[發明專利]平面關節型機器人驅動機構及其驅動方法

有效

• 申請號: 201210567647.3
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103895013A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 彭志誠;王兆祥;吳信賢
• 申請（專利權）人: 臺達自働化股份有限公司
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明是有關于一種機器人驅動機構及其驅動方法，且特別是有關于一種平面關節型機器人驅動機構及其驅動方法。

背景技術

傳統的平面關節型機器人運用一水平旋臂在一本體上進行水平面上的旋轉位移，又或是利用多根水平旋臂彼此銜接后定位在本體上，以達成更復雜的水平面位移運動。前述平面關節型機器人皆必須在水平旋臂（若多根銜接水平旋臂則指最末的水平旋臂）最末端上制作一垂直軸向的工作軸，此工作軸通常必須執行垂直升降與旋轉二種運動。

前述工作軸的設計復雜且結構繁多，現今市場上最常見的工作軸包含二馬達、一線性滑軌(Linear?Way?or?Guide)、一滾珠螺桿(Ball?Screw)、及一滾珠花鍵(Ball?Spline)設計，前述馬達、線性滑軌、滾珠螺桿、及滾珠花鍵皆安裝在水平旋臂最末端，利用其一馬達帶動滾珠螺桿產生升降動作，而另一馬達則帶動滾珠花鍵旋轉，運用前述機構同步配合后，方能達成習用工作軸垂直升降與旋轉的二種工作需求。但是，前述設計仍會遇到以下問題：

其一，二臺馬達及新增線性滑軌的結構復雜，元件成本也隨之提升。

其二，前述習用設計二臺馬達及線性滑軌的重量將會造成平面關節型機器人末端水平旋臂的較大負荷，而重量加重造成的運動慣量增加，更讓水平旋臂穩定性及驅動能量皆產生問題。

其三，此習用利用其中一臺馬達帶動滾珠螺桿產生升降動作，而另一臺馬達則帶動滾珠花鍵旋轉，二臺馬達配合各項機構的軟硬體控制也十分復雜；而前述習用組裝、保養及維修的成本更會同步提升。

而目前也有另一種習用工作軸能進行垂直升降與旋轉的二種運動，第二種習用技術是在工作軸上制作一滾珠螺桿溝槽(Ball?Screw?Groove)及一滾珠花鍵溝槽(Ball?Spline?Groove)，并且利用二臺馬達分別帶動工作軸的滾珠螺桿襯套(Ball?Screw?Nut)及滾珠花鍵襯套(Ball?Spline?Nut)，借此也能達成習用工作軸垂直升降與旋轉的二種工作需求。但是，第二種習用技術仍遇到以下問題：

其一，在工作軸上制作一滾珠螺桿溝槽及一滾珠花鍵溝槽，會使此工作軸的制作難度增加，此種高復雜性及高精密要求的元件成本更會大幅提升。

其二，前述習用設計二臺馬達的重量還是造成平面關節型機器人末端水平旋臂的較大負荷，而重量加重造成的運動慣量增加，更讓水平旋臂穩定性及驅動能量皆產生問題。

其三，此習用工作軸上制作一滾珠螺桿溝槽及一滾珠花鍵溝槽，再以二臺馬達搭配驅動一滾珠螺桿襯套與一滾珠花鍵襯套，此種組裝難度高。而利用二臺馬達進行升降及旋轉動作時，二臺馬達同步配合各項機構的軟硬體控制也十分復雜；故第二種習用技術的組裝、保養及維修成本也難以降低。

以第一種習用來說，使用元件包含滾珠螺桿、線軌、滾珠花鍵、伺服馬達、伺服馬達驅動器等高價的精密機構。而第二種習用使用元件包含一支同時具備一滾珠螺桿溝槽及一滾珠花鍵溝槽的工作軸、伺服馬達、伺服馬達驅動器等高價的精密機構。若是以第一種習用成本為1個基數，則第二種習用的成本更是高達2個基數以上。因此，由于平面關節型機器人對于自動化生產廠房的重要性愈來愈高，現今高價、復雜且穩定性較差的平面關節型機器人已無法滿足產業需求。故本發明人經過長時間的開發研究，終能獲得此全新平面關節型機器人驅動機構及其方法。

發明內容

本發明的一方面是在提供一種平面關節型機器人驅動機構，在避免使用大重量馬達及復雜機構的設計下，利用線性馬達線圈取代傳統馬達，并且運用垂直磁化軸的磁化產生非接觸帶動；不僅反應靈敏、重量減輕，且元件制造組裝成本降低。本發明的平面關節型機器人驅動機構包含有一本體、一關節旋臂、一水平旋臂、一線性馬達線圈及一垂直磁化軸。前述關節旋臂樞裝在本體上，而水平旋臂則樞裝在關節旋臂上。線性馬達線圈則安裝在水平旋臂上。前述垂直磁化軸通過線性馬達線圈而產生一非接觸磁力，且垂直磁化軸在水平旋臂上被線性馬達線圈往復帶動。

依據本發明結構方面的一實施例，本發明的平面關節型機器人驅動機構可以另包含一旋轉軸套，旋轉軸套安裝在水平旋臂上，且旋轉軸套帶動垂直磁化軸進行旋轉。另可以加裝一光學讀取單元，光學讀取單元可旋轉地裝設在旋轉軸套上，且光學讀取單元相對應被旋轉軸套帶動旋轉；而垂直磁化軸上則設有一光學尺，且光學尺沿垂直磁化軸軸向延伸，通過光學讀取單元可以讀取光學尺數據，以供使用者判斷垂直磁化軸的升降位置。