TWI411732B - A non - circular gear with a moving mechanism - Google Patents

Description

具有非圓形齒輪之連動機構

本發明係有關一種具有非圓形齒輪之連動機構，特別是指一種產生特定輸出路徑之具有非圓形齒輪之連動機構，其兼具提升工作效率及降低成本等優點及功效。

一般的路徑產生機構通常是由連桿組或凸輪-連桿機構組合而成。

主要的目的是使得其路徑輸出端能夠通過特定的幾個精確點，或是使其沿著特定的路徑作移動。這類的機構，除了主要的機構外，往往需配合複雜的電氣迴路進行控制才可達成，最典型的例子，就是機械手臂(Robot)的應用。

一個機械手臂的組成，基本上包含一個曲柄、一個懸臂、以及一個移動式的機械手。曲柄的一端固定於機台本體的固定座上，另一端則與懸臂連接，而懸臂的另一端則與機械手連接，這三件的組成可使得機械手臂具有三個自由度。因此機械手會藉由曲柄與懸臂的迴轉及移動而到達設定點，以執行其工作。若機械手臂的曲柄連接在可迴轉式的固定座上，則此機械手臂將具有四個自由度。

對於一個具有三個自由度的機械手臂而言，其機械手的移動主要係藉由曲柄與懸臂的迴轉及移動來達成。由於機械手固定於懸臂的路徑輸出端，因此此輸出端的路徑規劃與設計就成為機械手臂設計的主要目標。由於曲柄與懸臂的連結，可使得此路徑輸出端在允許的範圍內，做兩個自由度的移動。

而在完成路徑規劃與設計後，如何促使曲柄與懸臂做適度的迴轉，而使得其路徑輸出端沿著規劃的路徑來移動，就成為機械手臂的關鍵技術。目前這方面的技術，多是以電氣迴路設計與控制的方式來完成。

但利用電氣控制之方式，係存在著設計過程複雜及成本高昂等缺點，且大部分的機械手臂，其實只需要進行單純而特定的路徑移動(例如：用於搬移物體的機械手臂而言)，若利用複雜的電氣迴路進行控制，只會降低工作效率及提高成本。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供一種具有非圓形齒輪之連動機構，其兼具提升工作效率及降低成本等優點及功效，用以解決習知技術設計過程複雜及成本高昂等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種具有非圓形齒輪之連動機構，其包括：一第一非圓形齒輪，其係具有一第一連接部；一第二非圓形齒輪，其係固定於一機架上而不轉動；該第二非圓形齒輪係具有一第二連接部；一第一圓形齒輪，其係具有一第三連接部；該第三連接部係固定於該第一連接部上，使該第一圓形齒輪與該第一非圓形齒輪同步轉動；一第二圓形齒輪，其係具有一第四連接部；一曲柄，其係具有三個曲柄連接部，分別樞接該第一連接部、該第二連接部及該第四連接部，並使該第一非圓形齒輪與該第二非圓形齒輪嚙合、該第一圓形齒輪與該第二圓形齒輪嚙合；又，該第一連接部及樞接該第二連接部之曲柄連接部其中之一係連接一驅動部；一連動桿，其係具有一固定端及一輸出端；該固定端係固定於該第四連接部上；而該輸出端係連接一預定連動元件；藉此，當該驅動部驅動該第一連接部及樞接於該第二連接部之曲柄連接部其中之一轉動時，該曲柄係會以該第二連接部為軸心轉動，而該第一非圓形齒輪係會沿該第二非圓形齒輪之輪廓滾動，使該第一圓形齒輪同步轉動並帶動該第二圓形齒輪轉動，進而使該連動桿之輸出端達到預定路徑之變化。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

如第一至第五圖所示，本發明係為一種具有非圓形齒輪之連動機構，其包括：一第一非圓形齒輪10、一第二非圓形齒輪20、一第一圓形齒輪30、一第二圓形齒輪40、一曲柄50及一連動桿60。

關於第一非圓形齒輪10，其係具有一第一連接部11。

該第二非圓形齒輪20係固定於一機架71上而不轉動；該第二非圓形齒輪20係具有一第二連接部21。

關於第一圓形齒輪30，其係具有一第三連接部31；該第三連接部31係固定於該第一連接部11上，使該第一圓形齒輪30與該第一非圓形齒輪10同步轉動。

該第二圓形齒輪40，其係具有一第四連接部41。

該曲柄50係具有三個曲柄連接部51，分別樞接該第一連接部11、該第二連接部21及該第四連接部41，並使該第一非圓形齒輪10與該第二非圓形齒輪20嚙合、該第一圓形齒輪30與該第二圓形齒輪40嚙合；又，如第二及第三圖所示，該第一連接部11及樞接該第二連接部21之曲柄連接部51其中之一係連接一驅動部72。

而連動桿60係具有一固定端61及一輸出端62；該固定端61係固定於該第四連接部41上；而該輸出端62係連接一預定連動元件73(例如：滑塊、刀具或機械夾爪)。

藉此，當該驅動部72驅動該第一連接部11及樞接於該第二連接部21之曲柄連接部51其中之一轉動時，該曲柄50係會以該第二連接部21為軸心轉動，而該第一非圓形齒輪10係會沿該第二非圓形齒輪20之輪廓滾動，使該第一圓形齒輪30同步轉動並帶動該第二圓形齒輪40轉動，進而使該連動桿60之輸出端62達到預定路徑之變化(該預定連動元件73隨該輸出端62之預定路徑移動)。

更詳細的說，當該第一連接部11與該驅動部72連接時，該驅動部72係驅動該第一非圓形齒輪10轉動而於該第二非圓形齒輪20上滾動，進而帶動該曲柄50轉動(以該第二連接部21為軸心)；而當樞接於該第二連接部21之曲柄連接部51連接該驅動部72時，該驅動部72係驅動該該曲柄50轉動(以該第二連接部21為軸心)，進而帶動該第一非圓形齒輪10於該第二非圓形齒輪20上滾動。由此可知，本發明不論是以該第一連接部11或樞接於該第二連接部21之曲柄連接部51與該驅動部72連接，都可使機構達到預定之作動。

在設計上，本發明依據所需的路徑條件，推導其路徑方程式並使該連動桿60之輸出端62沿著其路徑移動，由此推導出當該輸出端62滿足其路徑移動時，該曲柄50及該連動桿60迴轉角度之關係，此關係也為該第一非圓形齒輪10及該第二非圓形齒輪20的角位移關係，並由節曲線合成原理，推導出該第一非圓形齒輪10及該第二非圓形齒輪20的節曲線方程式及繪出其外形。

本發明係列舉下列四種不同設計所達到之路徑變化來進行說明：

[a]正弦曲線路徑。該如第六A圖所示，其係為本發明之設計型式一之示意圖，假設該驅動部72係連接於該第一非圓形齒輪10之第一連接部11上；當該第一非圓形齒輪10位於該第二非圓形齒輪20上之第一位置P1時，該連動桿60之輸出端62係位於一第一輸出位置P11；如第六B圖所示，當驅動該第一非圓形齒輪10順時鐘轉動至該第二非圓形齒輪20上之第二位置P2時，該曲柄50及該第一圓形齒輪30也隨之轉動，同時，該第一圓形齒輪30係會帶動該第二圓形齒輪40逆時鐘轉動，使該連動桿60之輸出端62由該第一輸出位置P11移動至一第二輸出位置P12；如第六C圖所示，當該第一非圓形齒輪10持續以順時鐘轉動至該第二非圓形齒輪20上之第三位置P3時，該連動桿60之輸出端62係由該第二輸出位置P12移動至一第三輸出位置P13。

由第六A至六C圖可知，當該第一非圓形齒輪10順時鐘轉動時，係會連動該連動桿60之輸出端62進行一近似正弦曲線路徑L1之移動。

[b]直線路徑。該如第七圖所示，其係為本發明之設計型式二之示意圖，該驅動部72係連接於該第一非圓形齒輪10之第一連接部11上；當驅動該第一非圓形齒輪10順時鐘轉動時，係會連動該連動桿60之輸出端62進行一直線路徑L2之移動。

[c]八字形路徑。該如第八圖所示，其係為本發明之設計型式二之示意圖，該驅動部72係連接於該第一非圓形齒輪10之第一連接部11上；當驅動該第一非圓形齒輪10順時鐘轉動時，係會連動該連動桿60之輸出端62進行一八字形路徑L3之移動。

[d]B-spline曲線路徑。該如第九圖所示，其係為本發明之設計型式二之示意圖，該驅動部72係連接於該第一非圓形齒輪10之第一連接部11上；當驅動該第一非圓形齒輪10順時鐘轉動時，係會連動該連動桿60之輸出端62進行一B-spline曲線路徑L4之移動。

在上述之四個實施例中，係利用該第一非圓形齒輪10、該第二非圓形齒輪20、該第一圓形齒輪30、該第二圓形齒輪40、該曲柄50及該連動桿60之尺寸、外形的變化，來達到路徑的改變；在實際應用上，該第一圓形齒輪30、該第二圓形齒輪40、該曲柄50及該連動桿60之尺寸可以固定不變，當需要更改該輸出端62之移動路徑時，只需更換不同外形、尺寸之該第一非圓形齒輪10及該第二非圓形齒輪20即可。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[1]提升工作效率。習知技術對於搬運用機械手臂單純而特定之輸出路徑，若利用複雜的電氣控制之方式，只會降低工作效率；而本發明以非圓形齒輪之設計，直接連動該輸出端62於一預定路徑上進行移動，不需複雜之控制，可有效提高工作效率。

[2]降低成本。習知技術利用電氣控制之方式，係存在著設計過程複雜及成本高昂等缺點，較不適用於單純輸出路徑之機械手臂；而本發明利用簡單之齒輪設計，直接連動該輸出端62於一預定路徑上進行移動，且要變更路徑時，只需變更非圓形齒輪之外形、尺寸即可，解決習知技術以複雜的電氣迴路控制路徑而成本較高之問題。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。

10．．．第一非圓形齒輪

11．．．第一連接部

20．．．第二非圓形齒輪

21．．．第二連接部

30．．．第一圓形齒輪

31．．．第三連接部

40．．．第二圓形齒輪

41．．．第四連接部

50．．．曲柄

51．．．曲柄連接部

60．．．連動桿

61．．．固定端

62．．．輸出端

71．．．機架

72．．．驅動部

73．．．預定連動元件

P1．．．第一位置

P2．．．第二位置

P3．．．第三位置

P11．．．第一輸出位置

P12．．．第二輸出位置

P13．．．第三輸出位置

L1．．．正弦曲線路徑

L2．．．直線路徑

L3．．．八字形路徑

L4．．．B-spline曲線路徑

第一圖係本發明之具有非圓形齒輪之連動機構之分解示意圖

第二圖係本發明之驅動位置一之示意圖

第三圖係本發明之驅動位置二之示意圖

第四圖係本發明之連動關係之示意圖

第五圖係本發明之側視示意圖

第六A圖係本發明之正弦曲線路徑之移動過程一之示意圖

第六B圖係本發明之正弦曲線路徑之移動過程二之示意圖

第六C圖係本發明之正弦曲線路徑之移動過程三之示意圖

第七圖係本發明之產生直線路徑之機構示意圖

第八圖係本發明之產生八字形路徑之機構示意圖

第九圖係本發明之產生B-spline曲線之機構示意圖

10．．．第一非圓形齒輪

11．．．第一連接部

20．．．第二非圓形齒輪

30．．．第一圓形齒輪

31．．．第三連接部

40．．．第二圓形齒輪

41．．．第四連接部

50．．．曲柄

51．．．曲柄連接部

60．．．連動桿

61．．．固定端

62．．．輸出端

Claims (5)

1. 一種具有非圓形齒輪之連動機構，其包括：一第一非圓形齒輪，其係具有一第一連接部；一第二非圓形齒輪，其係固定於一機架上而不轉動；該第二非圓形齒輪係具有一第二連接部；一第一圓形齒輪，其係具有一第三連接部；該第三連接部係固定於該第一連接部上，使該第一圓形齒輪與該第一非圓形齒輪同步轉動；一第二圓形齒輪，其係具有一第四連接部；一曲柄，其係具有三個曲柄連接部，分別樞接該第一連接部、該第二連接部及該第四連接部，並使該第一非圓形齒輪與該第二非圓形齒輪嚙合、該第一圓形齒輪與該第二圓形齒輪嚙合；又，該第一連接部及樞接該第二連接部之曲柄連接部其中之一係連接一驅動部；一連動桿，其係具有一固定端及一輸出端；該固定端係固定於該第四連接部上；而該輸出端係連接一預定連動元件；藉此，當該驅動部驅動該第一連接部及樞接於該第二連接部之曲柄連接部其中之一轉動時，該曲柄係會以該第二連接部為軸心轉動，而該第一非圓形齒輪係會沿該第二非圓形齒輪之輪廓滾動，使該第一圓形齒輪同步轉動並帶動該第二圓形齒輪轉動，進而使該連動桿之輸出端達到預定路徑之變化。
2. 如申請專利範圍1所述之具有非圓形齒輪之連動機構，其中，該連動桿之輸出端之預定路徑係近似一正弦曲線。
3. 如申請專利範圍1所述之具有非圓形齒輪之連動機構，其中，該連動桿之輸出端之預定路徑係為一直線。
4. 如申請專利範圍1所述之具有非圓形齒輪之連動機構，其中，該連動桿之輸出端之預定路徑係為一八字形。
5. 如申請專利範圍1所述之具有非圓形齒輪之連動機構，其中，該連動桿之輸出端之預定路徑係為一B-spline曲線。