TWI794690B - 消除應力的關節模組 - Google Patents

Abstract

一種消除應力的關節模組，在輸出法蘭周緣平行設置應力消除單元，消除其他軸向應力，並利用上容納槽與下容納槽有間隙包夾力矩感測器，避免緊迫鎖附，使力矩感測器的定位槽嵌入且推動定位塊，減少推擠接觸，以提高扭力量測的精準度。

Description

消除應力的關節模組

本發明有關一種關節模組，尤其關於機器手臂的關節模組中，可消除力矩感測器應力的關節模組。

機器手臂具有靈活移動、精確定位及連續性作業的特性，已成為產品生產線上製造組裝的最佳利器。而提升機器手臂控制的精確性，需要正確偵測外力加以扭力補償。

先前技術的關節型機器人，通常在機器人的各個關節模組中的動力輸出端，設置力矩感測器，用以偵測機器人遭受的外力時，傳遞至關節模組轉動軸旋轉方向上的扭力，才能進行轉動扭力的補償。但是機器人遭受的外力，大多以各個軸向的力矩或應力的方式傳遞，壓迫扭曲力矩感測器，嚴重影響力矩感測器在轉動軸旋轉方向的扭力量測的正確性。因此，先前技術通常增加設置力矩感測器的數量，多方向量測外力，以消除關節模組轉動軸外其他軸向的力矩或應力的影響。

然而，前述先前技術增加設置力矩感測器的數量，除增加關節模組本體零件外，並且部份也需配合減速機設計，不僅造成關節模組的結構更為複雜，且會增加不少成本，同時也會增加關節模組整體堆疊高度使關節模組徑向方增加長度，整體尺寸變大且重量增加，不利於關節模組 的應用彈性。因此，關節模組在消除力矩感測器的應力上，仍有問題亟待解決。

本發明之目的提供一種消除應力的關節模組，藉由在輸出法蘭周緣設置應力消除單元，節省推疊空間，並消除其他軸向傳遞的應力，以提高扭力測量的正確性。

本發明之另一目的提供一種消除應力的關節模組，利用力矩感測器組裝在上容納槽與下容納槽間，留有間隙，避免受到螺絲鎖附的緊迫，以免應力傳入。

本發明之再一目的提供一種消除應力的關節模組，利用力矩感測器的定位槽，推動下容納槽的定位塊54，大幅降低其他方向接觸傳入其他軸向應力，以提高扭力量測的精準度。

為了達到前述發明的目的，本發明消除應力的關節模組，具有相互垂直的動力輸出端及動力輸入端，動力輸出端包含減速器，減速器由關節模組的動力轉動，在關節模組的中空軸的動力輸出軸向轉動，輸出法蘭由圓盤的中心延伸垂直的中空圓柱，圓盤鎖合在減速器，中空圓柱插入中空軸，應力消除單元將滑動件設在圓盤的圓周上，由上軸承蓋及下軸承蓋固定滑動件，應力消除單元利用滑動件，在輸出法蘭的圓盤的圓周有限度角度的擺動，下軸承蓋的接合反面上，間隔凸設複數支撐塊，構成上容納槽，圓環狀力矩感測器，內環鎖合在圓盤，外環設置複數凸環，各凸環端面上設置定位槽，凸環插置在該支撐塊間，動力輸入端包含下容納槽，下容納槽凸設複數定位塊，並設置固定螺孔，該支撐塊配合鎖合固定螺孔， 使上容納槽與下容納槽間留有空隙包夾力矩感測器，並讓力矩感測器的定位槽嵌入定位塊，定位槽與定位塊間的空隙可增加空隙或置入潤滑介質。

10:關節模組

11:動力輸出端

12:動力輸入端

13:減速器

14:輸出法蘭

15:應力消除單元

16:力矩感測器

17:中空軸

18:螺孔

19:圓盤

20:中空圓柱

21:通孔

22:滑動件

23:螺栓

24:上軸承蓋

25:下軸承蓋

26:穿孔

27:接合反面

28:支撐塊

29:上容納槽

30:下支撐孔

31:上支撐孔

32:結合孔

33:凸環

34:定位槽

35:下容納槽

36:定位塊

37:固定螺孔

38:鎖合螺栓

39:結合螺栓

40:另一關節模組

50:另一實施例關節模組

51:力矩感測器

52:定位槽

53:下容納槽

54:定位塊

55:潤滑介質

H:間隙

F:外力

圖1 為本發明關節模組組合力矩感測器的爆炸圖。

圖2 為本發明關節模組動力輸入端容納力矩感測器的上視圖。

圖3 為本發明關節模組的立體圖。

圖4 為本發明關節模組組合力矩感測器的剖面圖。

圖5 為本發明關節模組組合力矩感測器的局部剖面圖。

圖6 為本發明另一實施例關節模組動力輸入端組合力矩感測器的上視圖。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉實施例，並配合圖式加以說明如下。

請同時參閱圖1至圖5，圖1為本發明關節模組組合力矩感測器的爆炸圖，圖2為本發明關節模組動力輸入端容納力矩感測器的立體圖，圖3為本發明關節模組的立體圖，圖4為本發明關節模組組合力矩感測器的剖面圖，圖5為本發明關節模組組合力矩感測器的局部剖面圖。圖1中，本發明的關節模組10包含方向相互垂直的動力輸出端11及動力輸入端12，動力輸出端11傳輸關節模組10的轉動動力，動力輸出端11包含減速器13、輸出法蘭14、應力消除單元15及力矩感測器16等，其中減速器13由關節模組10的動力轉動，圍繞關節模組10的中空軸17在動力輸出軸向轉動，減速器 13上間隔設置一圈螺孔18。而輸出法蘭14包含圓盤19，圓盤19的中心延伸垂直的中空圓柱20，可插入中空軸17內，另在圓盤19面上，相對應螺孔18的位置，間隔設置一圈複數通孔21。

應力消除單元15為軸承狀，將軸承滑動件22設在圓盤19的圓周上，由螺栓23穿過圓環狀的上軸承蓋24及下軸承蓋25相對應穿孔26，以固定軸承滑動件22，同時將應力消除單元15平行連結在圓盤19的圓周上，可降低應力消除單元15設置推疊的高度，以節省空間。並使應力消除單元15利用軸承滑動件22，在圓盤19的圓周可有限度角度的擺動，而下軸承蓋25在與上軸承蓋24接合面的相反的接合反面27上，間隔凸設複數支撐塊28，使支撐塊28在接合反面27上構成上容納槽29，支撐塊28上並設有複數下支撐孔30，而上軸承蓋24在複數下支撐孔30的相對應位置，亦設有複數上支撐孔31，可讓結合螺栓39穿過上支撐孔31與下支撐孔30。力矩感測器16圓環狀，內環面上相對減速器13的螺孔18位置間隔設置一圈結合孔32，外環設置複數凸環33，各凸環33端面上設置定位槽34，凸環33配合接合反面27的支撐塊28，可插置在支撐塊28間。

圖2中，本發明的關節模組10的動力輸入端12，設置下容納槽35，下容納槽35配合力矩感測器16複數定位槽34的相對應位置，凸設複數定位塊36，讓下容納槽35可容納力矩感測器16，下容納槽35並在下軸承蓋25的支撐塊28的下支撐孔30相對應位置，設置固定螺孔37。

圖3中，本發明的關節模組10組合力矩感測器16時，先利用螺栓23穿過應力消除單元15的上軸承蓋24及下軸承蓋25相對應穿孔26，將軸承滑動件22固定在輸出法蘭14的圓盤19圓周，同時將應力消除單元15連 結在輸出法蘭14，再將輸出法蘭14的中空圓柱20，插入動力輸出端11的中空軸17內，藉由鎖合螺栓38依序穿過力矩感測器16的結合孔32與輸出法蘭14的通孔21，讓力矩感測器16進入應力消除單元15的下軸承蓋25的上容納槽29，最後將鎖合螺栓38鎖入減速器13螺孔18，將力矩感測器16與輸出法蘭14與減速器13結合，形成關節模組10。

圖4中，本發明將力矩感測器16組合關節模組10至動力輸出端11後，本發明關節模組10的動力輸出端11需連接至另一關節模組40的動力輸入端，才能轉動另一關節模組40。為簡化件號的使用，另一關節模組40的動力輸入端與關節模組10相同結構的構件，將沿用原關節模組10的動力輸入端12的件號，合先敘明。關節模組10與另一關節模組40連接時，將組合在關節模組10的動力輸出端11的力矩感測器16，讓力矩感測器16的凸環33的定位槽34，嵌入下容納槽35的定位塊36，定位塊36與定位槽34可形成點、線或面的接觸，以利力矩感測器16置入另一關節模組40的下容納槽35，再利用結合螺栓39穿過上軸承蓋24的上支撐孔31與下軸承蓋25的支撐塊28的下支撐孔30，將結合螺栓39鎖入下容納槽35的固定螺孔37中，固定支撐塊28，以連接另一關節模組40。

圖5中，當關節模組10完成連接另一關節模組40後，由於下軸承蓋25間隔凸設的複數支撐塊28鎖合在固定螺孔37，利用凸設支撐塊28維持上容納槽29與下容納槽35與力矩感測器16的間隙H，以避免力矩感測器16被上容納槽29與下容納槽35夾住。同時上容納槽29與下容納槽35大於力矩感測器16的空間，因此容納力矩感測器16時，力矩感測器16除緊鎖在輸出法蘭14的圓盤19，及受下容納槽35的定位塊36定位外，力矩感測器16並 未被其他結構限制，可避免受到其他力矩或應力的干擾。

請再參圖4，本發明關節模組10應用運作時，當關節模組10例如馬達等動力轉動減速器13時，減速器13經由轉動輸出法蘭14，帶動力矩感測器16轉動，力矩感測器16利用凸環33的定位槽34(參圖3)，推動下容納槽35的定位塊36，轉動另一關節模組40，由於轉動慣性，讓力矩感測器16產生變形，而可偵測到轉動扭力。另一關節模組40再藉由鎖合在固定螺孔37的支撐塊28，轉動應力消除單元15，使應力消除單元15隨著輸出法蘭14轉動，而不會與輸出法蘭14產生相對的旋轉，讓軸承狀的應力消除單元15避免造成磨損，而可增長應力消除單元15的壽命。

當另一關節模組40遭受到外力時，外力產生的動力輸出軸向的轉動扭力，將經由定位塊36推動力矩感測器16的定位槽34，讓力矩感測器16產生變形，而可偵測到外力的轉動扭力，進行關節模組10扭力補償，以正常運作。但當另一關節模組40遭受到的外力F，產生非動力輸出軸向的轉動扭力或應力時，另一關節模組40將經由鎖合在固定螺孔37的支撐塊28，傳輸外力至關節模組10的應力消除單元15，而應力消除單元15藉由軸承滑動件22，在輸出法蘭14圓盤19的圓周進行有限度角度的擺動，輸出法蘭14由於插入中空軸17的中空圓柱20支撐，維持在動力輸出軸向，不隨應力消除單元15擺動，而擺動的應力消除單元15，因與力矩感測器16維持間隙H，可避免讓外力F傳至力矩感測器16，以防力矩感測器16形成偵測扭力的干擾。

此外，另一關節模組40的外力F產生非動力輸出軸向的轉動扭力或應力，也可能經由下容納槽35的定位塊36(參圖3)，推擠接觸的關節 模組10中力矩感測器16的定位槽34，形成偵測扭力的干擾。如圖6所示，為本發明另一實施例關節模組動力輸入端組合力矩感測器的上視圖。本實施例的另一關節模組50將力矩感測器51的定位槽52，與下容納槽53的定位塊54間增加空隙，避免外力F產生非動力輸出軸向的轉動扭力或應力，經由定位塊54推擠力矩感測器51的定位槽52，以防偵測扭力的干擾。此外，本實施例亦可在定位槽52與定位塊54間的空隙，置入潤滑介質55，以減少定位塊54推擠力矩感測器51的定位槽52，以減少偵測扭力的干擾。

因此，本發明消除力的關節模組，就可藉由在輸出法蘭周緣設置應力消除單元，消除其他軸向傳遞的應力，並可節省應力消除單元堆疊空間，且讓應力消除單元隨輸出法蘭轉動，增加應力消除單元使用壽命。同時，本發明利用力矩感測器組裝在上容納槽與下容納槽間，留有間隙，避免受到螺絲鎖附的緊迫，且可利用力矩感測器的定位槽，推動下容納槽的定位塊，減少推擠接觸，而可大幅降低其他方向接觸傳入其他軸向應力，達到提高扭力量測的精準度的發明目的。

以上所述者，僅為用以方便說明本發明之實施例，本發明之範圍不限於該等實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。

10:關節模組

14:輸出法蘭

15:應力消除單元

16:力矩感測器

24:上軸承蓋

25:下軸承蓋

28:支撐塊

30:下支撐孔

34:定位槽

36:定位塊

38:鎖合螺栓

Claims (10)

1. 一種消除應力的關節模組，具有相互垂直的動力輸出端及動力輸入端，其動力輸出端包含：

   減速器，由關節模組的動力轉動，在關節模組的中空軸的動力輸出軸向轉動；

   輸出法蘭，在圓盤的中心延伸垂直的中空圓柱，圓盤鎖合在減速器，中空圓柱插入該中空軸；

   應力消除單元，將滑動件設在該圓盤的圓周上，由上軸承蓋及下軸承蓋固定滑動件，下軸承蓋的接合反面上，間隔凸設複數支撐塊，構成上容納槽；

   力矩感測器，為圓環狀，內環鎖合在該圓盤，外環設置複數凸環，各凸環端面上設置定位槽，凸環插置在該支撐塊間；

   其動力輸入端，包含下容納槽，下容納槽凸設複數定位塊，並設置固定螺孔；

   其中，該支撐塊配合鎖合該固定螺孔，使上容納槽與下容納槽間留有空隙包夾力矩感測器，並讓力矩感測器的定位槽嵌入定位塊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之消除應力的關節模組，其中該減速器上間隔設置一圈螺孔，該圓盤面上，相對應該螺孔的位置，間隔設置一圈複數通孔，該力矩感測器，內環面上相對該螺孔位置間隔設置一圈結合孔，藉由一鎖合螺栓穿過該結合孔與該通孔鎖入該螺孔，將力矩感測器及輸出法蘭鎖至減速器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之消除應力的關節模組，其中該應力消除單 元為軸承狀。
4. 如申請專利範圍第3項所述之消除應力的關節模組，其中該應力消除單元藉由一螺栓穿過上軸承蓋及下軸承蓋相對應穿孔，以固定該滑動件，同時將應力消除單元平行連結在輸出法蘭。
5. 如申請專利範圍第4項所述之消除應力的關節模組，其中該應力消除單元利用滑動件，在輸出法蘭的圓盤的圓周有限度角度的擺動。
6. 如申請專利範圍第4項所述之消除應力的關節模組，其中該應力消除單元隨著輸出法蘭轉動，讓應力消除單元避免磨損。
7. 如申請專利範圍第1項所述之消除應力的關節模組，其中該支撐塊設有複數下支撐孔，上軸承蓋相對應設有複數上支撐孔，藉由一結合螺栓穿過上支撐孔與下支撐孔，將支撐塊鎖合至另一關節模組的動力輸入端的固定螺孔。
8. 如申請專利範圍第7項所述之消除應力的關節模組，其中該支撐塊鎖合在固定螺孔，利用凸設支撐塊維持上容納槽與下容納槽與力矩感測器的間隙。
9. 如申請專利範圍第1項所述之消除應力的關節模組，其中該力矩感測器的定位槽，與下容納槽的定位塊間增加空隙。
10. 如申請專利範圍第1項所述之消除應力的關節模組，其中該定位槽與定位塊間的空隙，置入潤滑介質。

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