TWI784798B

TWI784798B - 可控制送料路徑之振動送料平台系統

Info

Publication number: TWI784798B
Application number: TW110142585A
Authority: TW
Inventors: 謝文祥
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-11-21
Also published as: TW202321136A

Abstract

本發明係包括一基座部、三彈性部、三組連桿部、一送料平台部及三振動產生部。送料平台部以其三側邊部，先架設於三連桿部上，三連桿部再分別經三彈性部而架設於基座部上。每一振動產生部設一控制部及一直線往復振動輸出元件。每一直線往復振動輸出元件係設於連桿部之橫向桿、送料平台部之側邊部其中一者上；當控制部分別控制三個直線往復振動輸出元件產生預定之振動時，可使位於送料平台部上之一物體被振動並朝0~360度中之一預定方向移動。故，本案兼具可依指定速度及方向進行平面輸送，及體積小構造簡單且成本低等優點。

Description

可控制送料路徑之振動送料平台系統

本發明係有關一種可控制送料路徑之振動送料平台系統，尤指一種兼具可依指定速度及方向進行平面輸送，及體積小構造簡單且成本低之可控制送料路徑之振動送料平台系統。

送料機(Conveyor；feeder)為一種可依指定路徑連續或間歇的輸送物料之機器。而振動送料機則使用往復裝置(Oscillating device)間歇的輸送物料，振動送料機利用振動來進行分類、定向及分離等作業，為常用之自動送料裝置。振動送料機與一般輸送帶的區別，在於它的送料槽並非連續隨零件一起前進，而是只產生間歇之往復振動，使零件於送料槽上產生滑動，並往前推進。它不只被廣泛應用於化工、食品工業及礦業等大體積材料之輸送，也適合積體電路(IC)封裝測試、電子零件及機械五金等各種小型零件之輸送。除此之外，振動送料機具有構造簡單、可定向排列零件及可處理高溫與小體積物料等優點，為自動化生產線上不可或缺的重要組件。

送料機依零件與軌道之相對運動方式可分為直進(Inline)式和圓盤(Bowl)式兩種。圓盤式送料機(振動盤)的振動頻率高而振幅小，被應用於小型物料篩選、分類、定向及去皮等短距離輸送作業。而直線振動送料機因振動頻率低而振幅大，被應用於長距離輸送。

再者，有關3自由度之並聯平台方面，克拉維爾(Clavel)於1990年提出三角型(Delta)平台，並申請專利(即美國專利04976582號)。它具有3個XYZ平移，移動平台為純平移運動而無旋轉，極適合做為加工平台或帶動刀具加工，應用範圍相當廣泛。另外，艾波比(ABB)公司之型號為IRB360的四軸型機械手臂，除了X、Y 及Z方向三自由度運動外，在上側固定平台加裝一旋轉軸，使其運動具有四自由度。又，日本發那科(Fanuc)公司也開發了型號為M-3iA之六軸機械臂，它在移動平台上，安裝三個旋轉軸的致動器，而具有六運動自由度，並將旋轉軸改為線性驅動，被廣泛應用於德而塔(Delta)型之三維(3D)印表機；除此之外，它也被應用於外科手術與電子元件的高精度裝配作業。

再以中華民國發明專利第I664128號為例，其為「振動送料平台系統」，具有往復振動可被放大及各驅動部可獨立控制產生特定之平移效果或運動方向兩種優點，但是卻產生無法相互配合而依指定速度及方向進行平面輸送之問題。

有鑑於此，必須研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種可控制送料路徑之振動送料平台系統，其兼具可依指定速度及方向進行平面輸送，及體積小構造簡單且成本低等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於現有振動送料平台系統，產生無法依指定速度及方向進行平面輸送之問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種可控制送料路徑之振動送料平台系統，其包括：一基座部，係具有三個第一固定部；三個彈性部，前述該三個彈性部中的每一彈性部，係以其一端設於該第一固定部；三組連桿部，係分別對應該三個彈性部而設，前述該三組連桿部中的每組連桿部係具有一橫向桿及一對縱向桿；該橫向桿係連結相對應之該彈性部的另端，且該橫向桿具有兩端；該對縱向桿互呈平行，且該對縱向桿中之每一縱向桿係具有一第一樞接件及一第二樞接件，該對縱向桿係以該對第一樞接件樞接於該橫向桿之兩端；一送料平台部，係樞設於該三組連桿部上，該送料平台部係具有一週緣及一中心點；該週緣係對應該三組連桿部，而包含三個側邊部，該三個側邊部彼此間隔120度而平均分佈於該週緣；該三個側邊部中之每一側邊部係具有二個平台樞接點，該對縱向桿係以該對第二樞接件樞接該二個平台樞接點；且與該基座部之間具有一斜置角，又，前述該每組連桿部係與前述該每一側邊部形成平行四連桿機構；又，以該送料平台部之該中心點為基準，該週緣係被定義0度至360度之方向；及一振動產生部，係設於該基座部上，該振動產生部係包括一控制部及三個直線往復振動輸出元件；該三個直線往復振動輸出元件中之每一直線往復振動輸出元件，係設於相對應之該送料平台部之該側邊部、該橫向桿其中一者上；藉此，當該控制部分別控制該三個直線往復振動輸出元件產生預定之振動時，可使得位於該送料平台部上之一物體被振動並朝0~360度中之一預定方向移動；其中：該第一樞接件係為球接頭、萬向接頭其中一者；該第二樞接件係為球接頭、萬向接頭其中一者。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

10:基座部

11:第一固定部

20:彈性部

30:連桿部

31:橫向桿

32:縱向桿

40:送料平台部

41:週緣

411:側邊部

42:中心點

50:振動產生部

51:控制部

511:脈波寬度調變信號

52:直線往復振動輸出元件

521:馬達驅動器

522:馬達

523:偏心件

91:物體

S1:第一樞接件

S2:第二樞接件

S3:平台樞接點

θ:斜置角

F1、F2、F3:徑向力

P:軸心線

M1:第一振動輸出元件

M2:第二振動輸出元件

M3:第三振動輸出元件

ω1:第一角速度

ω2:第二角速度

ω3:第三角速度

第1圖係本發明之示意圖

第2圖係第1圖之部分結構之示意圖

第3A圖係本發明之第一種裝設實施例之示意圖

第3B圖係本發明之第二種裝設實施例之示意圖

第4A圖係第3A圖之產生之力之方向之示意圖

第4B圖係第3B圖之產生之力之方向之示意圖

第5圖係本發明之部分結構之對應關係之方塊圖

第6A圖係本發明之其中一種送料狀態之示意圖

第6B圖係本發明之其中一種送件狀態之示意圖

參閱第1、第2、第3A、第3B、第4A、第4B及第5圖，本發明係為一可控制送料路徑之振動送料平台系統，其包括：

一基座部10，係具有三個第一固定部11。

三個彈性部20，前述該三個彈性部20中的每一彈性部20，係以其一端設於該第一固定部11。

三組連桿部30，係分別對應該三個彈性部20而設，前述該三組連桿部30中的每組連桿部30係具有一橫向桿31及一對縱向桿32；該橫向桿31係連結相對應之該彈性部20的另端，且該橫向桿31具有兩端；該對縱向桿32互呈平行，且該對縱向桿32中之每一縱向桿32係具有一第一樞接件S1及一第二樞接件S2，該對縱向桿32係以該對第一樞接件S1樞接於該橫向桿32之兩端。

一送料平台部40，係樞設於該三組連桿部30上，該送料平台部40係具有一週緣41及一中心點42。該週緣41係對應該三組連桿部30，而包含三個側邊部411，該三個側邊部411彼此間隔120度而平均分佈於該週緣41；該三個側邊部411中之每一側邊部411係具有二個平台樞接點S3；該對縱向桿32係以該對第二樞接件S2樞接該二個平台樞接點S3；且與該基座部10之間具有一斜置角θ，又，前述該每組連桿部30係與前述該每一側邊部411形成平行四連桿機構。又，以該送料平台部40之該中心點42為基準，該週緣41係被定義0度至360度之方向。

一振動產生部50，係設於該基座部10上，該振動產生部50係包括一控制部51及三個直線往復振動輸出元件52。該三個直線往復振動輸出元件52中之每一直線往復振動輸出元件52係設於相對應之該送料平台部40之該側邊部411、該橫向桿31其中一者上。

藉此，當該控制部51分別控制該三個直線往復振動輸出元件52產生預定之振動時，可使得位於該送料平台部40上之一物體91(參閱第6A圖或是第6B圖)被振動並朝0~360度中之一預定方向移動。

實務上，該斜置角θ可介於60度至80度之間，並以70度為較佳；而可使該每一縱向桿32斜置於相對應之該連桿部30與該側邊部411之間。使得當力量在正方向時，該物體91會與該送料平台部40分離飛行，而反向都不會分離飛行，因此可送料。

該第一樞接件S1可為球接頭、萬向接頭其中一者。

該第二樞接件S2可為球接頭、萬向接頭其中一者。

該三個直線往復振動輸出元件52中之每一直線往復振動輸出元件52可為偏心旋轉質量振動馬達(Eccentric rotating mass vibration motor，簡稱ERM)、線性振動馬達(Linear resonant actuator，簡稱LRA)其中一者。

如第2圖所示，當為偏心旋轉質量振動馬達時，其可包括一馬達驅動器521、一馬達522及一偏心件523。該馬達驅動器521電性連結該馬達522，該偏心件523偏心連結該馬達522之輸出端。

參閱第5圖，當該控制部51朝該三個直線往復振動輸出元件52分別輸出一脈波寬度調變(Pulse-width modulation，簡稱PWM)信號511時，係分別透過該每一馬達驅動器521(如第2圖所示)驅動相對應之該每一馬達522，進而轉動相對應之該偏心件523，而產生預定之振動。

又，為便於說明，將該三個直線往復振動輸出元件52由裝設位置細分為第一振動輸出元件M1、第二振動輸出元件M2與第三振動輸出元件M3(如第4A、第4B及第5圖所示)，接著，其分別設於該三個側邊部411之型態，可選自下列兩種：

[a]第一型態：參閱第3A及第4A圖，以該第一振動輸出元件M1為例，係以其軸心線P設於該側邊部411之切線方向。

[b]第二型態：參閱第3B及第4B圖，以該第一振動輸出元件M1為例，係以其軸心線P設於該側邊部411之法線方向。

藉由前述兩種設置型態：

[1]參閱第3A及第4A圖，當該第一振動輸出元件M1、該第二振動輸出元件M2與該第三振動輸出元件M3皆以其軸心線P設於該側邊部411之切線方向時，係分別產生3個徑向力F1、F2與F3，其合力為1單力，沒有合力矩，可依合力方向產生直線振動輸送，而沒有旋轉。

[2]參閱第3B及第4B圖，該第一振動輸出元件M1以其軸心線P設於該側邊部411之法線方向，且該第二振動輸出元件M2與該第三振動輸出元件M3皆以其軸心線P設於該側邊部411之切線方向時，同樣產生3個徑向力F1、F2與F3，其合力為單力與合力矩，此合力矩是由該三個直線往復振動輸出元件52其中一者之離心力對該中心點42所產生，因此，該送料平台部40不僅可直線送料(由該徑向力F2與F3產生)，且可旋轉送料(由該徑向力F1產生)。

當然，透過前述兩種型態配合該三個直線往復振動輸出元件52，會產生八種設置變化，前述係舉例二種，其餘六種恕不贅述，合先陳明。

進一步，以第4A圖之配置為例，本案可透過實驗而預先建立傳送方向之相關數據(如下表一所示僅為舉例，實際上可有更多不同的實際例，合先陳明)，茲以下表一為例，舉其中兩例說明本案之送料過程：表一

第一例：參考第6A圖，假設要從該中心點42朝0度的方向傳送該物體91，則由該控制部51進行下列控制：

[a]朝該第一振動輸出元件M1發出預定之該脈波寬度調變信號511，可控制該第一振動輸出元件M1以第一角速度ω1為8 rad/s進行振動。

[b]朝該第二振動輸出元件M2發出預定之該脈波寬度調變信號511，可控制該第二振動輸出元件M2以第二角速度ω2為8 rad/s進行振動。

[c]朝該第三振動輸出元件M3發出預定之該脈波寬度調變信號511，可控制該第三振動輸出元件M3以第三角速度ω3為5 rad/s進行振動。

藉此，最後的合力輸出可控制該物體91被從該中心點42朝0度方向傳送。

第二例：參考第6B圖，假設要從該中心點42朝120度的方向傳送該物體91，則由該控制部51進行下列控制：

[a]朝該第一振動輸出元件M1發出預定之該脈波寬度調變信號511，可控制該第一振動輸出元件M1以第一角速度ω1為5 rad/s進行振動。

[c]朝該第三振動輸出元件M3發出預定之該脈波寬度調變信號511，可控制該第三振動輸出元件M3以第三角速度ω3為8 rad/s進行振動。

藉此，最後的合力輸出可控制該物體91被從該中心點42朝120度方向傳送。

亦即，透過預先建立之傳送方向控制數據，可由該控制部51配合需求，分別朝該三個直線往復振動輸出元件52輸出相對應之該脈波寬度調變(Pulse-width modulation，簡稱PWM)信號511，而分別透過該每一馬達驅動器521驅動相對應之該每一馬達522，再轉動相對應之該偏心件523，而產生預定之振動。進而達成可直線振動輸送，或是旋轉送料。

亦即，具有1.送料位移大、2.送料運動狀態與方向容易控制(調整)、3.負載大、4.精度高、5.剛性強、6.構造簡單、7.體積小、8.輸送效率高及9.成本低等特點。

本發明之優點及功效係如下所述：

[1]可依指定速度及方向進行平面輸送。本案可透過預先建立之傳送方向控制數據，配合需求由該控制部分別朝該三個直線往復振動輸出元件輸出相對應之該脈波寬度調變信號，而分別控制三個直線往復振動輸出元件振動，達成依指定速度及方向進行物料之平面輸送。故，可依指定速度及方向進行平面輸送。

[2]體積小構造簡單且成本低。該每一直線往復振動輸出元件皆可為市面上之偏心旋轉質量振動馬達，其體積小且構造簡單，又，市面上早已行之有年，可降低成本。故，體積小構造簡單且成本低。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。