TWM451227U

TWM451227U - 端效器模組

Info

Publication number: TWM451227U
Application number: TW101221474U
Authority: TW
Inventors: Pei-Rui Wang; Zhe-Hao Wu
Original assignee: Prec Machinery Res & Dev Ct
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-04-21

Description

端效器模組

　　本創作與端效器模組有關，尤指一種各指節分別具有驅動裝置驅動微調以適於夾取物品各面向表面的端效器模組。

　　按，習用之端效器結構如美國專利第US5501498號所揭露者，其乃依靠手指末節與物品間的摩擦力來夾取物品，易受夾取角度或物品尺寸大小、表面光滑程度等因素影響，而有夾取不牢固的情形產生。

　　而另一個習用的端效器結構如美國專利公開第2010/0156125號所揭露者，其利用氣壓及連桿、彈簧的組合驅動手指樞轉，藉此形成夾取物品的動作，且此習用的端效器之指節末端設有吸取裝置，可利用吸力吸取物品，以改善上述利用摩擦力夾取物品的缺點。

　　惟雖然此習用裝置的手指部分具有三節，而類似人類手指可分段彎曲，且於其指節末端處具備吸力設計，但其亦僅能如人類手指般朝掌心方向彎折樞轉，亦即每隻手指的運動模式僅具有一個自由度，而無法達成較精細的指節角度調整，其吸取裝置的位置難以移動到對應於物品表面的法線方向上，進而於選定的吸取點上依法線方向迫近並吸取之，造成夾取效果不彰的缺點。細言之，此習用裝置僅適於異型物品之包覆性抓取與吸附功能，無法達成依選擇吸取點精確依法線方向迫近及吸取之工業用途。

　　另一習用端效器結構如日本公開特許P2010-155331A，為一採特殊設計之吸取裝置以及其機械手，其設計可使吸取裝置由法線方向迫近並吸取物品，惟其機械手為固定結構，無法對應夾取形狀多變之物體。

　　有鑑於此，故如何解決上述問題即為本創作所欲解決之首要課題，因此本案創作人乃經過不斷的苦思與試作後，才終於有本創作之產生。

　　本創作之主要目的在於解決上述的問題而提供一種端效器模組，其利用設於各指節中的馬達驅動齒輪，以帶動整隻指臂自轉，同時亦可驅動另一組齒輪以帶動下一個指節進行彎折，藉此令本創作之手指具有多個自由度，而可適於夾取各種具不同面向表面的物品。

　　為達前述之目的，本創作提供一種端效器模組，其包括有一掌座，且自該掌座朝同一側伸設出數個指臂，各指臂依序以一起始指節、一第一中間節、一第二中間節及一末端指節逐個樞接組成，其中：
　　該起始指節設有一第一驅動機構，用以驅動該第一中間節樞轉而相對於該起始指節彎折，且該第一驅動機構亦可用以驅動該第一中間節連帶該第二中間節及該末端指節一起自轉；
　　該第一中間節設有一第二驅動機構，用以驅動該第二中間節樞轉而相對於該第一中間節彎折；
　　該第二中間節設有一第三驅動機構，用以驅動該末端指節樞轉而相對於該第二中間節彎折；
　　藉此各指臂分別藉由其自轉及其各指節樞轉的相對彎折，俾供調整設於該末端指節上的吸取裝置之位置，以令該吸取裝置移動至被夾取物表面一選定之吸取點的法線方向上，且沿該法線方向迫近以吸取此物。

　　而本創作之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中獲得深入了解。當然本創作在某些另件或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例則於本說明書中予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。

　　請參閱第１、２圖，為本創作所提供之端效器模組，其包括有一掌座１，且自該掌座１朝同一側伸設出數個指臂Ａ，各指臂Ａ依序以一起始指節２、一第一中間節３、一第二中間節４及一末端指節５逐個樞接組成，各段指節之結構詳述如下。

　　該起始指節２自該掌座１伸出，該起始指節２具有一殼體２１，該殼體２１內設有側向相鄰的第一馬達２２及第二馬達２３，該第一馬達２２伸設有一第一傳動軸２２１，該第二馬達２３伸設有一第二傳動軸２３１，其中該第一傳動軸２２１軸向固接一主動齒輪２４，俾供該第一馬達２２直接驅動主動齒輪２４轉動，而該第二傳動軸２３１以一軸承２５１樞接有一被動齒輪２５，令該第二馬達２３不會直接驅動被動齒輪２５轉動；其中於本實施例中，該第一馬達２２與該第二馬達２３分別先連接一減速機２６、２７再連接至對應的齒輪２４、２５，用以調整各齒輪２４、２５受馬達帶動的轉速。承上，另請搭配參閱第２圖及第３圖，該主動齒輪２４與該被動齒輪２５相互嚙合，以藉由主動齒輪２４帶動被動齒輪２５轉動，而該被動齒輪２５的盤面上固設有一第一傘形齒輪２５２，可隨該被動齒輪２５轉動而同步轉動。又該第二傳動軸２３１穿過該被動齒輪２５及第一傘形齒輪２５２而於末端形成一連接端２３１１，該連接端２３１１上貫設有一樞孔２３１２，其中於本實施例中，該樞孔２３１２中設有一軸承２３１３。

　　該第一中間節３亦具有一殼體３１，其一端設有一連接部３２，該連接部３２為一對呈間隔設置的柱體３２１，而有一樞軸３３橫向穿過兩柱體３２１及其間的空隙３２２並與該連接部３２固結，且該第二傳動軸２３１之連接端２３１１伸入上述的空隙３２２，該樞軸３３乃穿過該連接端２３１１之樞孔２３１２而可於樞孔２３１２中轉動，並帶著該第一中間節３樞轉。而該樞軸３３之一端樞設有一與該第一傘形齒輪２５２嚙合之第二傘形齒輪３４，該第二傘形齒輪３４可受該第一馬達２２的驅動，經第一傳動軸２２１、主動齒輪２４、被動齒輪２５及第一傘形齒輪２５２的傳動而轉動，並帶動該樞軸３３轉動而樞轉該第一中間節３。此外於本實施例中，第一中間節３之連接部３２的樞軸３３上相對於該第二傘形齒輪３４之一端以一軸承３５１樞接有一與該第一傘形齒輪２５２嚙合之第七傘形齒輪３５，用以於該樞軸３３上做為與該第二傘形齒輪３４的旋轉慣性平衡之用，其中該第七傘形齒輪３５可受該第一傘形齒輪２５２之帶動而相對於上述之樞軸３３空轉，而不影響端效器整體的運作。而該第一中間節３於其殼體３１內設有一第三馬達３６，其連接一減速機３７後再接設一第三傘形齒輪３８，且該第一中間節３之殼體３１靠近該第三傘形齒輪３８處設有一樞接部３９，用以向下樞接該第二中間節４。

　　而該第二中間節４亦具有一殼體４１，其一端設有一連接部４２，該連接部４２為一對呈間隔設置的柱體４２１，二柱體４２１上固設有一橫向的樞軸４３，其中此樞軸４３乃穿過該第一中間節３的樞接部３９，而令該第二中間節４可相對該第一中間節３樞轉，且於此樞軸４３上設有一與該第三傘形齒輪３８嚙合的第四傘形齒輪４４，俾透過第三傘形齒輪３８的轉動帶動第四傘形齒輪４４，而帶動該樞軸４３轉動，藉以樞轉該第二中間節４。此外，該第二中間節４於其殼體４１內設有一第四馬達４５，其連接一減速機４６後再接設一第五傘形齒輪４７，且該第二中間節４之殼體４１靠近該第五傘形齒輪４７處設有一樞接部４８，用以向下樞接該末端指節５。

　　該末端指節５之一端設有一連接部５１，前述連接部５１為一對設於末端指節５兩側的翼部５１１，二翼部５１１上固設有一橫向的樞軸５２，其中此樞軸５２乃穿設於該第二中間節４的樞接部４８，而令該末端指節５可相對該第二中間節４樞轉，且於此樞軸５２上設有一與該第五傘形齒輪４７嚙合的第六傘形齒輪５３，俾透過第五傘形齒輪４７的轉動帶動第六傘形齒輪５３，而帶動該樞軸５２轉動，藉以樞轉該末端指節５。此外，該末端指節５相對於其連接部５１之一端設有一吸取裝置５４，用以吸附住物體表面而令抓取動作更牢固。

　　以上所述之構件乃組成本創作之端效器模組的其中一隻指臂，而於本實施例中如第１圖所示，此端效器模組以一掌座１及三指臂Ａ組合而成，並透過設於各指節中的馬達分別驅動各指節進行動作，其中包括有指臂Ａ的自轉及各指節間的相對彎折，而可由下述三種作動方式達成。

　　其一，如第４圖所示，當該第一馬達２２作動且該第二馬達２３不作動時，該第一馬達２２透過其第一傳動軸２２１驅動該主動齒輪２４轉動，並帶動與其嚙合之被動齒輪２５，令設於其上的第一傘形齒輪２５２同步轉動而帶動該第一中間節３的第二傘形齒輪３４，藉此，固定於第一中間節３連接部３２之樞軸３３於該第二傳動軸２３１連接端２３１１之樞孔２３１２中樞轉，進而帶動該第一中間節３產生相對於起始指節２的樞轉，形成相對彎折的動作。順帶一提的是，該第二中間節及該末端指節的彎折動作亦以傘形齒輪轉換馬達傳動方向，用以產生彎折動作，在此則不再詳述。

　　其二，如第５、６圖所示，當該第一馬達２２不作動且該第二馬達２３作動時，該第二傳動軸２３１乃直接將旋轉的動作傳動至其所連接的第一中間節３以下的部分（包括第一中間節３、第二中間節４及末端指節５），而令上述部分產生自轉；此外，於此同時，第一中間節３的自轉將帶動該第二傘形齒輪３４於該第一傘形齒輪２５２上轉動，而令第一中間節３以下的部分產生相對於起始指節２的彎折動作，故整體觀之，此作動方式將形成端效器指臂Ａ同時的自轉及彎折兩種動作。

　　其三，如第７圖所示，若欲使端效器之指臂Ａ僅產生自轉的動作，則須同時啟動第一馬達２２及第二馬達２３，其中如同上段所述，該第二馬達２３直接驅動指臂Ａ產生自轉，然後再透過兩馬達２２、２３的減速機２６、２７適當地調整該第二傳動軸２３１及第一中間節３之樞軸３３的轉速，令二者轉速一致，即可使該第二傘形齒輪３４的轉動形同空轉而不會帶動該第一中間節３以下的部分進行樞轉而彎折，整體觀之，此作動方式令端效器僅呈現指臂Ａ自轉的動作。

　　藉由以上三個作動方式，可控制端效器的指臂進行自轉及相對彎折的動作，藉此令各指臂形成具有四個自由度的動作模組，且可透過三個指節各自獨立的馬達控制齒輪轉動，將位於該末端指節上的吸取裝置進行精細的位置調整，令其如第８圖所示地移動至被夾取物Ｏ之表面上一選定之吸取點Ｐ的法線方向Ｎ上，並沿該法線方向Ｎ迫近並吸取物體，藉此牢固地夾取物體而可避免掉落；此外，如前述之各指臂Ａ的動作分別具有四個自由度，而令本創作之端效器具有多種夾取方向的組合，適於夾取各種具有不同面向表面的物體，提升端效器應用範圍以及夾取效果。

　　再者，上述之吸取裝置５４包括有一吸盤５４１及一線路５４２，其作動模式則於如前述的透過具四個自由度的端效器指臂Ａ將該吸盤５４１沿物體表面選定吸取點的法線方向迫近吸取點，並以該線路５４２控制該吸盤５４１吸取物體。而此吸取裝置５４具有兩種實施態樣。其一，該吸取裝置５４之吸盤５４１以電磁鐵組成，用以夾取可感磁的物體。將該吸取裝置５４移動至如前述之夾取物體的適當位置後，以該線路５４２通以電流令該吸盤５４１產生磁性，俾供以磁力牢固地吸取住被夾取物Ｏ。其二，該吸取裝置５４之線路５４２為一風管，該風管可吹出及吸入空氣，以供該吸盤５４１產生對被夾取物Ｏ的吸力，其中當該風管吸入空氣時，可令該吸盤５４１內的氣壓降低而產生對被夾取物Ｏ的吸附力；而此吸取裝置５４亦可應用白努力定理(Bernoulli’s Law)，當該風管對被夾取物Ｏ吹出空氣時，藉由空氣流經被夾取物Ｏ各表面的速度不同，因此造成壓力差而產生一將被夾取物Ｏ推向該吸盤５４１之力量，令該吸盤５４１吸附被夾取物Ｏ。

　　以上所述實施例之揭示乃用以說明本創作，並非用以限制本創作，故數量之變更或等效元件之置換仍應隸屬本創作之範疇。由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本創作的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。

１‧‧‧掌座
２‧‧‧起始指節

２１‧‧‧殼體
２２‧‧‧第一馬達

２２１‧‧‧第一傳動軸
２３‧‧‧第二馬達

２３１‧‧‧第二傳動軸
２３１１‧‧‧連接端

２３１２‧‧‧樞孔
２３１３‧‧‧軸承

２４‧‧‧主動齒輪
２５‧‧‧被動齒輪

２５１‧‧‧軸承
２５２‧‧‧第一傘形齒輪

２６、２７‧‧‧減速機
３‧‧‧第一中間節

３１‧‧‧殼體
３２‧‧‧連接部

３２１‧‧‧柱體
３２２‧‧‧空隙

３３‧‧‧樞軸
３４‧‧‧第二傘形齒輪

３５‧‧‧第七傘形齒輪
３５１‧‧‧軸承

３６‧‧‧第三馬達
３７‧‧‧減速機

３８‧‧‧第三傘形齒輪
３９‧‧‧樞接部

４‧‧‧第二中間節
４１‧‧‧殼體

４２‧‧‧連接部
４２１‧‧‧柱體

４３‧‧‧樞軸
４４‧‧‧第四傘形齒輪

４５‧‧‧第四馬達
４６‧‧‧減速機

４７‧‧‧第五傘形齒輪
４８‧‧‧樞接部

５‧‧‧末端指節
５１‧‧‧連接部

５１１‧‧‧翼部
５２‧‧‧樞軸

５３‧‧‧第六傘形齒輪
５４‧‧‧吸取裝置

５４１‧‧‧吸盤
５４２‧‧‧線路

Ａ‧‧‧指臂
Ｎ‧‧‧法線方向

Ｏ‧‧‧被夾取物
Ｐ‧‧‧吸取點

第１圖為本創作之立體示意圖

第２圖為本創作指臂之立體分解示意圖

第３圖為本創作起始指節與第一中間節間之局部放大示意圖

第４圖為本創作控制指節彎折之動作狀態示意圖

第５、６圖為本創作控制指節同時自轉及彎折之動作狀態示意圖

第７圖為本創作控制指節自轉之動作狀態示意圖

第８圖為本創作夾取物品之使用狀態示意圖

1‧‧‧掌座

2‧‧‧起始指節

2311‧‧‧連接端

24‧‧‧主動齒輪

25‧‧‧被動齒輪

252‧‧‧第一傘形齒輪

3‧‧‧第一中間節

321‧‧‧柱體

33‧‧‧樞軸

34‧‧‧第二傘形齒輪

35‧‧‧第七傘形齒輪

38‧‧‧第三傘形齒輪

39‧‧‧樞接部

4‧‧‧第二中間節

421‧‧‧柱體

43‧‧‧樞軸

44‧‧‧第四傘形齒輪

47‧‧‧第五傘形齒輪

48‧‧‧樞接部

5‧‧‧末端指節

511‧‧‧翼部

52‧‧‧樞軸

53‧‧‧第六傘形齒輪

54‧‧‧吸取裝置

541‧‧‧吸盤

542‧‧‧線路

A‧‧‧指臂

Claims

一種端效器模組，其包括有一掌座，且自該掌座朝同一側伸設出數個指臂，各指臂依序以一起始指節、一第一中間節、一第二中間節及一末端指節逐個樞接組成，其中：
　　該起始指節設有一第一驅動機構，用以驅動該第一中間節樞轉而相對於該起始指節彎折，且該第一驅動機構亦可用以驅動該第一中間節連帶該第二中間節及該末端指節一起自轉；
　　該第一中間節設有一第二驅動機構，用以驅動該第二中間節樞轉而相對於該第一中間節彎折；
　　該第二中間節設有一第三驅動機構，用以驅動該末端指節樞轉而相對於該第二中間節彎折；
　　藉此各指臂分別藉由其自轉及其各指節樞轉的相對彎折，俾供調整設於該末端指節上的吸取裝置之位置，以令該吸取裝置移動至被夾取物表面一選定之吸取點的法線方向上，且沿該法線方向迫近以吸取此物。
依申請專利範圍第１項所述之端效器模組，其中，該吸取裝置包括有一吸盤，其以電磁鐵組成，可通以電流俾供該吸盤產生對被夾取物的磁力。
依申請專利範圍第１項所述之端效器模組，其中，該吸取裝置具有一吸盤及一風管，該風管可吹出及吸入空氣，以供該吸盤產生對被夾取物的吸力。
依申請專利範圍第１項所述之端效器模組，其中，該第一驅動機構包括有設於該起始指節的第一馬達及第二馬達，該第一馬達伸設有一第一傳動軸，該第二馬達伸設有一第二傳動軸，其中該第一傳動軸軸向固接一主動齒輪，而該第二傳動軸以一軸承樞接有一被動齒輪，且該主動齒輪與該被動齒輪相互嚙合，而該被動齒輪上固接有一第一傘形齒輪，該第二傳動軸穿過該被動齒輪及第一傘形齒輪而形成一連接端，該連接端上貫設有一樞孔；而該第一中間節之一端設有一連接部，且有一樞軸橫向固設於該連接部，該樞軸乃穿過該第二傳動軸之樞孔而可於樞孔中轉動，並帶著該第一中間節樞轉，該樞軸之一端樞設有一與該第一傘形齒輪嚙合之第二傘形齒輪，該第二傘形齒輪可受該第一馬達的驅動，經第一傳動軸、主動齒輪、被動齒輪及第一傘形齒輪的傳動而轉動，並帶動該樞軸轉動而樞轉該第一中間節。
依申請專利範圍第４項所述之端效器模組，其中，該第一中間節之連接部的樞軸以一軸承穿設於第二傳動軸之連接端的樞孔中。
依申請專利範圍第４項所述之端效器模組，其中，該第一中間節之連接部的樞軸上相對於該第二傘形齒輪之一端以一軸承樞接有一與該第一傘形齒輪嚙合之第七傘形齒輪，該第七傘形齒輪可受該第一傘形齒輪之帶動而相對於上述之樞軸空轉。
依申請專利範圍第４項所述之端效器模組，其中，該第一馬達及第二馬達各自連接一減速機再連接至對應的齒輪。
依申請專利範圍第１項所述之端效器模組，其中，該第二驅動機構包括有一設於該第一中間節之第三馬達，其接設有一第三傘形齒輪，且該第一中間節靠近該第三傘形齒輪處設有一樞接部；而該第二中間節之一端設有一連接部，其固設有一橫向的樞軸，該第二中間節的樞軸乃穿過該第一中間節的樞接部，且於此樞軸上設有一與該第三傘形齒輪嚙合的第四傘形齒輪，俾透過第三傘形齒輪的轉動帶動第四傘形齒輪，而帶動該第二中間節的樞軸轉動，藉以樞轉該第二中間節。
依申請專利範圍第８項所述之端效器模組，其中，該第三馬達連接一減速機再連接至該第三傘形齒輪。
依申請專利範圍第１項所述之端效器模組，其中，該第三驅動機構包括有一設於該第二中間節之第四馬達，其接設有一第五傘形齒輪，且該第二中間節靠近該第五傘形齒輪處設有一樞接部；而該末端指節之一端設有一連接部，前述連接部上固設有一橫向的樞軸，該末端指節的樞軸乃穿過該第二中間節的樞接部，且於此樞軸上設有一與該第五傘形齒輪嚙合的第六傘形齒輪，俾透過第五傘形齒輪的轉動帶動第六傘形齒輪，而帶動該末端指節的樞軸轉動，藉以樞轉該末端指節。
依申請專利範圍第１０項所述之端效器模組，其中，該第四馬達連接一減速機再連接至該第五傘形齒輪。