球坐标转向机构制造技术

本发明专利技术案是一种机构由十二轴几何构建且可依循球坐标运动操控之球坐标转向机构，使此十二轴扭力得以经由四组弧杆组并联且串联整合输出。简言之:群策群力,互不背负。是空间并联机构的特征,也是球坐标转向机构的发明专利技术动机。假定总需求的功率输出相同,相较升压增速的单一高压马达需经减速机才再扩增扭力的串接构型,多组低压马达并联构型直接扩增扭力,主动输出三自由度扭力,减少能源换损于减速机械耗损。本发明专利技术可应用于复合加工中心机或多次元检测量床或极限运动之运转，亦可应于机械人的肩关结或髋关结。的肩关结或髋关结。的肩关结或髋关结。

【技术实现步骤摘要】
球坐标转向机构


[0001]本专利技术是一种机构由十二轴几何构建且可依循球坐标运动操控，可应用于多轴复合加工中心机或多次元检测量床或极限运动仿真器之运转平台，亦可应于机械人的肩关结或髋关结。

技术介绍

[0002]本案乃参考本案申请人之三件前案，第一前案(US8579714B2)、第二前案(US9579786B2,EP2863102,CN104511904A,特愿JP2014
‑
196071)证及第三前案(US9851045B2,EP3196532,CN107030682B,特愿JP2017
‑
005465)
[0003]本案承袭三件前案之十二轴几何构型，使此十二轴扭力得以经由四组弧杆组并联且串联整合输出，第一前案提示各种奇异现象与其因应的几何限制。第二前案二型基本环轨设定。第三前案新增特征：将二组几何四面体结构之其中一组，拆分为各自独立的二几何弧形所各自构建成的二端框结构，另一组几何四面体结构，保留原几何定义。
[0004]本案承袭三件前案新增特征：四组弧杆组通过新增时规皮带及齿轮等传动组件，以使基接驱动模块1m能同步转动基接弧杆1c，并使端接驱动模块2m能同步转动端接弧杆2c。原则上，本案图页说明及组件序号皆延用第三前案，以便简易剖析对比差异。但是相较第三前案之明显差异，本案又特别新增图3C、图4C、图5C及图6C。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种十二轴机构，包含：一组基框组、二组端框组、四组弧杆组、至少一组基接驱动组、至少一组端接驱动组及至多二组曲柄组。上述十二轴机构之至多二组曲柄组，至多二组指可为二组、一组或不含曲柄组。本专利技术将至多二组之实施例列举为独立权利要求1。但为使明确周延，本专利技术遂将不含曲柄组之实施例，增列独立权利要求8，权利要求8仍包含一组基框组、二组端框组、四组弧杆组、至少一组基接驱动组及至少一组端接驱动组。
[0006]为让本专利技术之目的、特征和优点更能明显易懂，下文将详述各组合件之几何定义及设计规范与参数限制，最后提供实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各模块仅是示意，并未按照各模块的实际比例进行绘示。
附图说明
[0007]图1A～图1B为基框结构之设计样态一的几何定义图与立体视图。
[0008]图2A～图2B为基框结构之设计样态二的几何定义图与立体视图。
[0009]图3A～图3C为基框结构之设计样态一的几何定义图与立体视图。
[0010]图4A～图4C为基框结构之设计样态二的几何定义图与立体视图。
[0011]图5A～图5C为弧杆组之环轨设定一的几何定义图与立体视图。
[0012]图6A～图6C为弧杆组之环轨设定二的几何定义图与立体视图。
[0013]图7A～图7B为弧杆组之环轨设定一的几何定义图与立体视图。
[0014]图8A～图8B为弧杆组之环轨设定二的几何定义图与立体视图。
[0015]图9A～图9B为曲柄组之样态一的几何定义图与立体视图。
[0016]图10A～图10B为曲柄组之样态二的几何定义图与立体视图。
[0017]图11A～图11C为第一实施例之三视图由弧杆组之环轨设定一配装单曲柄组。
[0018]图12A～图12C为第二实施例之三视图由弧杆组之环轨设定二配装单曲柄组。
[0019]图13A～图13C为第三实施例之三视图由弧杆组之环轨设定一配装双曲柄组。
[0020]图14A～图14C为第四实施例之三视图由弧杆组之环轨设定二配装双曲柄组。
[0021]图15A～图15C为第五实施例之三视图由弧杆组之环轨设定一无配装曲柄组。
[0022]图16A～图16C为第六实施例之三视图由弧杆组之环轨设定二无配装曲柄组。
[0023]附图序号说明：
[0024]基框转动模块0a、基框转动模块0a之外管轴0a1、基框转动模块0a之内管轴0a2、基框结构0c、基接弧杆1c、基接驱动齿轮1g、基接从动齿轮1h、基接驱动模块1m、弧杆转动模块2a、时规皮带2b、端接弧杆2c、端接驱动齿轮2g、端接从动齿轮2h、端接驱动模块2m、基接皮带轮2p、端接皮带轮2q、同步惰轮2z、曲柄转动模块3a、弧形曲柄3c、曲柄承载3s、端框转动模块4a、端框结构4c及端框酬载4s。
具体实施方式
[0025]本案为一种机构由十二轴几何构建且可依循球坐标运动操控，包含：一组基框组、二组端框组、四组弧杆组、至少一组基接驱动组、至少一组端接驱动组及至多二组曲柄组。
[0026]基框组包含由数个弧框组成之一基框结构0c及安装于该基框结构0c之四基框转动模块0a，每一基框转动模块0a包含：外管轴0a1与内管轴0a2，使该基框转动模块0a之外管轴0a1与内管轴0a2同轴转动，外管轴0a1区分为驱动端及从动端，内管轴0a2区分为驱动端及从动端；该基框结构0c上具有四端角可定义一基框几何四面体，界定该四基框转动模块0a的输出轴线，标示为单位向量U
i
，其中i＝1～4，分别与该基框几何四面体的四角心线重合，且此四角心线向心交会于基框结构0a中心点。基框结构0c固装四基框转动模块0a，任二基框转动模块0a的输出轴线间的夹角，几何标示为Λ
ij
＝ArcCos(U
i
·
U
j
)，其中i≠j。任二基框转动模块0a输出轴线间之夹角皆大于75度且小于150度，即：75
°
<Λ
ij
<150
°
。基框结构几何定义如图1A、图2A、图3A及图4A。
[0027]根据第一前案揭露，基框结构0c的几何定义若为正四面体，因其单一对称的特性较易于参数设计与运算模拟。如此则基框结构0c的各角心线间的六夹角皆相等约109.5
°
，即：Λ
12
＝Λ
13
＝Λ
14
＝Λ
23
＝Λ
24
＝Λ
34
≒109.5
°
。第一前案已经明确提示且具体分析需注意正四面体最易发生奇异现象，故为避免奇异，基框结构0c的几何定义不必为正四面体。
[0028]二组端框组，每组端框组包含一端框结构4c及安装于该端框结构4c之二端框转动模块4a，该端框结构4c上具有二端角可定义一端框几何弧形，界定该二端框转动模块4a的输出轴线分别与该端框几何弧形的二角心线角心线重合，且此二角心线向心交会于基框结构中心点，以使该端框组环轨同中心点绕转。基框结构0c之几何轨道半径标示为r0，如图1A及图2A。端框结构4c之几何轨道半径标示为r4，如图7A及图8A。
[0029]第一组端框结构上二端框转动模块4a之输出轴线，标示为单位向量V1及V2，该二端
框转动模块4a之二输出轴线间夹角，几何标示为λ
12
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由十二轴几何构建且可依循球坐标运动操控的机构，包含：一组基框组，该基框组包含由数个弧框组成之一基框结构及安装于该基框结构之四基框转动模块，该基框结构上具有四端角可定义一基框几何四面体，界定该四基框转动模块的输出轴线分别与该基框几何四面体的四角心线重合，且此四角心线向心交会于基框结构中心点，其中任二基框转动模块输出轴线间之夹角皆大于75度且小于150度，每一基框转动模块包含：外管轴与内管轴，使该基框转动模块之外管轴与内管轴同轴转动，外管轴区分为驱动端及从动端，内管轴区分为驱动端及从动端；二组端框组，每组端框组包含一端框结构及安装于该端框结构之二端框转动模块，该端框结构上具有二端角可定义一端框几何弧形，界定该二端框转动模块的输出轴线分别与该端框几何弧形的二角心线角心线重合，且此二角心线向心交会于基框结构中心，以使该端框组环轨同中心点绕转，其中每组端框组之端框转动模块的二输出轴线间之夹角皆大于75度且小于150度；四组弧杆组，每组弧杆组包含一基接弧杆、一端接弧杆、一弧杆转动模块、一基接皮带轮、一端接皮带轮、一时规皮带、及至少一对同步惰轮；该基接弧杆可区分为基接端与端接端，该端接弧杆可区分为基接端与端接端，该基接弧杆之端接端与该端接弧杆之基接端经由该弧杆转动模块共轴转动，使该基接弧杆基接端同轴锁固于该基框转动模块之内管轴驱动端；该端接弧杆之端接端与一端框转动模块共轴转动，该端接弧杆之端接端与一端框转动模块共轴转动，且弧杆转动模块的输出轴线常态指向该基框中心点，以使该弧杆组环轨同中心点绕转于该基框结构与该二端框结构之间，其中任二基框转动模块输出轴线间之夹角小于或等于相对应之二基接弧杆弧长之和，其中任一端框之二端框转动模块输出轴线间之夹角小于或等于相对应之二端接弧杆的弧长之和；使该基接皮带轮同轴锁固于基框转动模块之内管轴驱动端；使该端接皮带轮同轴锁固于该端接弧杆之基接端，且使该端接皮带轮同轴连接于弧杆转动模块；使该至少一对同步惰轮分别轴承于该基接弧杆之杆侧两面，并使该至少一对同步惰轮之轮沿不超出该基接弧杆之杆弧外沿；使该时规皮带之一端与该基接皮带轮啮合转动，且使该时规皮带之另一端与该端接皮带轮啮合转动，并通过该至少一对同步惰轮调整该时规皮带之方向及张紧度；以使该基接皮带轮通过该时规皮带驱动该端接皮带轮；至少一组基接驱动组包含一基接驱动模块、一基接驱动齿轮及一基接从动齿轮；使该基接驱动齿轮锁固于该基接驱动模块之出力轴端；使该基接从动齿轮同轴锁固于该基框转动模块之外管轴之从动端；使该基接驱动齿轮与该基接从动齿轮之轴心距为该二齿轮基准半径和，使该基接驱动齿轮与该基接从动齿轮对齿啮合，以使该基接驱动模块通过该基接驱动齿轮同步转动该基接从动齿轮；至少一组端接驱动组包含一端接驱动模块、一端接驱动齿轮及一端接从动齿轮；使该端接驱动齿轮锁固于该端接驱动模块之出力轴端，使该端接从动齿轮同轴锁固于该基框转动模块之内管轴从动端；使该端接驱动齿轮与该端接从动齿轮之轴心距为该二齿轮基准半径和，使该端接驱动齿轮与该端接从动齿轮对齿啮合，以使该端接驱动模块通过该端接驱动齿轮同步转动该端接从动齿轮；及至多二组曲柄组，每组曲柄组包含一弧形曲柄及一曲柄转动模块，该弧形曲柄一端固装一延伸杆相对于基框结构之反侧向心延伸，该弧形曲柄之另一端与基接弧杆共轴套装于
一基框转动模块，以使该弧形曲柄可环轨同中心点绕转，该曲柄转动模块与该基框转动模块共轴套装，该曲柄转动模块可适时驱动该弧形曲柄以回避基框结构与任一基接弧杆可能干涉，其中该弧形曲柄的弧长小于或等于90度。2.如权利要求1所述的机构，其中每组基接驱动组之基接驱动齿轮与基接从动齿轮之轴心距为零，使基接驱动模块同轴锁固于基框转动模块之外管轴从动端。3.如权利要求1所述的机构，其中每组端接驱动组之端接驱动齿轮与端接从动齿轮之轴心距为零，使该端接驱动模块同轴锁固于该基框转动模块之内管轴从动端。4.如权利要求1所述的机构，其中每组端框组可加安置一端框承载座于该端框结构之端接弧杆反向端侧，以装设一酬载物。5.如权利要求1所述的机构，每组曲柄组可加安置一曲柄承载座于该弧形曲柄之延伸杆相对于基框结构反向端侧，以装设一酬载物。6.如权利要求1所述的机构，其中该基框转动模块为扭力输出器、角度检知器、轴芯与轴承所组合或三者之一，该端框转动模块为扭力输出器、角度检知器、轴芯与轴承所组合或三者之一，该弧杆转动模...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文德，林淑青，
申请(专利权)人：崔文德，
类型：发明
国别省市：