性驅動組件以及第二線性驅動組件皆平行並排設置，該第一輪系傳動組件與該第二輪系傳動組件同位於該載體的第二端。藉此，有助於於第一輪系傳動組件與該第二輪系傳動組件組裝及更換的簡便性。同時，讓該關節模組之整體構造在空間上達到最佳的配置。

如上所述的關節模組中，該第一驅動馬達以及該第二驅動馬達為步進馬達；該第一輪系傳動組件與該第二輪系傳動組件為皮帶輪組、鏈輪組或齒輪組，用以結合線性驅動機構的第一螺桿組與第二螺桿組，前述步進馬達、皮帶輪組、鏈輪組或齒輪組以及螺桿組皆屬工業上技術成熟的機械與電機零件，使本發明之關節模組使用的零組件無特殊零件的需求，可以有效控制模組的製造成本。

另一方面，本發明使用步進馬達結合輪系傳動組件的減速機構，可在有限空間中達成高減速比的功能，不需使用特殊的諧波齒輪式減速機構。而且本發明透過具備順向與逆向驅動功能的步進馬達的選用，使其具備高扭矩密度比，價格便宜以及可靠度高等功能，具有良好的市場競爭優勢。

如上所述的關節模組中，該載體上還可裝設一罩殼，使罩殼與載體之間形成一裝配空間，提供運動機構、線性驅動機構、驅動馬達組以及傳動機構裝設其中，運動構件能伸出罩殼一端的開口，藉以利用罩殼與載體的組合保護運動機構、線性驅動機構、驅動馬達組以及傳動機構，另藉由罩殼另一端的外端板能提供另一個關節模組之運動構件連接的部位。

如上所述的關節模組中，該第一連動組件與該第二連動組件上各設有一應變規，用於分別量測該第一連動組件與該第二連動組件的變形量。使關節模組能夠結合力量控制系統，讓關節模組能由控制系統作雙軸向順應性運動之控制。

為了達成前揭目的，本發明另外提出的多關節模組式機器臂係包含複數個如上所述之關節模組，該複數關節模組依序串聯組合，且每二串聯的關節模組之間係以相鄰之所述載體與所述運動構件相連接。

藉由前揭多關節模組式機器臂發明，其具備除了具備前揭關節模組之各項優點外，該多關節模組式機器臂更藉由複數個具有雙軸向旋轉運動功能的關節模組串聯組合，具備多種不同任意組合的變化性，且每一關節模組能透過傳動機構配合實際使用需求改變其減速比，使驅動馬達組提供驅動能源應用上更有效率，同時因每一關節皆具有雙軸向旋轉的球面空間運動性能，故使機器臂在運動時，其末端的運動構件具備良好的靈活性。

再者，本發明多關節模組式機器臂還可藉由驅動馬達組與傳動機構的減速比可調整性，使關節模組在整體尺寸及機構不變的狀態下，提供多 種不同的變化組合，讓所述關節模組具備良好的重複使用性及高度客製化的功能，使該多關節模組式機器臂具備更佳的實用性能。

A、B‧‧‧多關節模組式機器臂

C‧‧‧機器人本體

1、1A、1B、1C‧‧‧關節模組

2‧‧‧旋轉驅動器

3‧‧‧終端夾具

10‧‧‧載體

100‧‧‧中心軸線

101‧‧‧第一端

102‧‧‧第二端

11‧‧‧第一滑軌

12‧‧‧第二滑軌

20‧‧‧運動機構

21‧‧‧運動構件

210‧‧‧運動部件

211‧‧‧X軸向樞柱

212‧‧‧Y軸向樞柱

213‧‧‧連接桿部

214‧‧‧端板部

215‧‧‧連接端

22‧‧‧第一連動組件

221‧‧‧第一連動件

222‧‧‧第二連動件

23‧‧‧第二連動組件

231‧‧‧第一連桿

232‧‧‧第二連桿

233‧‧‧第三連桿

24‧‧‧運動座

241‧‧‧X軸向樞接元件

242‧‧‧Y軸向樞接元件

30‧‧‧線性驅動機構

31‧‧‧第一線性驅動組件

311‧‧‧第一線性運動件

312‧‧‧第一螺桿組

313‧‧‧第一螺桿

314‧‧‧第一螺套

315‧‧‧滑塊

316‧‧‧軸承座

32‧‧‧第二線性驅動組件

321‧‧‧第二線性運動件

322‧‧‧第二螺桿組

323‧‧‧第二螺桿

324‧‧‧第二螺套

325‧‧‧滑塊

326‧‧‧軸承座

40‧‧‧驅動馬達組

41‧‧‧第一驅動馬達

42‧‧‧第二驅動馬達

50‧‧‧傳動機構

51‧‧‧第一輪系傳動組件

52‧‧‧第二輪系傳動組件

60‧‧‧罩殼

61‧‧‧開口

62‧‧‧外端板

70‧‧‧載板

71、72‧‧‧螺桿式線性驅動組件

711、712‧‧‧線性運動構件

73、74‧‧‧驅動馬達

75、76‧‧‧連桿組

77‧‧‧運動構件

圖1係本發明關節模組之一較佳實施例的立體示意圖。

圖2係圖1所示關節模組較佳實施例之另一觀視角度的立體示意圖。

圖3係圖1及圖2所示關節模組較佳實施例之俯視平面示意圖。

圖4係圖1及圖2所示關節模組較佳實施例之側視平面示意圖。

圖5係圖1及圖2所示關節模組較佳實施例之另一側視平面示意圖。

圖6係圖1所示關節模組較佳實施例增設罩殼之分解示意圖。

圖7係圖6之另一觀視角度的分解示意圖。

圖8係圖1所示關節模組較佳實施例組合罩殼後的立體示意圖。

圖9係本發明為二個關節模組串聯之多關節模組式機器臂之一較佳實施例示意圖。

圖10係本發明為三個關節模組串聯之多關節模組式機器臂之另一較佳實施例示意圖。

圖11係使用二組本發明多關節模組式機器臂之一應用例示意圖。

圖12係本發明多關節模組式機器臂中之二關節模組呈運動構件之連接桿部中心線相對於端板部中心線之夾角為0度之實施例示意圖。

圖13係本發明多關節模組式機器臂中之二關節模組呈運動構件之連接桿中心線相對於端板部中心線之夾角為45度之實施例示意圖。

圖14係本發明多關節模組式機器臂中之二關節模組呈運動構件之連接桿中心線相對端板部中心線之夾角為90度之實施例示意圖。

圖15係現有關節模組之立體示意圖。

圖16係圖15所示現有關節模組之另一觀視角度的立體示意圖。

圖17係圖15所示現有關節模組之俯視平面示意圖。

圖18係圖15所示現有關節模組之側視平面示意圖。

本發明包含一種關節模組以及一種多關節模組式機器臂，其中，圖1及圖6係揭示本發明關節模組之數種較佳實施例，圖9及圖10則揭示本發明多關節模組式機器臂之數種較佳實施例。以下配合圖式及本發明之各種較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

如圖1至圖2所示，由該些圖式可以見及，本發明關節模組係包含一載體10、一運動機構20、一線性驅動機構30、一驅動馬達組40以及一傳動機構50。

如圖1至圖5所示，該載體10界定有一中心軸線100，該載體10於該中心軸線100軸向相對的兩端分別界定為一第一端101與一第二端102。於本較佳實施例中，該載體10界定有相互垂直的一X軸向、一Y軸向以及一Z軸向，該中心軸線100為Z軸向。

如圖1至圖5所示，所述載體10上還可設置平行於中心軸線(即Z軸向)的一第一滑軌11與一第二滑軌12，第一滑軌11與第二滑軌12間隔平行排列。

如圖1至圖5所示，該運動機構20係裝設於該載體10上，該運動機構20包含一運動構件21、一第一連動組件22以及一第二連動組件23，該第一連動組件22與該第二連動組件23並聯地連接該運動構件21，該運動構件21能被驅動而產生以該中心軸線100(即Z軸)為中心的球面空間運動。

如圖1至圖5所示，於本較佳實施例中，該運動構件21係能活動地裝設於該載體10的第一端101。所述運動構件21包含一運動部件210、一X軸向樞柱211以及一Y軸向樞柱212，該運動部件210包含一連接桿部213，該連接桿部213一端具有一連接端215，該連接桿部213之另一端還可設置一端板部214，以該端板部214作為外部連接的部位，該X軸向樞柱211與Y軸向樞柱212係各自獨立地設置於該連接部件210之連接端215。

如圖1至圖5所示，該第一連動組件22包含一第一連動件221以及一第二連動件222，該第一連動件221之一端用於樞接該線性驅動機構30，該第二連動件222相異的兩端分別樞接該第一連動件221之另一端與該X軸向樞柱211，用以帶動運動部件210以X軸向樞柱211為支點作為Y軸向旋轉。

如圖1至圖5所示，該第二連動組件23包含一第一連桿231、一第二連桿232以及一第三連桿233，該第一連桿231之一端用於樞接該線性驅動機構30，該第二連桿232相異的兩端分別樞接該第一連桿231之另一端與該第三連桿233之一端，以該第三連桿233之另一端樞接該Y軸向樞柱212，用以帶動運動部件210以Y軸向樞柱212為支點作X軸向旋轉。

如圖1至圖5所示，為使該運動機構20之動作更為靈活，該運動機構20還進一步包括一運動座24，該運動座24係能以Y軸向為支點作X軸向旋轉地設置於載體10上，該運動座24於其Y軸向一端結合一X軸向樞接元件241樞接該第二連動件222，該運動座24於其Y軸向之另一端結合一Y軸向樞接元件242樞接該第二連桿232，該運動座24與第二連桿232之樞接部位於該第一連桿231與第二連桿232樞接部的側邊。

如圖1至圖5所示，該線性驅動機構30包含一第一線性驅動組件31與一第二線性驅動組件32，該第一線性驅動組件31與該第二線性驅動組件32係非共軸地平行組設於該載體10上，該第一線性驅動組件31包含一第一線性運 動件311以及一第一螺桿組312，該第一螺桿組312連接且能帶動第一線性運動件311沿該中心軸線100(即Z軸向)往復運動，該第一線性運動件311連接該第一連動組件22，該第二線性驅動組件32包含一第二線性運動件321以及一第二螺桿組322，該第二螺桿組322連接且能帶動第二線性運動件321沿該中心軸線100(即Z軸向)往復運動，該第二線性運動件321連接該第二連動組件23。於本較佳實施例中，該第一線性運動件311樞接該第一連動組件22之該第一連動件221，該第二線性運動件321樞接該第二連動組件23之該第一連桿231。

如圖1至圖5所示，於本較佳實施例中，該第一螺桿組312包含一第一螺桿313以及螺設於該第一螺桿313上的一第一螺套314，該第一螺套314設於該第一線性運動件311中；該第二螺桿組322包含一第二螺桿323以及螺設於該第二螺桿323上的一第二螺套324，該第二螺套324設於該第二線性運動件321中，該第一螺桿313末端可結合一軸承座316設於載體10上，該第二螺桿323末端可結合一軸承座326設於載體10上。

如圖1至圖5所示，該第一線性運動件311與該第二線性運動件321各具有一滑塊315、325，該第一線性運動件311以其滑塊315能滑移地設置該第一滑軌11上，該第二線性運動件321以其滑塊325能滑移地設置於該第二滑軌12上。

如圖1至圖5所示，該驅動馬達組40係裝設於該載體10上，於本較佳實施例中，該驅動馬達組40係藉由一支撐座裝設於該載體10上。該驅動馬達組40包含一第一驅動馬達41與一第二驅動馬達42，該第一驅動馬達41包含一第一動力輸出軸，該第二驅動馬達42包含一第二動力輸出軸。該第一驅動馬達與該第二驅動馬達42可選用步進馬達，而具備高扭矩密度比。於本較佳實施例中，該第一驅動馬達41之第一動力輸出軸、第二驅動馬達42之第二動力輸出軸、第一線性驅動組件31以及第二線性驅動組件32皆平行並排設置。

如圖1至圖5所示，該傳動機構50包含一第一輪系傳動組件51與一第二輪系傳動組件52，該第一輪系傳動組件51係連接該第一驅動馬達41之第一動力輸出軸與該第一線性驅動組件31，該第二輪系傳動組件52連接該第二驅動馬達42之第二動力輸出軸與該第二線性驅動組件32。於本較佳實施例中，該第一螺桿組312之該第一螺桿313連接第一輪系傳動組件51，該第二螺桿組322之該第二螺桿323連接第二輪系傳動組件52。該第一輪系傳動組件51與該第二輪系傳動組件52可為皮帶輪組、鏈輪組或齒輪組等，提供減速性能。於本較佳實施例中，係揭示第一輪系傳動組件51與該第二輪系傳動組件52皆為皮帶輪組。該第一輪系傳動組件51與該第二輪系傳動組件52設於該載體10的第二端102，以便於第一輪系傳動組件51與該第二輪系傳動組件52組裝及更換。

所述傳動機構50可配合實際使用需求，選用減速比為1：0.45至1：2.25(含)之範圍的變化組合，使驅動馬達組40提供驅動能源應用上更有效率。另一方面，藉由驅動馬達組40與傳動機構50的減速比可調整性，使關節模組1在整體尺寸及機構不變的狀態下，提供多種不同的變化組合，讓所述關節模組1具備良好的重複使用性及高度客製化的功能。

如圖6至圖8所示，該載體10上裝設有一罩殼60，該罩殼60與該載體10之間形成一裝配空間，該裝配空間於該載體10的第一端形成一開口61，運動構件21通過該開口61，該運動機構20、該第一線性驅動組件31、該第二線性驅動組件32、該第一驅動馬達41、該第二驅動馬達42、該第一輪系傳動組件51以及該第二輪系傳動組件52皆設於該罩殼60與載體10之間裝配空間中。該罩殼60內部還可設該罩殼60相對於載體10的第二端具有一外端板62，藉由該外端板62提供另一個關節模組之運動構件21連接的部位。

前揭關節模組1之較佳實施例中，還可進一步於該第一連動組件22與該第二連動組件23上各設有一應變規(圖未示)，或是其他的力量感測器 等，用於分別量測該第一連動組件22與該第二連動組件23的變形量。使關節模組1能夠結合力量控制系統，讓關節模組1能夠受控精確順應運動。

如圖9及圖10所示，本發明所提出之多關節模組式機器臂A、B係包含複數個關節模組1A、1B、1C，所述關節模組1A、1B、1C之組成構造係如前述圖1至圖8所示的較佳實施例，於此不再贅述。該複數關節模組1A、1B、1C係依序串聯組合，且每二串聯的關節模組1A、1B、1C之間以相鄰之所述載體10與所述運動構件21直接或間接相連接。於本較佳實施例中，所述運動構件21包含一連接桿部213與一設於連接桿部213外端部的端板部214，使一個關節模組1能以其運動構件21的端板部214固接於另一關節模組1設於載體上的罩殼60的外端板62，讓二個關節模組1A、1B、1C能夠相互串聯。

前述中，以使用具有罩殼的關節模組串聯組合為例，如圖9所示，該多關節模組式機器臂A包含有依序串聯的二組關節模組1A、1B，其中第一個關節模組1A與第二個關節模組1B各具有2個自由度，第一個關節模組1A相對於第二個關節模組1B之另一端具有一旋轉驅動器2，第二關節模組1B相對於第一個關節模組1A之另一端連接一能旋轉的終端夾具3，使結合旋轉驅動器2之第一個關節模1A具有3個自由度，結合終端夾具3的第二關節模組1B具有3個自由度，使該多關節模組式機器臂A整體具備6個自由度，等比於現有工業六軸機器人的運動功能。

如圖10所示，該多關節模組式機器臂B包含有依序串聯的三組關節模組1A、1B、1C，其中，第一個關節模組1A、第二個關節模組1B以及第三個關節模組1C各具有2個自由度，第一個關節模組1A相對於第二個關節模組1B之另一端具有一旋轉驅動器2，第三關節模組1C相對於第二個關節模組1B之另一端連接一能旋轉的終端夾具3，使結合旋轉驅動器2之第一個關節模1A具有3個自由度，結合終端夾具3的第三關節模組1C具有3個自由度，使該多關節模 組式機器臂B整體具備8個自由度。藉此，使該多關節模組式機器臂B與具有7個自由度的人類手臂相比，該多關節模組式機器臂B多出了一個旋轉自由度，因此，該多關節模組式機器臂B在動作上，可更為靈活。如圖11所示，係揭示使用二組多關節模組式機器臂B裝設於一機器人本體C的兩側，利用該二組多關節模組式機器臂B產生如同人類手臂動作功能的機器人。

以上之較佳實施例，僅是以該多關節模組式機器臂為二組關節模組串聯之較佳實施例，以及為三組關節模組串聯之較佳實施例為例提出說明，如同現有模組化機器人一樣，本發明多關節式機器臂是可以作多個不同的任意組合，不以前述二組關節模組串聯以及三組關節模組串聯之組合型態為限。

如圖12、13及圖14所示，本發明多關節模組式機器臂於兩相串聯的關節模組1之間，還可進一步藉由運動構件21的連接桿部213相對於端板部214的角度變化，而使相連的關節模組1有不同的初始位置變化。其中，如圖12所示，連接於兩關節模組1之間的運動構件21的連接桿部213為直桿狀，端板部214垂直連接於連接桿部213末端，使兩關節模組1啟始位置之中心軸線夾角為0度；如圖13所示，連接於兩關節模組1之間的運動構件21的連接桿部213為直桿狀，其連接桿部213末端以45度傾斜角度連接該端板部214，使兩關節模組1啟始位置之中心軸線夾角為45度；如圖14所示，連接於兩關節模組1之間的運動構件21的連接桿部213為直角彎折狀的桿體，使兩關節模組1啟始位置之中心軸線的夾角為90度。所述兩關節模組1啟始位置之中心軸線之夾角不以前述0度、45度及90度的變化為限，其他任意角度也可以透過該連接桿部213的變更而達成。

由上可知，本發明藉由前揭多關節模組式機器臂創作，藉由複數個具有雙軸向旋轉運動功能的關節模組串聯組合，具備多種不同任意組合的 變化性，且每一關節模組能透過傳動機構配合實際使用需求改變其減速比，使驅動馬達組提供驅動能源應用上更有效率。而且藉由驅動馬達組與傳動機構的減速比可調整性，使每一個關節模組在整體尺寸及機構不變的狀態下，提供多種不同的變化組合，讓所述關節模組具備良好的重複使用性及高度客製化的功能，該多關節模組式機器臂具備更佳的實用性能。

Claims (8)

1. 一種關節模組，係包含：一載體，其界定有一中心軸線，該載體界定有相互垂直的一X軸向、一Y軸向以及一Z軸向，該中心軸線為Z軸向；一運動機構，係裝設於該載體上，該運動機構包含一運動構件、一第一連動組件、一第二連動組件以及一運動座，該第一連動組件與該第二連動組件並聯且結合該運動座連接該運動構件，該運動構件能被驅動而產生以該中心軸線為中心的球面空間運動；一線性驅動機構，其包含一第一線性驅動組件與一第二線性驅動組件，該第一線性驅動組件與該第二線性驅動組件係非共軸地平行組設於該載體上，該第一線性驅動組件包含一第一線性運動件以及一第一螺桿組，該第一螺桿組連接且能帶動第一線性運動件沿該中心軸線往復運動，該第一線性運動件連接該第一連動組件，該第二線性驅動組件包含一第二線性運動件以及一第二螺桿組，該第二螺桿組連接且能帶動第二線性運動件沿該中心軸線往復運動，該第二線性運動件連接該第二連動組件；一驅動馬達組，係裝設於該載體上，該驅動馬達組包含一第一驅動馬達與一第二驅動馬達，該第一驅動馬達包含一第一動力輸出軸，該第二驅動馬達包含一第二動力輸出軸；以及一傳動機構，其包含一第一輪系傳動組件與一第二輪系傳動組件，該第一輪系傳動組件係連接該第一驅動馬達之第一動力輸出軸與該第一線性驅動組件，該第二輪系傳動組件連接該第二驅動馬達之第二動力輸出軸與該第二線性驅動組件；所述運動機構中，該運動構件包含一運動部件、一X軸向樞柱以及一Y軸向樞柱，該運動部件包含一連接桿部，該連接桿部一端具有一連接端，該X軸向 樞柱與Y軸向樞柱各自獨立地設置於該連接桿部之連接端；該第一連動組件包含一第一連動件以及一第二連動件，該第一連動件之一端樞接該第一線性運動件，該第二連動件相異的兩端分別樞接該第一連動件之另一端與該X軸向樞柱，用以帶動運動部件以X軸向樞柱為支點作為Y軸向旋轉；該第二連動組件包含一第一連桿、一第二連桿以及一第三連桿，該第一連桿之一端用於樞接該第二線性運動件，該第二連桿相異的兩端分別樞接該第一連桿之另一端與該第三連桿之一端，以該三連桿之另一端樞接該Y軸向樞柱，用以帶動該運動部件以Y軸向樞柱為支點作X軸向旋轉；該運動座係能以Y軸向為支點作X軸向旋轉地設置於該載體上，該運動座於其Y軸向一端結合一X軸向樞接元件樞接該第二連動件，該運動座於其Y軸向之另一端結合一Y軸向樞接元件樞接該第二連桿，該運動座與第二連桿之樞接部位於該第一連桿與第二連桿樞接部的側邊。
2. 如請求項1所述之關節模組，其中，該載體於該中心軸線軸向相對的兩端分別為一第一端與一第二端，該運動構件設於該載體的第一端，該第一驅動馬達之第一動力輸出軸、第二驅動馬達之第二動力輸出軸、第一線性驅動組件以及第二線性驅動組件皆平行並排設置，該第一輪系傳動組件與該第二輪系傳動組件設於該載體的第二端。
3. 如請求項2所述之關節模組，其中，該第一驅動馬達以及該第二驅動馬達為步進馬達；該第一輪系傳動組件與該第二輪系傳動組件為皮帶輪組、鏈輪組或齒輪組；該第一螺桿組包含一第一螺桿以及螺設於該第一螺桿上的一第一螺套，該第一螺桿連接第一輪系傳動組件，該第一螺套設於該第一線性運動件中；該第二螺桿組包含一第二螺桿以及螺設於該第二螺桿上的一第二 螺套，該第二螺桿連接第二輪系傳動組件，該第二螺套設於該第二線性運動件中。
4. 如請求項3所述之關節模組，其中，該載體上設有一罩殼，該罩殼與該載體之間形成一裝配空間，該裝配空間於該載體的第一端形成一開口，該運動構件通過該開口，該運動機構、該線性驅動機構、該驅動馬達組以及該傳動機構設於該裝配空間中，該罩殼相對於開口之另一端具有一外端板。
5. 如請求項4所述之關節模組，其中，該載體設有平行於第一螺桿的一第一滑軌，以及平行於第二螺桿的一第二滑軌，該第一線性運動件與該第二線性運動件各具有一滑塊，該第一線性運動件以其滑塊能滑移地設置該第一滑軌上，該第二線性運動件以其滑塊能滑移地設置於該第二滑軌上。
6. 如請求項1至5中任一項所述之關節模組，其中，該第一連動組件與該第二連動組件上各設有一應變規，用於分別量測該第一連動組件與該第二連動組件的變形量。
7. 一種多關節模組式機器臂，係包含複數個如請求項1至6中任一項所述之關節模組，該複數關節模組依序串聯組合，且每二串聯的關節模組之間係以相鄰之所述載體與所述運動構件相連接。
8. 如請求項7所述之多關節模組式機器臂，所述多關節模組式機器臂係具有三個依序串聯組合的關節模組，其中，第一個關節模組的載體相對於運動構件的另一端設有一旋轉致動器，第三個關節模組的運動構件設有一終端夾具。