TWI745169B - 伺服驅動式浮動機構 - Google Patents

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TWI745169B TW109140253A TW109140253A TWI745169B TW I745169 B TWI745169 B TW I745169B TW 109140253 A TW109140253 A TW 109140253A TW 109140253 A TW109140253 A TW 109140253A TW I745169 B TWI745169 B TW I745169B
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Abstract

一種伺服驅動式浮動機構包括一固持座、一研磨工具、一姿態感知器、一位移感測器、一內框架、及一第一伺服馬達。所述研磨工具被夾持於所述固持座內，研磨工具具有一第一樞軸及一研磨工具。第一樞軸垂直於研磨工具的軸心方向。姿態感知器用以感知研磨工具的姿態，並發出一姿態訊號，所述姿態訊號經過解算後以獲得一針對重力影響的力矩補償值。位移感測器以感測所述研磨工具沿著所述第一樞軸的位移量。研磨工具設置於內框架內，研磨工具的第一樞軸可動地設置於內框架。第一伺服馬達設置於內框架，依據力矩補償值以及位移量帶動所述研磨工具沿著第一樞軸旋轉，使所述研磨工具輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。

Description

伺服驅動式浮動機構
本發明涉及一種伺服驅動式浮動機構，其屬於機械加工技術領域，特別是涉及一種應用於去除工件毛邊並且可自動補償的研磨拋光裝置。
當工件初步製造完成後，還需要加工以去除毛邊、表面研磨、拋光等後加工製程。然而，由於各種工件的外形不一，自動化的難度相當高，相當倚靠人力手持氣動或電動工具加工。此種加工方法效率低，並且品質不穩定。
隨著工業自動化的發展，為了生產效率，已逐漸發展為自動化去除工件毛邊。其中的關鍵是如何自動化調整研磨刀具與工件之間的押附力(pressing force)。
故，如何改良並提升研磨拋光裝置的浮動機構的效果，來克服上述的缺陷，已成為該項技術領域所欲解決的一項課題。
本發明所要解決的技術問題在於，提供一種伺服驅動式浮動機構，可因應各種不平整表面或尺寸變化，提供穩定的研磨力量，並補償各種姿態變化下，重力對輸出力量大小的影響，確保研磨的品質。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案 是，提供一種伺服驅動式浮動機構，包括一固持座、一固定連接於所述固持座的第一樞軸、一研磨工具、一姿態感知器、一位移感測器、一內框架、及一第一伺服馬達。研磨工具被固定於所述固持座內，並具有一第一樞軸及一研磨工具，所述第一樞軸垂直於所述研磨工具的軸心方向。姿態感知器用以感知所述研磨工具的姿態，並發出一姿態訊號，所述姿態訊號經過解算後以獲得一針對重力影響的力矩補償值。位移感測器用以感測所述研磨工具沿著所述第一樞軸的位移量。所述研磨工具設置於所述內框架內，所述研磨工具的所述第一樞軸可動地設置於所述內框架。第一伺服馬達設置於所述內框架，依據所述力矩補償值以及所述位移量帶動所述研磨工具沿著所述第一樞軸旋轉，使所述研磨工具輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，還包括一外框架及一第二伺服馬達，其中所述內框架設置於所述外框架內，所述內框架具有一第二樞軸，所述第二樞軸垂直於所述第一樞軸；所述內框架的所述第二樞軸可轉動地設置於所述外框架；所述第二伺服馬達設置於所述外框架，依據所述力矩補償值以及所述位移量帶動所述研磨工具沿著所述第二樞軸旋轉，使所述研磨工具輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的伺服驅動式浮動機構具有至少一馬達、姿態感知器、以及位移感測器。其中透過姿態感知器配合馬達可以補償重力對於所述研磨工具在不同角度的影響。此外，透過位移感測器配合馬達，可以使所述研磨工具達成零位點的偏移(offset)。藉此，本發明的伺服驅動式浮動機構可以在各種不同的姿態或角度維持研磨工具與加工物的接觸力。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有 關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1a，1b:伺服驅動式浮動機構
10:固持座
101:指示器
11:第一樞軸
112:第一被動齒輪
12:研磨工具
18:姿態感知器
19:位移感測器
20:內框架
21:第二樞軸
212:第二被動齒輪
22:第一軸承
30:外框架
32:第二軸承
40:第一伺服馬達
41:第一旋轉軸
42:第一主動齒輪
43:第一驅動件
50:第二伺服馬達
51:第二旋轉軸
52:第二主動齒輪
53:第二驅動件
60:顯示裝置
G1:第一齒輪組
G2:第二齒輪組
θ:傾斜角
Mg:浮動質量
FN:接觸力
C1:旋轉中心
C2:浮動質心
L1、L2:距離
Tc:扭力指令
H:外殼
M:伺服馬達
E:編碼器
L:負載
R:伺服電腦
圖1為本發明第一實施例的伺服驅動式浮動機構的剖視示意圖。
圖2為本發明第一實施例的研磨工具的重力補償的示意圖。
圖3為本發明第一實施例的研磨工具的位移感知的示意圖。
圖4為本發明第一實施例的研磨工具配置指示器的示意圖。
圖5為本發明第一實施例的研磨工具配置顯示裝置的示意圖。
圖6為本發明第二實施例的伺服驅動式浮動機構的剖視示意圖。
圖7為本發明的伺服驅動式浮動機構的伺服控制示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
如圖1至圖3所示，本發明提供一種伺服驅動式浮動機構1a，其包括一固持座10、一研磨工具12、一姿態感知器18、一位移感測器19、一內框架20、一外框架30、一第一伺服馬達40及一第二伺服馬達50。
研磨工具12被固持於固持座10內，第一樞軸11固定連接於所述固持座10，第一樞軸11垂直於所述研磨工具12的軸心方向。研磨工具12可以是氣壓式或電動式。其中電動式研磨工具的轉速是可調整的。
本實施例中，固持座10與研磨工具12設置於內框架20內，研磨工具12的第一樞軸11可動地設置於所述內框架20。換句話說，研磨工具12可沿著第一樞軸11在內框架20內轉動，以調整研磨工具12的角度。內框架20可以設有一對第一軸承22以支撐第一樞軸11。
姿態感知器18用以感知所述研磨工具12的姿態，並發出一姿態訊號，所述姿態訊號經過解算後以獲得一針對重力影響的力矩補償值。姿態感知器18可以設置於研磨工具12或伺服驅動式浮動機構1a的任何位置。位移感測器19用以感測所述研磨工具12沿著所述第一樞軸11的位移量。
第一伺服馬達40設置於所述內框架20，依據所述力矩補償值以及位移量帶動所述研磨工具12沿著所述第一樞軸11旋轉，使所述研磨工具12輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
本實施例的第一伺服馬達40帶動所述研磨工具12的方式可以是間接驅動，具體的說，第一伺服馬達40與第一樞軸11之間設有一第一齒輪組G1。第一齒輪組G1傳遞所述第一伺服馬達40的力量至所述第一樞軸11。具體的說，第一齒輪組G1具有一連接於所述第一樞軸11的第一被動齒輪112、及一連接於所述第一伺服馬達40的第一主動齒輪42。具體的說，第一主動齒輪42連接於第一伺服馬達40的第一旋轉軸41。第一被動齒輪112嚙合於所述第一主 動齒輪42。其中第一樞軸11延伸至內框架20的外側，第一伺服馬達40設置於內框架20的外側且相鄰於第一樞軸11。第一伺服馬達40可以是旋轉伺服馬達，其轉軸方向平行於第一樞軸11。
內框架20設置於所述外框架30內，內框架20具有一第二樞軸21，第二樞軸21垂直於所述第一樞軸11；所述內框架20的所述第二樞軸21可轉動地設置於所述外框架30。所述內框架20的所述第二樞軸21可轉動地設置於所述外框架30。換句話說，內框架20可沿著第二樞軸21在外框架30內轉動，以使內框架20偏轉到不同的角度。同時也使研磨工具12沿著第二樞軸21產生偏轉。外框架30可以設有一對第二軸承32以支撐第二樞軸21。
第二伺服馬達50設置於所述外框架30，本實施例的第二伺服馬達50帶動內框架20的方式在於，其中第二伺服馬達50與第二樞軸21之間設有一第二齒輪組G2，所述第二齒輪組G2傳遞所述第二伺服馬達50的力量至所述第二樞軸21。具體的說，其中第二齒輪組G2具有一連接於第二樞軸21的第二被動齒輪212、及一連接於第二伺服馬達50的第二主動齒輪52。具體的說，第二主動齒輪52連接於第二伺服馬達50的第二旋轉軸51。所述第二被動齒輪212嚙合於所述第二主動齒輪52。其中第二樞軸21延伸至外框架30的外側，第二伺服馬達50設置於外框架30的外側且相鄰於第二樞軸21。第二伺服馬達50可以是旋轉伺服馬達，其轉軸方向平行於第二樞軸21。
本發明的伺服驅動式浮動機構，可以依據所述力矩補償值以及位移量帶動所述研磨工具12沿著所述第二樞軸21旋轉，從而使所述研磨工具12輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
如圖2所示，伺服驅動式浮動機構可以具有一外殼H，上述該些元件收容於外殼H內，姿態感知器18(Orientation Sensor)可以設置於所述外殼H，以感知所述研磨工具12的姿態。藉由姿態感知器18，本實施例可以感知研 磨工具12的姿態並補償重力的影響。姿態感知器18例如可以是九軸模組，包括三軸陀螺儀、三軸加速度以及三軸磁場，藉以感測航向角(YAW)、橫滾角(ROLL)、以及俯仰角(PITCH)。然而，本發明並不限制於此。此外，姿態感知器18也可以配置藍牙模組，以無線的方式發射所述姿態訊號。
如圖2所示，本實施例的重力補償舉例說明如下，假設姿態感知器18偵測出研磨工具12的傾斜角為θ。研磨工具12的接觸力為FN，研磨工具12施力點至旋轉中心C1沿著軸向的距離為L1；研磨工具12的浮動質量為Mg，浮動質心C2至旋轉中心C1的距離為L2。本實施例可以提供扭力指令(Torque Command)Tc的公式如下：Tc=FN* L1+Mg * cosθ* L2
如圖3所示，本實施例中，所述研磨工具12設有位移感測器19，以感測所述研磨工具12沿著樞軸的位移量。位移感測器可以是與樞軸同軸安裝的旋轉編碼器，也可以設計成許多不同形式，例如可以是雷射位移感測器、超音波位移感測器、光波位移感測器、或三軸加速度感測器。但本發明並不限制於此。此外，位移感測器19也可以配置藍牙模組，以無線的方式發射所述位移訊號。藉由位移感測器19可以提供扭力指令Tc的補償。角度愈大，補償的幅度愈大。
如圖4所示，其中所述伺服驅動式浮動機構還可以包括一指示器101，指示器101依據位移訊號與一預設位移量的比較值，輸出一指示訊號。例如當研磨工具12被偵測出的位移量大於一預設位移量時，即可以發出指示訊器給指示器101，例如指示燈，以發出紅光。當研磨工具12被偵測出的位移量小於一預設位移量時，發出指示訊器給指示器101，例如指示燈，以發出綠光。藉此，本發明可以應用於手動教導研磨路徑時，設定研磨工具12或工件的干涉量。
但本發明不限制於上述的，如圖5所示，伺服驅動式浮動機構還包括一顯示裝置60，以接收所述指示訊號，並依據所述指示訊號顯示所述研磨工具12的目前狀態。
補充說明，上述本實施例的伺服驅動式浮動機構1a為雙轉軸，然而本發明不限制於此。配合某些應用，本發明的伺服驅動式浮動機構也可以是單轉軸。例如，只包括研磨工具12、一姿態感知器18、一位移感測器19、一內框架20、一第一伺服馬達40。也就是省略外框架及第二伺服馬達。
[第二實施例]
如圖6所示，為本發明第二實施例的伺服驅動式浮動機構1b的剖視示意圖。本實施例與上述實施例的差異在於，本實施例為直接驅動型，也就是說，本實施例可以省略上述的齒輪組。換句話說，本發明的馬達可以是以不同的方式以驅動研磨工具12。具體的說，其中所述第一伺服馬達40具有第一驅動件43，所述第一驅動件43連接於所述研磨工具12。此實施例的第一伺服馬達40可以是直線馬達，或旋轉馬達配合線性傳動機構。例如，直線馬達的驅動件可以是滾珠螺桿軸，滾珠螺桿軸直接連接於研磨工具12，滾珠螺桿軸可產生直線運動，即可帶動研磨工具12沿著第一樞軸11產生相對於內框架20的轉動。或者，第一驅動件43也可以是線性傳動機構，旋轉馬達的轉動量透過線性傳動機構以產生線性位移，也可以帶動研磨工具12產生相對於內框架20的轉動。
相同的，本發明也可以省略第二齒輪組。第二伺服馬達50具有第二驅動件53，所述第二驅動件53連接於所述內框架20。第二伺服馬達50可以是直線馬達，或旋轉馬達配合線性傳動機構。第二驅動件53可以是滾珠螺桿軸或線性傳動機構。
請參閱圖7，為本發明的伺服驅動式浮動機構的伺服控制示意 圖。位移感測器19可以是編碼器(encoder)E，編碼器E可以是內建於伺服馬達M或外加在伺服馬達M上，伺服電腦R接收其位移量，伺服電腦R再將整合後的所述力矩補償值以及所述位移量傳送至伺服馬達M。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的伺服驅動式浮動機構具有至少一馬達、姿態感知器、以及位移感測器。其中透過姿態感知器配合馬達可以補償重力對於所述研磨工具在不同角度的影響。此外，透過位移感測器配合馬達，可以使所述研磨工具達成零位點的偏移(offset)。藉此，本發明的伺服驅動式浮動機構可以在各種不同的姿態或角度調整研磨工具輸出適合的轉速或力量。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1a:伺服驅動式浮動機構
10:固持座
11:第一樞軸
112:第一被動齒輪
12:研磨工具
20:內框架
21:第二樞軸
212:第二被動齒輪
22:第一軸承
30:外框架
32:第二軸承
40:第一伺服馬達
41:第一旋轉軸
42:第一主動齒輪
50:第二伺服馬達
51:第二旋轉軸
52:第二主動齒輪
G1:第一齒輪組
G2:第二齒輪組

Claims (10)

  1. 一種伺服驅動式浮動機構，包括：一固持座；一第一樞軸，固定連接於所述固持座；一研磨工具，被固定於所述固持座內，所述第一樞軸垂直於所述研磨工具的軸心方向；一姿態感知器，用以感知所述研磨工具的姿態，並發出一姿態訊號，所述姿態訊號經過解算後以獲得一針對重力影響的力矩補償值；一位移感測器，用以感測所述研磨工具沿著所述第一樞軸的位移量；一內框架，所述研磨工具設置於所述內框架內，所述研磨工具的所述第一樞軸可動地設置於所述內框架；及一第一伺服馬達，設置於所述內框架，依據所述力矩補償值以及所述位移量帶動所述研磨工具沿著所述第一樞軸旋轉，使所述研磨工具輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
  2. 如請求項1所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述研磨工具還包括一指示器，所述指示器依據所述位移訊號與一預設位移量的比較值，輸出一指示訊號。
  3. 如請求項2所述的伺服驅動式浮動機構，還包括一顯示裝置，以接收所述指示訊號，並依據所述指示訊號顯示所述研磨工具的目前狀態。
  4. 如請求項1所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第一伺服馬達與所述第一樞軸之間設有一第一齒輪組，所述第一齒輪組傳遞所述第一伺服馬達的力量至所述第一樞軸。
  5. 如請求項4所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第一齒輪組 具有一連接於所述第一樞軸的第一被動齒輪、及一連接於所述第一伺服馬達的第一主動齒輪，所述第一被動齒輪嚙合於所述第一主動齒輪。
  6. 如請求項1所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第一伺服馬達具有第一驅動件，所述第一驅動件連接於所述研磨工具。
  7. 如請求項1所述的伺服驅動式浮動機構，還包括一外框架及一第二伺服馬達，其中所述內框架設置於所述外框架內，所述內框架具有一第二樞軸，所述第二樞軸垂直於所述第一樞軸；所述內框架的所述第二樞軸可轉動地設置於所述外框架；所述第二伺服馬達設置於所述外框架，依據所述力矩補償值以及所述位移量帶動所述研磨工具沿著所述第二樞軸旋轉，使所述研磨工具輸出的扭力不受各種姿態下的重力影響。
  8. 如請求項7所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第二伺服馬達與所述第二樞軸之間設有一第二齒輪組，所述第二齒輪組傳遞所述第二伺服馬達的力量至所述第二樞軸。
  9. 如請求項8所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第二齒輪組具有一連接於所述第二樞軸的第二被動齒輪、及一連接於所述第二伺服馬達的第二主動齒輪，所述第二被動齒輪嚙合於所述第二主動齒輪。
  10. 如請求項7所述的伺服驅動式浮動機構，其中所述第二伺服馬達具有第二驅動件，所述第二驅動件連接於所述內框架。
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TW109140253A TWI745169B (zh) 2020-11-18 2020-11-18 伺服驅動式浮動機構
CN202111200778.3A CN114515982A (zh) 2020-11-18 2021-10-13 伺服驱动式浮动机构
US17/529,204 US20220152779A1 (en) 2020-11-18 2021-11-17 Servo driven compliant mechanism
EP21209008.8A EP4000803B1 (en) 2020-11-18 2021-11-18 Grinding device comprising servo driven compliant mechanism

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