TWI766798B

TWI766798B - 關節裝置與關節模組

Info

Publication number: TWI766798B
Application number: TW110132341A
Authority: TW
Inventors: 劉榮井
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-06-01
Also published as: CN114770588A; TW202310991A; CN114770588B

Abstract

一種關節裝置，包括馬達、減速機、殼體結構以及驅動器。馬達包括中空軸。減速機套接於中空軸。殼體結構包覆馬達與減速機。驅動器配置於殼體結構內，其中馬達位於減速機與驅動器之間，其中線路適於通過中空軸以電連接至驅動器。另提供一種關節模組。

Description

關節裝置與關節模組

本發明是有關於一種關節裝置，且特別是有關於一種包括中空架構的關節裝置與關節模組。

一般來說，機器人、機器手臂等相關自動化產品可藉由關節裝置以達到特定的任務需求。關節裝置大多使用馬達結合減速機作為動力源。然而大部分的走線是裸露在關節裝置的殼體結構外，再連接至外部的電箱內的電路板。

然而，走線在殼體結構外，在執行任務時很容易被拉扯並造成損壞，更不用說當多個關節裝置彼此連接時，走線會更加複雜。

本發明提供一種關節裝置，其線路位於殼體結構內，而可避免線路被拉扯。

本發明提供一種關節模組，其包括上述關節裝置。

本發明的關節裝置，包括馬達、減速機、殼體結構以及驅動器。馬達包括中空軸。減速機套接於中空軸。殼體結構包覆馬達與減速機。驅動器配置於殼體結構內，其中馬達位於減速機與驅動器之間，其中線路適於通過中空軸以電連接至驅動器。

本發明的關節模組，包括第一關節裝置以及第二關節裝置。第一關節裝置，包括第一馬達、第一減速機、第一殼體結構以及第一驅動器。第一馬達包括第一中空軸。第一減速機套接於第一中空軸。第一殼體結構包覆第一馬達與第一減速機。第一驅動器配置於第一殼體結構內，第一馬達位於第一減速機與第一驅動器之間。第二關節裝置連接於第一關節裝置，第二關節裝置包括第二中空軸。第二減速機套接於第二中空軸。第二殼體結構包覆第二馬達與第二減速機。第二驅動器配置於第二殼體結構內，第二馬達位於第二減速機與第二驅動器之間，其中線路適於通過第一中空軸以電連接至第一驅動器，再通過第二中空軸以電連接至第二驅動器。

在本發明的一實施例中，上述的殼體結構包括固定底座，減速機的固定側固定於固定底座上，減速機的輸入側接合於馬達。

在本發明的一實施例中，上述的中空軸具有相對的第一部分與第二部分，驅動器對應於第一部分，固定底座位於第二部分。

在本發明的一實施例中，上述的馬達包括定子與轉子，定子套接於轉子外，中空軸還具有位於第一部分與第二部分之間的中間部分，定子與轉子位於中間部分。

在本發明的一實施例中，上述的中空軸從定子與轉子中間伸出，且中空軸首尾貫通。

在本發明的一實施例中，更包括第一編碼器以及第二編碼器。第一編碼器對應於驅動器且機械性地連接馬達。第二編碼器對應於驅動器且機械性地連接減速機，其中第二編碼器相較於第一編碼器更靠近第一部分。

在本發明的一實施例中，更包括煞車模組。煞車模組位於第二編碼器與轉子之間，煞車模組包括電磁鐵、磁性件以及煞車調整環。電磁鐵固定於殼體結構內。磁性件適於與轉子同步旋轉。煞車調整環連接於磁性件，磁性件位於電磁鐵與煞車調整環之間，煞車調整環適於帶動磁性件移動，以調整磁性件與電磁鐵之間的間隙。

在本發明的一實施例中，上述的第一編碼器包括第一讀取尺與第一讀頭，第一讀取尺固定於煞車調整環且與轉子同軸轉動，第一讀頭適於相對於第一讀取尺移動。

在本發明的一實施例中，更包括缺口環。缺口環位於煞車調整環與第二編碼器之間，第二編碼器包括第二讀取尺與第二讀頭，第二讀頭固定於殼體結構內，缺口環連接於第二讀取尺，以適於帶動第二讀取尺移動，以調整第二讀取尺與第二讀頭之間的間隙。

基於上述，在本發明的關節裝置中，馬達包括中空軸，線路可穿過中空軸的內部空間與驅動器電連接。由於驅動器位於殼體結構內，線路不需要拉到殼體結構外，可以避免線路被拉扯。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在下文中將參照附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示例性實施例。如本領域技術人員將認識到的，可以以各種不同的方式修改所描述的實施例，而不脫離本發明的精神或範圍。

應當理解，儘管術語”第一”、”第二”、”第三”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的”第一元件”、”部件”、”區域”、”層”或”部分”可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。

除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

本文參考作為理想化實施例的示意圖的截面圖來描述示例性實施例。因此，可以預期到作為例如製造技術及/或（and/or）公差的結果的圖示的形狀變化。因此，本文所述的實施例不應被解釋為限於如本文所示的區域的特定形狀，而是包括例如由製造導致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙及/或非線性特徵。此外，所示的銳角可以是圓的。因此，圖中所示的區域本質上是示意性的，並且它們的形狀不是旨在示出區域的精確形狀，並且不是旨在限制請求項的範圍。

圖1是依照本發明的一實施例的一種關節裝置的剖面示意圖。圖2是圖1的關節裝置的部分構件爆炸示意圖。圖3是圖1的關節裝置的局部放大示意圖。圖4是圖1的關節裝置的部分構件示意圖。需注意的是，圖3省略了上蓋33，以更清楚地示意內部構件。

請參考圖1至圖4，在本實施例中，關節裝置100包括馬達10、減速機20、殼體結構30以及驅動器40。馬達10包括中空軸13。中空軸13具有相對的第一部分E1、第二部分E2、位於第一部分E1與第二部分E2之間的中間部分E3以及內部空間S1。

具體來說，馬達10包括定子11與轉子12，位於中間部分E3，定子11套接於轉子12外。中空軸13從定子11與轉子12中間伸出，且中空軸13首尾貫通。在本實施例中，中空軸13是插入定子11與轉子12中間，且中空軸13的首尾是突出於定子11與轉子12。

在本實施例中，減速機20套接於中空軸13。驅動器40對應於第一部分E1。殼體結構30包覆馬達10、減速機20與驅動器40，其中馬達10位於減速機20與驅動器40之間，其中線路能夠通過中空軸13的內部空間S1以電連接至驅動器40。此處，驅動器40例如是電路板及控制電路模組，本發明不以此為限。

詳細而言，在本實施例中，殼體結構30包括固定底座31、殼體32、上蓋33與側殼34。固定底座31、殼體32、上蓋33與側殼34彼此連接以形成容置空間S2，以容納馬達10、減速機20、殼體結構30以及驅動器40。

在本實施例中，關節裝置100還包括第一編碼器50以及第二編碼器60，第一編碼器50以及第二編碼器60位於容置空間S2內，第二編碼器60相較於第一編碼器50更靠近第一部分E1。具體來說，第一編碼器50對應於驅動器40且機械性地連接馬達10的轉子12，用以確認一次側轉速。第二編碼器60對應於驅動器40且機械性地連接減速機20，用以確認二次側轉速。如此一來，即使馬達10傳遞給減速機20後仍可藉由第二編碼器60偵測轉速與當前角度，而可使關節裝置100的輸出具有較佳的精度。

在本實施例中，殼體結構30的固定底座31靠近第二部分E2。減速機20的固定側21固定於固定底座31上，固定方式例如是鎖固，本發明不以此為限。減速機20的輸入側22接合於馬達10。減速機20的輸出側23相較於固定側21更靠近固定底座31。

在本實施例中，關節裝置100還包括煞車模組70。煞車模組70位於第二編碼器60與轉子12之間，煞車模組70包括電磁鐵71、磁性件72以及煞車調整環73，磁性件72例如是磁鐵，但本發明不以此為限。

本實施例的煞車調整環73連接於磁性件72，電磁鐵71固定於殼體結構30內。具體來說，煞車調整環73與磁性件72之間使用彈簧片固定，故磁性件72可以和馬達10的轉子12一起旋轉，且因有彈簧片，故磁性件72可上下微動。舉例來說，在電磁鐵71通電時，磁性件72往上(朝向第一部分E1移動)，電磁鐵71與磁性件72之間具有間隙，故馬達10可自由轉動。在電磁鐵71斷電時，磁性件72受彈簧片的彈力而往下(朝向第二部分E2移動)，藉由電磁鐵71與磁性件72之間的摩擦力來限制馬達10旋轉。

在本實施例中，磁性件72位於電磁鐵71與煞車調整環73之間，煞車調整環73適於帶動磁性件72移動，以調整磁性件72與電磁鐵71之間的間隙。舉例而言，煞車調整環73是束在中空軸13上，且可沿中空軸13的軸向方向移動，當磁性件72與電磁鐵71之間的距離由間隙片保持時，開口P1(圖3)可被鎖附件鎖定，從而將煞車調整環73的位置固定在中空軸13上，然後取下間隙片，以完成煞車間隙的調整，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一編碼器50包括第一讀頭51與第一讀取尺52。第一讀取尺52固定於煞車調整環73且與轉子12同軸轉動。第一讀頭51適於相對於第一讀取尺52移動，使讀取值正常。舉例而言，第一讀頭51可上下左右調整，調整第一讀頭51的方式例如是使用螺絲及螺孔的配合。使用者可將第一讀頭51鎖附在板體130上，其中螺孔的尺寸會大於螺絲，例如使用M4螺絲，搭配螺孔尺寸為6 mm，即有正負1 mm的裕度可以調整，但本發明不以此為限。

在本實施例中，關節裝置100還包括缺口環80。缺口環80位於煞車調整環73與第二編碼器60之間。第二編碼器60包括第二讀頭61(圖4)與第二讀取尺62，第二讀頭61(圖4)固定於殼體結構30內，第二讀取尺62可視為減速機20輸出側元件。

進一步而言，缺口環80連接於第二讀取尺62，以適於帶動第二讀取尺62沿中空軸13的軸向方向移動，以調整第二讀取尺62與第二讀頭61之間的間隙。在本實施例中，缺口環80開口P2(圖4)可被鎖附件鎖定，從而將缺口環80的位置固定在中空軸13上，但本發明不以此為限。

需注意的是，本實施例的減速機20例如是諧波減速機(HDS)，內含馬達軸承110與第二讀取尺軸承120，馬達軸承110用以限制馬達10做轉動。第二讀取尺軸承120用以限制第二讀取尺62做轉動，本發明不以此為限。減速機20例如是油封式，可防止油外漏，且其平均負載為484 牛頓米，本發明不以此為限。

在上述配置方式之下，由於驅動器40位於殼體結構30內，關節裝置100的內部接線(第一編碼器50、第二編碼器60、煞車模組70、馬達10的接線)皆位於殼體結構30內且分別電連接至驅動器40。如此一來，接線不需要拉到殼體結構30外，可以達到接線少且簡單配置的好處。再者，接線並非拉緊狀態而可與關節裝置100的轉動構件一起轉動，使得接線並不容易被扯壞。

以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖5是依照本發明的其他實施例的一種關節模組的立體示意圖。圖6是圖5的關節模組的剖面示意圖。請參考圖5與圖6，在本實施例中，關節模組200由關節裝置100與關節裝置100B所組成。在本實施例中，關節裝置100B與圖1的關節裝置100略有不同，主要差異在於，關節裝置100B的殼體結構30B包括殼體32B、上蓋33B與側殼34B，殼體32B、上蓋33B與側殼34B彼此連接以形成容置空間S3，省略了固定底座31。

詳細來說。減速機20B固定於關節裝置100的側殼34，以使關節裝置100B的容置空間S3連通關節裝置100的容置空間S2。換言之，關節裝置100與關節裝置100B之間的接線為串接，而只有首個串接的關節裝置100會配置固定底座31。此外，本實施例的關節裝置100B的側殼34B還可連接傳動連接件210，但本發明不以此為限，其後續的組裝可視實際操作需求而定。

在上述配置方式之下，線路W(例如是driver DC線及ether cat)可經由關節裝置100的殼體32側邊穿孔進入，通過中空軸13，延伸至容置空間S2，以電連接至關節裝置100的驅動器40。接著，通過側殼34進入馬達10B的中空軸13B，再延伸至容置空間S3，以電連接至關節裝置100B的驅動器(因剖面位置的關係，未繪示於圖6)。接著，線路W通過側殼34B進入傳動連接件210。需注意的是，圖6中的線路W僅示意地簡單繪示，用來說明並非用來限制本發明。

綜上所述，在本發明的關節裝置中，馬達包括中空軸，線路可穿過中空軸的內部空間與驅動器電連接。此外，由於驅動器、減速機、軸承、馬達、兩個編碼器及煞車模組位於殼體結構內，也就是整合在一個結構內，故線路不需要拉到殼體結構外，可以達到接線少且簡單配置的好處。再者，接線並非拉緊狀態而可與關節裝置的轉動構件一起轉動，使得接線並不容易被扯壞。在一些實施例中，煞車調整環是束在中空軸上，且可沿中空軸的軸向方向移動，以適於帶動磁性件移動，從而調整磁性件與電磁鐵之間的煞車間隙。在一些實施例中，關節裝置還包括缺口環，缺口環連接於第二讀取尺，以適於帶動第二讀取尺沿中空軸的軸向方向移動，以調整第二讀取尺與第二讀頭之間的間隙。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100B:關節裝置 10:馬達 11:定子 12:轉子 13:中空軸 E1:第一部分 E2:第二部分 E3:中間部分 S1:內部空間 20:減速機 21:固定側 22:輸入側 23:輸出側 30、30B:殼體結構 31:固定底座 32、32B:殼體 33、33B:上蓋 34、34B:側殼 S2、S3:容置空間 40:驅動器 50:第一編碼器 51:第一讀頭 52:第一讀取尺 60:第二編碼器 61:第二讀頭 62:第二讀取尺 70:煞車模組 71:電磁鐵 72:磁性件 73:煞車調整環 80:缺口環 200:關節模組 210:傳動連接件 P1、P2:開口 110:馬達軸承 120:第二讀取尺軸承 130:板體 W:線路

圖1是依照本發明的一實施例的一種關節裝置的剖面示意圖。圖2是圖1的關節裝置的部分構件爆炸示意圖。圖3是圖1的關節裝置的局部放大示意圖。圖4是圖1的關節裝置的部分構件示意圖。圖5是依照本發明的其他實施例的一種關節模組的立體示意圖。圖6是圖5的關節模組的剖面示意圖。

100:關節裝置

10:馬達

11:定子

12:轉子

13:中空軸

E1:第一部分

E2:第二部分

E3:中間部分

S1:內部空間

20:減速機

21:固定側

22:輸入側

23:輸出側

30:殼體結構

31:固定底座

32:殼體

33:上蓋

34:側殼

S2:容置空間

40:驅動器

50:第一編碼器

51:第一讀頭

52:第一讀取尺

60:第二編碼器

62:第二讀取尺

70:煞車模組

71:電磁鐵

72:磁性件

73:煞車調整環

80:缺口環

110:馬達軸承

120:第二讀取尺軸承

Claims

一種關節裝置，包括：馬達，包括中空軸、定子與轉子，該定子套接於該轉子外；減速機，套接於該中空軸；殼體結構，包覆該馬達與該減速機；驅動器，配置於該殼體結構內，其中該馬達位於該減速機與該驅動器之間，其中線路適於通過該中空軸以電連接至該驅動器；以及煞車模組，包括：電磁鐵，固定於該殼體結構內；磁性件，適於與該轉子同步旋轉；以及煞車調整環，連接於該磁性件，該磁性件位於該電磁鐵與該煞車調整環之間，該煞車調整環適於帶動該磁性件移動，以調整該磁性件與該電磁鐵之間的間隙。
如請求項1所述的關節裝置，其中該殼體結構包括固定底座，該減速機的固定側固定於該固定底座上，該減速機的輸入側接合於該馬達。
如請求項2所述的關節裝置，其中該中空軸具有相對的第一部分與第二部分，該驅動器對應於該第一部分，該固定底座位於該第二部分。
如請求項3所述的關節裝置，其中該中空軸還具有位於該第一部分與該第二部分之間的中間部分，該定子與該轉子位於該中間部分。
如請求項4所述的關節裝置，其中該中空軸從該定子與該轉子中間伸出，且該中空軸首尾貫通。
如請求項4所述的關節裝置，更包括：第一編碼器，對應於該驅動器且機械性地連接該馬達；以及第二編碼器，對應於該驅動器且機械性地連接該減速機，其中該第二編碼器相較於該第一編碼器更靠近該第一部分。
如請求項6所述的關節裝置，其中該煞車模組位於該第二編碼器與該轉子之間。
如請求項7所述的關節裝置，其中該第一編碼器包括第一讀取尺與第一讀頭，該第一讀取尺固定於該煞車調整環且與該轉子同軸轉動，該第一讀頭適於相對於該第一讀取尺移動。
如請求項8所述的關節裝置，更包括缺口環，位於該煞車調整環與該第二編碼器之間，該第二編碼器包括第二讀取尺與第二讀頭，該第二讀頭固定於該殼體結構內，該缺口環連接於該第二讀取尺，以適於帶動該第二讀取尺移動，以調整該第二讀取尺與該第二讀頭之間的間隙。
一種關節模組，包括：第一關節裝置，包括：第一馬達，包括第一中空軸、第一定子與第一轉子，該第一定子套接於該第一轉子外；第一減速機，套接於該第一中空軸；第一殼體結構，包覆該第一馬達與該第一減速機；第一驅動器，配置於該第一殼體結構內，該第一馬達位於該第一減速機與該第一驅動器之間；以及第一煞車模組，包括：第一電磁鐵，固定於該第一殼體結構內；第一磁性件，適於與該第一轉子同步旋轉；以及第一煞車調整環，連接於該第一磁性件，該第一磁性件位於該第一電磁鐵與該第一煞車調整環之間，該第一煞車調整環適於帶動該第一磁性件移動，以調整該第一磁性件與該第一電磁鐵之間的間隙；以及第二關節裝置，連接於該第一關節裝置，該第二關節裝置包括：第二馬達，包括第二中空軸、第二定子與第二轉子，該第二定子套接於該第二轉子外；第二減速機，套接於該第二中空軸；第二殼體結構，包覆該第二馬達與該第二減速機；以及第二驅動器，配置於該第二殼體結構內，該第二馬達位於該第二減速機與該第二驅動器之間，以及第二煞車模組，包括：第二電磁鐵，固定於該第二殼體結構內；第二磁性件，適於與該第二轉子同步旋轉；以及第二煞車調整環，連接於該第二磁性件，該第二磁性件位於該第二電磁鐵與該第二煞車調整環之間，該第二煞車調整環適於帶動該第二磁性件移動，以調整該第二磁性件與該第二電磁鐵之間的間隙，其中線路適於通過該第一中空軸以電連接至該第一驅動器，再通過該第二中空軸以電連接至該第二驅動器。