TWI737948B

TWI737948B - 機器人機構

Info

Publication number: TWI737948B
Application number: TW107143799A
Authority: TW
Inventors: 黃啟榮; 彭志誠; 易子民; 林誌麒
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2021-09-01
Also published as: TW202021751A

Abstract

本發明提供一種機器人機構，包括一底座、一本體、一馬達、一驅動器、一底板、一可撓性導熱元件、以及一控制器，其中本體連接底座並具有一殼體，馬達和驅動器設置於本體中，且驅動器與馬達電性連接。底板設置於殼體上並位於驅動器和殼體之間，且底板和驅動器之間形成一間隙。可撓性導熱元件設置於驅動器和殼體之間，且可撓性導熱元件接觸驅動器。控制器則以可分離的方式設置於前述底座中。

Description

機器人機構

本發明係有關於一種機器人機構。更具體地來說，本發明有關於一種具有防震散熱結構的機器人機構。

由於節能、效益、品質、或工作環境等因素，現今的自動化產業使用了許多機器人自動化技術，各式各樣的機器人被開發出來。工業機器人的應用從汽車工業向一般工業延伸，例如可運用於金屬加工、食品飲料、塑膠橡膠、3C、醫藥、太陽能、交通運輸、建築材料、物流或廢品處理等行業。

一般的機器人會將馬達設置於本體中，再以電纜外連至一控制箱。然而，此種方式在電纜的配置上比較複雜，且造成了線材和加工成本增加。考慮到機器人往往需具備防水及/或防塵的功能，機器人的本體通常為密封的，若將控制箱中的驅動器設置在機器人的本體中，會造成驅動器和馬達的熱能累積，且驅動器和馬達更會產生震動，可能導致操作效率降低或元件故障。因此，如何解決前述問題始成一重要之課題。

為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種機器人機構，包括一底座、一本體、一馬達、一驅動器、一底板、一可撓性導熱元件、以及一控制器，其中本體連接底座並具有一殼體，馬達和驅動器設置於本體中，且驅動器與馬達電性連接。底板設置於殼體上並位於驅動器和殼體之間，且底板和驅動器之間形成一間隙。可撓性導熱元件設置於驅動器和殼體之間，且可撓性導熱元件接觸驅動器。控制器則以可分離的方式設置於前述底座中。

本發明一實施例中，機器人機構更包括一彈性元件以及一導引元件，且底板上形成有一穿孔。彈性元件設置於驅動器和底板之間，並連接驅動器和底板。導引元件則穿過穿孔並固定於驅動器上。前述導引元件例如為一等高螺絲，具有一螺紋部和一光滑部。螺紋部與驅動器螺合，且光滑部以可活動之方式設置於穿孔中，其中，光滑部之剖面的形狀和尺寸和穿孔的形狀和尺寸大致相同。當可撓性導熱元件未變形時，導引元件之一端容置於穿孔中，並與底板之一底面相隔一間距。於一些實施例中，導引元件可為一鉚釘。

本發明一實施例中，底板包括一開口，且可撓性導熱元件設置於開口中。前述可撓性導熱元件包括一第一表面和一第二表面，第一表面接觸驅動器，且第二表面接觸殼體，其中第一表面相反於第二表面，且可撓性導熱元件之厚度大於底板之厚度。於一些實施例中，可撓性導熱元件具有黏性。

本發明一實施例中，可撓性導熱元件設置於底板和驅動器之間，並包括一第一表面和一第二表面，其中第一表面接觸驅動器，第二表面接觸底板，且第一表面相反於第二表面。前述底板包括金屬，且殼體和底板可為一體成型。於一些實施例中，機器人機構可更包括一導熱片，連接馬達和殼體。

本發明一實施例中，驅動器包括無線接收單元，且當控制器與底座分離時，控制器以無線方式連接驅動器。於一些實施例中，機器人機構更包括一導線，且當控制器與底座分離時，導線連接控制器和驅動器。於一些實施例中，機器人機構更包括與驅動器連接的一輸出輸入模組或一類比數位訊號轉換模組。

以下說明本發明實施例之機器人機構。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

為了便於描述圖式中的元件/特徵與另一元件/特徵的關係，可使用空間相關用語，例如「下」、「之下」、「上」、「之上」及類似的用語等。除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。所述裝置可被另外定位(旋轉90度或在其他方位上)，並對應地解讀所使用的空間相關用語的描述。換言之，前述空間相關用語僅是表示元件之間的相對關係，並不限定於圖式中的繪製方位。舉例而言，若是說明書中敘述了第一特徵設置/形成於第二特徵上，當第一特徵旋轉180度時，圖式中的第二特徵可能會因此位於第一特徵的下方，但第二特徵仍應被解讀為設置/形成於第一特徵上。

首先請參閱第1圖，本發明一實施例之機器人機構R包括一底座10、一本體20、以及一控制器30。底座10設置於本體20之一側並具有一容置空間11，前述控制器30係以可分離的方式設置於此容置空間11中。本體20則包括複數個彼此相互樞接的段部21，其中與底座10相鄰的段部21固定於底座10上。

前述各段部21的樞接處可設有驅動模組40(如第2圖所示)，以驅動本體20之一段部21相對於另一段部21旋轉，進而達成藉由機器人機構R來拿取、推動或移動外部物件的目的。於本實施例中，機器人機構R例如可為一機械手臂。

以下說明前述驅動模組40的具體結構。請參閱第2圖，於本實施例中，驅動模組40包括一驅動器100、一馬達200、以及一防震散熱結構300。前述控制器30與驅動器100電性連接，且驅動器100更與馬達200電性連接。馬達200可連接兩個段部21之間的樞軸(未圖示)，如此一來，當驅動器100傳送驅動訊號至馬達200時，馬達200即可帶動前述樞軸旋轉，使本體20的一段部21相對於另一段部21旋轉。此外，使用者可利用控制器30來控制驅動器100是否傳送驅動訊號至馬達200。

第3A、3B圖分別表示前述驅動器100和防震散熱結構300的爆炸圖和剖視圖。如第2~3B圖所示，防震散熱結構300主要包括一底板310、一可撓性導熱元件320、至少一導引元件330、以及至少一彈性元件340。

底板310固定於本體20的殼體22上，其中央形成有一開口311，且開口311旁更形成有至少一穿孔312。前述可撓性導熱元件320設置於底板310的開口311中，並具有一第一表面321和一第二表面322。其中，第一表面321和第二表面322分別接觸驅動器100和本體20的殼體22，且第一表面321相反於第二表面322。需特別說明的是，底板310的厚度T1係小於可撓性導熱元件320的厚度T2，因此，可撓性導熱元件320會凸出於底板310的上表面，且當可撓性導熱元件320未變形時，驅動器100和底板310之間具有一間隙。

導引元件330可穿過底板310上的穿孔312並固定於驅動器100上。如第3B圖所示，於本實施例中，引導元件330可為一等高螺絲，其具有一螺紋部331、一光滑部332、以及一操作部333。螺紋部331可與驅動器100螺合，以使導引元件330固定於驅動器100上，光滑部332和操作部333則以可移動之方式設置於穿孔312中。

應注意的是，於本實施例中，螺紋部331之剖面尺寸(或直徑)和光滑部332之剖面尺寸(或直徑)的大致相同，而操作部333之剖面尺寸(或直徑)則大於前述螺紋部331或光滑部332之剖面尺寸(或直徑)。再者，對應導引元件330的前述結構，底板310上的穿孔312可劃分為第一區段312A和第二區段312B，第一區段312A位於驅動器100和第二區段312B之間，其形狀和尺寸對應於導引元件330的光滑部332(即光滑部332之剖面的形狀和尺寸與第一區段312A的形狀和尺寸大致相同)，而第二區段312B的尺寸則大於第一區段312A的尺寸，且第二區段312B的尺寸大於或等於操作部333之剖面的尺寸。

如第3B圖所示，當可撓性導熱元件320未變形時，導引元件330未與驅動器100連接之端部334會容置於穿孔312的第二區段312B中，並與底板310的底面313相隔一間距。彈性元件340設置於驅動器100和底板310之間並連接兩者。於本實施例中，彈性元件340例如可為圍繞導引元件330的壓縮彈簧。

請參閱第4圖，當驅動器100和馬達200開始運轉時，可能會產生震動和熱能。由於穿孔312的第二區段312B仍有可讓導引元件330移動之空間，因此馬達200及/或機器人機構R運行產生震動時，驅動器100和導引元件330可沿導引元件330的長軸方向上下移動。此時，可撓性導熱元件320和彈性元件340可產生變形以吸收馬達200及/或機器人機構R運行產生的震動，避免驅動器100撞擊底板310。此外，由於光滑部332之剖面的形狀和尺寸與第一區段312A的形狀和尺寸大致相同，因此可防止驅動器100發生垂直於導引元件330長軸方向的移動，進而避免驅動器100撞擊馬達200或機器人機構R內的其他元件。

另外，可撓性導熱元件320的第一表面321和第二表面322分別接觸驅動器100和殼體22，故可撓性導熱元件320可將驅動器100產生的熱能傳導至殼體22上。因為殼體22包含有導熱係數高的材料(例如鋁、銅、金、或其他導熱係數高的金屬)，因此可有效地將熱能傳導至機器人機構R外部，達到散熱的功效。

請回到第2圖，於本實施例中，防震散熱結構300更可包括一導熱片350，連接馬達200和殼體22，以將馬達200產生的熱能傳導至機器人機構R外部。

於一些實施例中，前述導引元件330可為鉚釘。於一些實施例中，當可撓性導熱元件320可提供足夠的彈性力時，可省略防震散熱結構300中的彈性元件340。於一些實施例中，若驅動器100和馬達200之間的距離較遠，且驅動器100旁未設置其他元件時，可省略防震散熱結構300中的導引元件330，如此一來，可撓性導熱元件320和彈性元件340亦可產生變形而吸收前述震動。

於一些實施例中，可撓性導熱元件320具有黏性，且第一表面321和第二表面322係藉由黏貼方式分別與驅動器100和殼體22連接，在此種實施例中，防震散熱結構300中的導引元件330和彈性元件340皆可被省略，以達到減少零件數和輕量化的功效。

請參閱第5圖，於本發明另一實施例中，可撓性導熱元件320係設置於驅動器100和底板310之間，且其第一表面321和第二表面322分別接觸驅動器100和底板310。於此實施例中，底板310可包括金屬(例如鋁、銅、金)，故驅動器100的熱能可依序經由可撓性導熱元件320、底板310、以及殼體22排放至機器人機構R外部。於一些實施例中，殼體22和底板310可為一體成型。

前述防震散熱結構300亦可與底座10中的控制器30連接，以提供控制器30防震和散熱的效果。舉例而言，如第6圖所示，底板310可設置於控制器30下方，可撓性導熱元件320設置於底板310和控制器30之間，且可撓性導熱元件320的第一表面321和第二表面322分別接觸控制器30和殼體22。導引元件330可穿過底板310上的穿孔312並固定於控制器30上，且彈性元件340連接控制器30和底板310。如此一來，機器人機構R運行產生的震動和控制器30產生的熱能亦可被吸收和散出，以利機器人機構R之運作。

於本發明一實施例中，驅動器100上設有無線接收單元，因此當使用者將控制器30從底座10的容置空間11取出，使控制器30與底座10分離時，控制器30仍可經由無線方式與驅動器100連接，進而可達成遠端控制的目的。請參閱第7圖，控制器30從底座10的容置空間11取出而與底座10分離時，亦可藉由導線W與驅動器100連接。需特別說明的是，由於機器人機構R中各段部21的樞接處的驅動器100已藉由導線或無線方式彼此連接，因此前述導線W可為單一的訊號線。

如第8圖所示，機器人機構R的驅動器100除了與控制器30連接之外，亦可與輸入輸出模組50、類比數位訊號轉換模組60及/或電磁閥模組以導線W或無線方式連接。

請參閱第9A、9B圖，於本發明另一實施例中，驅動器100可穿過底板310上的開口311，底板310可固定於殼體22上，且可撓性導熱元件320的第一表面321和第二表面322分別接觸驅動器100和殼體22。驅動器100可包括一延伸部份110，其尺寸係略大於前述開口311，因此導引元件330(例如為等高螺絲)可穿過此延伸部份110後固定於底板310上。彈性元件340則可設置於延伸部份110和底板310之間並連接兩者。藉由本實施例中的結構，使用者可更方便地組裝前述元件。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

10:底座11:容置空間20:本體21:段部22:殼體30:控制器40:驅動模組50:輸入輸出模組60:類比數位訊號轉換模組100:驅動器110:延伸部分200:馬達300:防震散熱結構310:底板311:開口312:穿孔312A:第一區段312B:第二區段320:可撓性導熱元件321:第一表面322:第二表面330:導引元件331:螺紋部332:光滑部333:操作部334:端部340:彈性元件350:導熱片R:機器人機構T1:厚度T2:厚度W:導線

第1圖係表示本發明一實施例之機器人機構的示意圖。第2圖係表示本發明一實施例中之驅動模組的示意圖。第3A圖係表示本發明一實施例中之防震散熱結構的爆炸圖。第3B圖係表示本發明一實施例中之防震散熱結構的剖視圖。第4圖係表示本發明一實施例中，驅動器震動使可撓性導熱元件變形的示意圖。第5圖係表示本發明另一實施例中之防震散熱結構的剖視圖。第6圖係表示本發明一實施例中之控制器和防震散熱結構的示意圖。第7圖係表示本發明一實施例中，控制器藉由導線連接至驅動器的示意圖。第8圖係表示本發明一實施例中，控制器、輸入輸出模組和類比數位訊號轉換模組藉由導線連接至驅動器的示意圖。第9A圖係表示本發明另一實施例中之防震散熱結構的爆炸圖。第9B圖係表示本發明另一實施例中之防震散熱結構的剖視圖。

20:本體

22:殼體

100:驅動器

300:防震散熱結構

310:底板

311:開口

312:穿孔

312A:第一區段

312B:第二區段

320:可撓性導熱元件

321:第一表面

322:第二表面

330:導引元件

331:螺紋部

332:光滑部

333:操作部

334:端部

340:彈性元件

T1:厚度

T2:厚度

Claims

一種機器人機構，包括：一底座；一本體，連接該底座且具有一殼體；一馬達，設置於該本體中；一驅動器，設置於該本體中，且電性連接該馬達；一底板，設置該殼體上並位於該驅動器和該殼體之間，且該底板和該驅動器之間形成一間隙；一可撓性導熱元件，設置於該驅動器和該殼體之間，且該可撓性導熱元件接觸該驅動器；一控制器，以可分離的方式設置於該底座中；另一底板，固定於該殼體上；以及另一可撓性導熱元件，其中當該控制器設置該底座中時，該另一可撓性導熱元件接觸該另一底板和該控制器。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括一彈性元件，設置於該驅動器和該底板之間，並連接該驅動器和該底板。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括一導引元件，且該底板上形成一穿孔，該導引元件穿過該穿孔並固定於該驅動器上。
如申請專利範圍第3項所述之機器人機構，其中該導引元件包括一等高螺絲，具有一螺紋部和一光滑部，該螺紋部與該驅動器螺合，且該光滑部以可活動之方式設置於該穿孔中。
如申請專利範圍第4項所述之機器人機構，其中該光滑部之剖面的形狀和尺寸和該穿孔的形狀和尺寸大致相同。
如申請專利範圍第3項所述之機器人機構，其中當該可撓性導熱元件未變形時，該導引元件之一端容置於該穿孔中，並與該底板之一底面相隔一間距。
如申請專利範圍第3項所述之機器人機構，其中該導引元件包括一鉚釘。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該可撓性導熱元件具有黏性。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該底板包括一開口，且該可撓性導熱元件設置於該開口中。
如申請專利範圍第9項所述之機器人機構，其中該可撓性導熱元件包括一第一表面和一第二表面，該第一表面接觸該驅動器，且該第二表面接觸該殼體，其中該第一表面相反於該第二表面。
如申請專利範圍第9項所述之機器人機構，其中該可撓性導熱元件之厚度大於該底板之厚度。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該可撓性導熱元件設置於該底板和該驅動器之間，並包括一第一表面和一第二表面，其中該第一表面接觸該驅動器，該第二表面接觸該底板，且該第一表面相反於該第二表面。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該底板包括金屬。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該殼體和該底板為一體成型。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括一導熱片，連接該馬達和該殼體。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該驅動器包括無線接收單元，且當該控制器與該底座分離時，該控制器以無線方式連接該驅動器。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括一導線，且當該控制器與該底座分離時，該導線連接該控制器和該驅動器。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括一輸出輸入模組或一類比數位訊號轉換模組，連接該驅動器。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括另一彈性元件，設置於該控制器和該另一底板之間並連接該控制器和該另一底板。
如申請專利範圍第1項所述之機器人機構，其中該機器人機構更包括另一導引元件，穿過該另一底板並固定於該控制器上。