[发明专利]平面关节型机器人驱动机构及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种机器人驱动机构及其驱动方法，且特别是有关于一种平面关节型机器人驱动机构及其驱动方法。

背景技术

传统的平面关节型机器人运用一水平旋臂在一本体上进行水平面上的旋转位移，又或是利用多根水平旋臂彼此衔接后定位在本体上，以达成更复杂的水平面位移运动。前述平面关节型机器人皆必须在水平旋臂（若多根衔接水平旋臂则指最末的水平旋臂）最末端上制作一垂直轴向的工作轴，此工作轴通常必须执行垂直升降与旋转二种运动。

前述工作轴的设计复杂且结构繁多，现今市场上最常见的工作轴包含二马达、一线性滑轨(Linear Way or Guide)、一滚珠螺杆(Ball Screw)、及一滚珠花键(Ball Spline)设计，前述马达、线性滑轨、滚珠螺杆、及滚珠花键皆安装在水平旋臂最末端，利用其一马达带动滚珠螺杆产生升降动作，而另一马达则带动滚珠花键旋转，运用前述机构同步配合后，方能达成习用工作轴垂直升降与旋转的二种工作需求。但是，前述设计仍会遇到以下问题：

其一，二台马达及新增线性滑轨的结构复杂，元件成本也随之提升。

其二，前述习用设计二台马达及线性滑轨的重量将会造成平面关节型机器人末端水平旋臂的较大负荷，而重量加重造成的运动惯量增加，更让水平旋臂稳定性及驱动能量皆产生问题。

其三，此习用利用其中一台马达带动滚珠螺杆产生升降动作，而另一台马达则带动滚珠花键旋转，二台马达配合各项机构的软硬体控制也十分复杂；而前述习用组装、保养及维修的成本更会同步提升。

而目前也有另一种习用工作轴能进行垂直升降与旋转的二种运动，第二种习用技术是在工作轴上制作一滚珠螺杆沟槽(Ball Screw Groove)及一滚珠花键沟槽(Ball Spline Groove)，并且利用二台马达分别带动工作轴的滚珠螺杆衬套(Ball Screw Nut)及滚珠花键衬套(Ball Spline Nut)，借此也能达成习用工作轴垂直升降与旋转的二种工作需求。但是，第二种习用技术仍遇到以下问题：

其一，在工作轴上制作一滚珠螺杆沟槽及一滚珠花键沟槽，会使此工作轴的制作难度增加，此种高复杂性及高精密要求的元件成本更会大幅提升。

其二，前述习用设计二台马达的重量还是造成平面关节型机器人末端水平旋臂的较大负荷，而重量加重造成的运动惯量增加，更让水平旋臂稳定性及驱动能量皆产生问题。

其三，此习用工作轴上制作一滚珠螺杆沟槽及一滚珠花键沟槽，再以二台马达搭配驱动一滚珠螺杆衬套与一滚珠花键衬套，此种组装难度高。而利用二台马达进行升降及旋转动作时，二台马达同步配合各项机构的软硬体控制也十分复杂；故第二种习用技术的组装、保养及维修成本也难以降低。

以第一种习用来说，使用元件包含滚珠螺杆、线轨、滚珠花键、伺服马达、伺服马达驱动器等高价的精密机构。而第二种习用使用元件包含一支同时具备一滚珠螺杆沟槽及一滚珠花键沟槽的工作轴、伺服马达、伺服马达驱动器等高价的精密机构。若是以第一种习用成本为1个基数，则第二种习用的成本更是高达2个基数以上。因此，由于平面关节型机器人对于自动化生产厂房的重要性愈来愈高，现今高价、复杂且稳定性较差的平面关节型机器人已无法满足产业需求。故本发明人经过长时间的开发研究，终能获得此全新平面关节型机器人驱动机构及其方法。

发明内容

本发明的一方面是在提供一种平面关节型机器人驱动机构，在避免使用大重量马达及复杂机构的设计下，利用线性马达线圈取代传统马达，并且运用垂直磁化轴的磁化产生非接触带动；不仅反应灵敏、重量减轻，且元件制造组装成本降低。本发明的平面关节型机器人驱动机构包含有一本体、一关节旋臂、一水平旋臂、一线性马达线圈及一垂直磁化轴。前述关节旋臂枢装在本体上，而水平旋臂则枢装在关节旋臂上。线性马达线圈则安装在水平旋臂上。前述垂直磁化轴通过线性马达线圈而产生一非接触磁力，且垂直磁化轴在水平旋臂上被线性马达线圈往复带动。

依据本发明结构方面的一实施例，本发明的平面关节型机器人驱动机构可以另包含一旋转轴套，旋转轴套安装在水平旋臂上，且旋转轴套带动垂直磁化轴进行旋转。另可以加装一光学读取单元，光学读取单元可旋转地装设在旋转轴套上，且光学读取单元相对应被旋转轴套带动旋转；而垂直磁化轴上则设有一光学尺，且光学尺沿垂直磁化轴轴向延伸，通过光学读取单元可以读取光学尺数据，以供使用者判断垂直磁化轴的升降位置。