机械关节与应用其的机械手臂制造技术

一种机械关节，应用于一机械手臂中，该机械关节包含：一中空轴；一第一齿轮，固定于该中空轴；多个马达，围绕该中空轴设置，每一所述马达分别具有一转轴；多个第二齿轮，分别固定于所述多个转轴并与该第一齿轮啮合，所述多个马达驱动所述多个第二齿轮以使该中空轴转动；一编码器，设置于所述多个马达其中一者且相对于所述多个第二齿轮的一侧；以及一数字处理驱动单元，该编码器的信号回传至该数字处理驱动单元，并根据该信号驱动所述多个马达，其中该数字处理驱动单元与该编码器位于同一平面。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种机械关节与应用其的机械手臂，机械关节包含中空轴、第一齿轮、多个马达、多个第二齿轮、编码器以及数字处理驱动单元。第一齿轮固定于中空轴。马达围绕中空轴设置，每一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮啮合，马达驱动第二齿轮以使中空轴转动。编码器设置于马达其中一者相对于第二齿轮的一侧。编码器的信号回传至数字处理驱动单元，以驱动马达。本专利技术的机械关节中使用多个马达配合齿轮以驱动中空轴转动，可以有效提升中空轴的输出扭力，并降低减速的幅度。使用者更可依照不同的需求，调整马达的数量，改变机械关节的中空轴的扭力与转速。编码器与数字处理驱动单元位于同一平面上，可有效节省空间配置。【专利说明】机械关节与应用其的机械手臂技
本专利技术是有关于一种机械关节，尤其有关于应用于机械手臂中的机械关节。
技术介绍
机械手臂(robot arm)是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连结并且允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。构造上由机械主体、控制器、伺服机构和感应器所组成，并由程式根据作业需求设定一定的指定动作。例如可以通过伺服机构驱动移动机械手臂至定位，接着执行夹钳的动作，并精确的回馈至可编程逻辑的控制器。机械手臂多是以完成腕部以及手部的动作为主要诉求，经由将作业顺序输入控制器后，就能反复完成无数次的正确规律运作。自从机器手臂技术开始发展之后，可以说是应用范围最广泛的自动化机械装置，而许多工业上的组装、搬运、喷漆、焊接等繁重工作，皆能以机器手臂取代人工作业，大幅地提升了作业效率以及人工成本。多轴式机械手臂由于配线结构复杂，且因应轻量化需求，故需要中空式的机械关节设计。现有的中空式机械关节设计多是以环状结构组合而成。又因各个机械手臂尺寸不同，导致元件难以共用，成本便无法降低。
技术实现思路
为克服现有技术中的上述问题，本专利技术的目的就是在提供一种中空式的机械关节与应用其的机械手臂，用以配合不同尺寸的机械手臂需求，并可有效节省配置空间。依照本专利技术一实施方式，提出一种机械关节，应用于机械手臂中，机械关节包含中空轴、第一齿轮、多个马达、多个第二齿轮、编码器以及数字处理驱动单元。第一齿轮固定于中空轴。马达围绕中空轴设置，每一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮啮合，以通过马达驱动第二齿轮以使中空轴转动。编码器设置于马达其中一者且相对于第二齿轮的一侧。编码器的信号回传至数字处理驱动单元以驱动马达。其中编码器与数字处理驱动单元位于同一平面。于本专利技术的一或多个实施例中，马达可同时一齐正向出力输出或一齐负向出力输出。于本专利技术的一或多个实施例中，机械关节还包含第一驱动元件与第二驱动元件，马达包含多个正向出力输出马达与多个负向出力输出马达，第一驱动元件连接数字处理驱动单元与正向出力输出马达，第二驱动元件连接数字处理驱动单元与负向出力输出马达。于本专利技术的一或多个实施例中，数字处理驱动单元包含用以提供转速命令的转速命令元件、用以将转速命令转换为第一转矩命令与一第二转矩命令的转换元件、第一转矩命令元件与第二转矩命令元件。第一转矩命令元件用以接收第一转矩命令并将第一转矩命令转换为第一驱动命令传送至第一驱动元件，以控制正向出力输出马达。第二转矩命令元件用以接收第二转矩命令并将第二转矩命令转换为第二驱动命令传送至第二驱动元件，以控制负向出力输出马达。于本专利技术的一或多个实施例中，第一转矩命令与第二转矩命令为正向时，第一驱动命令为第一转矩命令加上一保持力定值后除以二，第二驱动命令为负的保持力定值除以一O于本专利技术的一或多个实施例中，第一转矩命令与第二转矩命令为负向时，第二驱动命令为第二转矩命令加上一保持力定值后除以二，第一驱动命令为负的保持力定值除以一O于本专利技术的一或多个实施例中，正向出力输出马达与负向出力输出马达共用一直流电源上的电容，正向出力输出马达与负向出力输出马达包含对中空轴作正功的多个正功马达，以及对中空轴做负功的多个负功马达，负功马达所反馈的能量系储存于直流电源上的电容中以供予正功马达使用。于本专利技术的一或多个实施例中，其中马达具有固定关系的电气角。本专利技术的另一实施方式为一种机械手臂，包含第一机械关节、功能性结构、第二机械关节以及连接结构。第一机械关节设置于底部，第一机械关节包含第一中空轴、第一齿轮、多个第一马达、多个第二齿轮、第一编码器与第一数字处理驱动单兀。第一齿轮固定于第一中空轴。第一马达围绕第一中空轴设置，其中第一马达具有固定关系的电气角，每一第一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮哨合，以通过第一马达驱动第二齿轮以使第一中空轴转动。第一编码器设置于第一马达其中一者且相对于第二齿轮的一侦牝第一编码器的信号回传至第一数字处理驱动单元以驱动第一马达。第一编码器与第一数字处理驱动单元位于同一平面。第二机械关节连接功能性结构。第二机械关节包含第二中空轴、第三齿轮、多个第二马达、多个第四齿轮、第二编码器与第二数字处理驱动单元。第三齿轮固定于第二中空轴。第二马达围绕第二中空轴设置，其中第二马达具有固定关系的电气角，每一第二马达分别具有一转轴。第四齿轮固定于转轴并与第三齿轮哨合，以通过第二马达驱动第四齿轮以使第二中空轴转动。第二编码器设置于第二马达其中一者相对于第四齿轮的一侧，第二编码器的信号回传至第二数字处理驱动单元以驱动第二马达。第二编码器与第二数字处理驱动单元位于同一平面。连接结构连接第一机械关节与第二机械关节，其中第一马达的数量大于第二马达的数量。于本专利技术的一或多个实施例中，第一齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数，第三齿轮的齿数大于第四齿轮的齿数。本专利技术的机械关节中使用多个马达配合齿轮以驱动中空轴转动，可以有效提升中空轴的输出扭力，并降低减速的幅度。当机械关节从高速运转到停止时，马达又可分为正向出力输出马达与负向出力输出马达，用以减少机械关节从高速运转到停止时背隙的影响。使用者更可依照不同的需求，调整马达的数量，即可改变机械关节的中空轴的扭力与转速。编码器与数字处理驱动单元位于同一平面上，可有效节省机械关节的空间配置。【专利附图】【附图说明】图1绘示本专利技术的机械关节一实施例的透视图。图2绘不本专利技术的机械关节另一实施例的电路不意图。图3绘示本专利技术的机械关节再一实施例的电路示意图。图4绘示图2中的机械关节的上视图。图5为本专利技术的机械关节中驱动电路的示意图。图6A与图6B分别绘示本专利技术的机械关节中马达排列不同实施例的上视图。图7绘示应用本专利技术的机械关节的机械手臂一实施例的外观示意图。图8A为图7中第一机械关节的剖面示意图。图8B为图7中第二机械关节的剖面示意图。其中，附图标记说明如下:100:机械关节101:上臂102:下臂110:壳体112:第一空穴114:第二空穴120:中空轴130:第一齿轮140、140a、140b、140c、140d、140e、140f:马达142:定子144:转子146:转轴150:第二齿轮I6O:轴承162:端盖170:编码器180:数字处理驱动单元l82a、l82b:驱动元件184:整流器186:直流电源上的电容200:机械手臂210:第一机械关节220:第一中空轴222:第一齿轮230:第一马达232:第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械关节，应用于一机械手臂中，该机械关节包含：一中空轴；一第一齿轮，固定于该中空轴；多个马达，围绕该中空轴设置，每一所述马达分别具有一转轴；多个第二齿轮，分别固定于所述多个转轴并与该第一齿轮啮合，所述多个马达驱动所述多个第二齿轮以使该中空轴转动；一编码器，设置于所述多个马达其中一者且相对于所述多个第二齿轮的一侧；以及一数字处理驱动单元，该编码器的信号回传至该数字处理驱动单元，并根据该信号驱动所述多个马达，其中该数字处理驱动单元与该编码器位于同一平面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡清雄，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：