TWI752734B - Rotary machine device and linear machine device - Google Patents
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本案係關於一種旋轉機械裝置及直線型機械裝置,尤指一種具有編碼器的旋轉機械裝置及直線型機械裝置。This case is about a rotary mechanical device and a linear mechanical device, especially a rotary mechanical device with an encoder and a linear mechanical device.
如今,因應自動化系統之需求,對機械裝置的出力大小的精度要求越來越高,為此,多於施力末端設置力量感測器以監控受力大小。傳統上,力量感測器係通過貼附於彈性體上之應變規進行力量感測,具體而言,當彈性體受力形變時,應變規可測得其變形量,據此可結合彈性係數計算受力大小。然而,因應變規需出線且所貼附之彈性體需接觸施力末端,故將限制其應用場合。此外,彈性體上需增加供應變規貼附之空間,且應變規之貼附工藝製程繁瑣,導致貼附製程所需之空間較大,設計上亦較為複雜,加工成本較高。Nowadays, in response to the needs of the automation system, the precision of the output force of the mechanical device is getting higher and higher. For this reason, more force sensors are installed at the end of the force application to monitor the force. Traditionally, the force sensor uses a strain gauge attached to the elastic body for force sensing. Specifically, when the elastic body is deformed by force, the strain gauge can measure the amount of deformation, which can be combined with the elastic coefficient. Calculate the amount of force. However, the application of the strain gauge will be limited because the strain gauge needs to go out and the attached elastic body needs to contact the force application end. In addition, the elastic body needs to increase the space for supplying the strain gauge attachment, and the attachment process of the strain gauge is complicated, resulting in a larger space required for the attachment process, complicated design, and high processing cost.
因此,如何發展一種可改善上述習知技術之機械裝置,實為目前迫切之需求。Therefore, how to develop a mechanical device that can improve the above-mentioned conventional technology is an urgent need at present.
本案之目的在於提供一種旋轉機械裝置及直線型機械裝置,其通過設置彈性體及編碼器對出力軸的受力情況進行感測,結構設計上較為簡易,加工成本較低,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案之彈性體及編碼器在設置時所需的空間較小。The purpose of this case is to provide a rotary mechanical device and a linear mechanical device, which can sense the force of the output shaft by arranging an elastic body and an encoder, the structure design is relatively simple, the processing cost is low, and compared with the existing With the force sensing method attached to the strain gauge, the elastic body and the encoder in this case require less space for installation.
為達上述目的,本案提供一種旋轉機械裝置,用以接觸外部物件,且包括旋轉馬達、第一編碼器、固定殼體、固定軸、出力軸及第二編碼器。旋轉馬達包括馬達殼體及施力軸,其中馬達殼體包括定子及轉子,且施力軸具有連接部。定子連接轉子,且施力軸設置於馬達殼體並連接於轉子。當轉子旋轉旋轉角度時,轉子同時帶動施力軸旋轉施力角度。第一編碼器設置於馬達殼體以連接定子並偵測轉子的旋轉角度。固定殼體連接於馬達殼體且環繞於施力軸。固定軸包括容納孔,其中固定軸連接固定殼體且對應於施力軸。出力軸包括彈性體,且出力軸穿設於容納孔,其中彈性體穿過出力軸,且彈性體之末端連接於施力軸的連接部。第二編碼器包括碼盤及感測器,其中碼盤設置於施力軸且環繞於連接部,且感測器設置於固定軸。感測器於空間上相對於碼盤,且感測器藉由碼盤偵測施力軸的施力角度。In order to achieve the above purpose, the present application provides a rotating mechanical device for contacting an external object, and includes a rotating motor, a first encoder, a fixed casing, a fixed shaft, an output shaft and a second encoder. The rotary motor includes a motor casing and a force application shaft, wherein the motor casing includes a stator and a rotor, and the force application shaft has a connection portion. The stator is connected to the rotor, and the force-applying shaft is arranged on the motor housing and connected to the rotor. When the rotor rotates by the rotation angle, the rotor drives the force application shaft to rotate the force application angle at the same time. The first encoder is arranged on the motor casing to connect with the stator and detect the rotation angle of the rotor. The fixed casing is connected to the motor casing and surrounds the force-applying shaft. The fixed shaft includes an accommodating hole, wherein the fixed shaft is connected to the fixed housing and corresponds to the force application shaft. The output shaft includes an elastic body, and the output shaft passes through the accommodating hole, wherein the elastic body passes through the output shaft, and the end of the elastic body is connected to the connecting part of the force application shaft. The second encoder includes a code disc and a sensor, wherein the code disc is arranged on the force-applying shaft and surrounds the connecting portion, and the sensor is arranged on the fixed shaft. The sensor is spatially relative to the code disc, and the sensor detects the force-applying angle of the force-applying axis through the code disc.
為達上述目的,本案另提供一種旋轉機械裝置,用以接觸外部物件,其中旋轉機械裝置包括旋轉馬達、第一編碼器、動力傳輸裝置、施力軸、固定殼體、固定軸、出力軸及第二編碼器。旋轉馬達旋轉一旋轉角度以提供第一扭力。第一編碼器感測旋轉馬達之旋轉角度。動力傳輸裝置連接於旋轉馬達,其中動力傳輸裝置增加第一扭力以產生第二扭力。施力軸包括連接部,且施力軸設置於動力傳輸裝置之殼體,其中動力傳輸裝置之第二扭力帶動施力軸旋轉一施力角度。固定殼體連接於動力傳輸裝置之殼體且環繞於施力軸。固定軸包括容納孔,其中固定軸連接固定殼體且對應於施力軸。出力軸包括彈性體,且出力軸穿設於容納孔,其中彈性體穿過出力軸,且彈性體之末端連接於施力軸的連接部。第二編碼器包括碼盤及感測器,其中碼盤設置於施力軸且環繞於連接部,且感測器設置於固定軸。感測器於空間上相對於碼盤,且感測器藉由碼盤偵測施力軸的施力角度。In order to achieve the above purpose, the present case further provides a rotating mechanical device for contacting external objects, wherein the rotating mechanical device includes a rotating motor, a first encoder, a power transmission device, a force application shaft, a fixed casing, a fixed shaft, an output shaft and second encoder. The rotary motor rotates by a rotation angle to provide the first torque. The first encoder senses the rotation angle of the rotary motor. The power transmission device is connected to the rotary motor, wherein the power transmission device increases the first torque to generate the second torque. The force-applying shaft includes a connecting portion, and the force-applying shaft is disposed on the casing of the power transmission device, wherein the second torsion force of the power transmission device drives the force-applying shaft to rotate by a force-applying angle. The fixed casing is connected to the casing of the power transmission device and surrounds the force-applying shaft. The fixed shaft includes an accommodating hole, wherein the fixed shaft is connected to the fixed housing and corresponds to the force application shaft. The output shaft includes an elastic body, and the output shaft passes through the accommodating hole, wherein the elastic body passes through the output shaft, and the end of the elastic body is connected to the connecting part of the force application shaft. The second encoder includes a code disc and a sensor, wherein the code disc is arranged on the force-applying shaft and surrounds the connecting portion, and the sensor is arranged on the fixed shaft. The sensor is spatially relative to the code disc, and the sensor detects the force-applying angle of the force-applying axis through the code disc.
為達上述目的,本案另提供一種直線型機械裝置,用以接觸外部物件,其中直線型機械裝置包括直線型馬達、支撐座、第一編碼器、彈性元件、出力軸及第二編碼器。直線型馬達包括定子殼體及轉子殼體,其中定子殼體連接轉子殼體的第一側。轉子殼體包括線性轉子及施力單元,且施力單元設置於轉子殼體的第二側,其中第一側垂直地連接於第二側。轉子殼體的第三側的一部分直接貼合於支撐座的一平面上,且施力單元沒有接觸支撐座的該平面。當線性轉子移動一直線位移時,線性轉子同時帶動施力單元移動該直線位移,且該直線位移垂直於支撐座的該平面。其中該第三側垂直地連接於該第二側,且該第三側相對於該第一側。第一編碼器連接定子殼體以感測線性轉子的直線位移。彈性元件的第一末端連接施力單元。出力軸的第一末端連接彈性元件的第二末端。第二編碼器包括碼尺及感測器,其中碼尺設置於出力軸上,且感測器設置於支撐座的一側面。感測器於空間上相對於碼尺,且感測器藉由碼尺偵測出力軸的位移。To achieve the above purpose, the present application further provides a linear mechanical device for contacting external objects, wherein the linear mechanical device includes a linear motor, a support base, a first encoder, an elastic element, an output shaft and a second encoder. The linear motor includes a stator housing and a rotor housing, wherein the stator housing is connected to a first side of the rotor housing. The rotor housing includes a linear rotor and a force applying unit, and the force applying unit is disposed on the second side of the rotor housing, wherein the first side is vertically connected to the second side. A part of the third side of the rotor housing is directly attached to a plane of the support seat, and the force applying unit does not contact the plane of the support seat. When the linear rotor moves to a linear displacement, the linear rotor drives the force applying unit to move the linear displacement at the same time, and the linear displacement is perpendicular to the plane of the support seat. Wherein the third side is vertically connected to the second side, and the third side is opposite to the first side. The first encoder is connected to the stator housing to sense the linear displacement of the linear rotor. The first end of the elastic element is connected to the force applying unit. The first end of the output shaft is connected to the second end of the elastic element. The second encoder includes a code ruler and a sensor, wherein the code ruler is arranged on the output shaft, and the sensor is arranged at one side of the support base. The sensor is spatially relative to the yardstick, and the sensor detects the displacement of the force axis through the yardstick.
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化,其皆不脫離本案之範圍,且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用,而非用以限制本案。Some typical embodiments embodying the features and advantages of the present case will be described in detail in the description of the latter paragraph. It should be understood that this case can have various changes in different aspects, all of which do not depart from the scope of this case, and the descriptions and diagrams therein are essentially used for illustration rather than limiting the case.
第1A圖係為本案第一較佳實施例之旋轉機械裝置100的截面示意圖,第1B圖係為本案第一較佳實施例之旋轉機械裝置的架構示意圖。於第一較佳實施例中,如第1A圖及第1B圖所示,旋轉機械裝置100之出力軸15係用以接觸外部物件(未圖示),且旋轉機械裝置100包括旋轉馬達11、第一編碼器12、固定殼體13、固定軸14、出力軸15及第二編碼器16。旋轉馬達11包括馬達殼體111及施力軸112,其中馬達殼體111包括定子(未圖示)及轉子(未圖示),且施力軸112具有連接部113。定子連接轉子,且施力軸112設置於馬達殼體111並連接於轉子。當轉子旋轉一旋轉角度時,轉子同時帶動施力軸112旋轉一施力角度。第一編碼器12設置於馬達殼體111並連接定子,且第一編碼器12偵測轉子的旋轉角度。固定殼體13連接於馬達殼體111且環繞於施力軸112。固定軸14包括容納孔141,其中固定軸14連接固定殼體13且對應於施力軸112。出力軸15包括彈性體151,且出力軸15穿設於容納孔141。彈性體151穿過出力軸15,且彈性體151之末端連接於施力軸112的連接部113。彈性體151可為例如但不限於與出力軸15為一體成形或剛性聯結。第二編碼器16包括碼盤161及感測器162,其中碼盤161設置於施力軸112且環繞於連接部113,且感測器162設置於固定軸14。感測器162於空間上相對於碼盤161,且感測器162藉由碼盤161偵測施力軸112的施力角度。第一編碼器12及第二編碼器16可為例如但不限於光學編碼器或磁性編碼器。當出力軸15沒有接觸外部物件時,如果轉子帶動施力軸112旋轉一施力角度,則施力軸112透過彈性體151帶動出力軸15旋轉施力角度。當出力軸15接觸外部物件而被固定時,連接於連接部113的彈性體151之末端減少施力軸112的施力角度至一停止角度。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the rotating
於一些實施例中,旋轉機械裝置100還包括控制器150,其中控制器150用以偵測旋轉馬達11之馬達電流。其中旋轉機械裝置100的控制器150電性耦接於第一編碼器12和第二編碼器16。因此,第一編碼器12偵測馬達殼體111中的轉子的旋轉角度以輸出第一位置訊號S11給控制器150,且控制器150依據第一位置訊號S11計算轉子的角加速度。第二編碼器16的感測器162分別偵測施力角度或停止角度以輸出第二位置訊號S12或第三位置訊號S13給控制器150。In some embodiments, the rotating
具體而言,當出力軸15沒有接觸外部物件時,施力軸112之旋轉不會被連接於連接部113的彈性體151之末端所限制。因此,馬達殼體111之轉子旋轉一旋轉角度,轉子可以帶動施力軸112旋轉一施力角度。此時,感測器162感測施力角度以輸出第二位置訊號S12。相反地,當出力軸15接觸外部物件時,施力軸112之旋轉被連接於連接部113的彈性體151之末端所限制。即使馬達殼體111之轉子旋轉一旋轉角度,轉子僅能帶動施力軸112旋轉一停止角度,且該施力軸112不會再跟著轉子旋轉。此時,感測器162感測停止角度以輸出第三位置訊號S13。Specifically, when the
接者,當控制器150判斷角加速度隨著馬達電流進行一成正比變化時,控制器150判斷出力軸15沒有接觸外部物件且紀錄第二位置訊號S12以作為施力軸112的起始位置。具體而言,當出力軸15沒有接觸外部物件時,馬達電流的變化將直接影響角加速度,故轉子的角加速度會隨馬達電流之上升而上升,抑或是隨馬達電流之下降而下降,換言之 ,角加速度隨馬達電流進行成正比變化。當控制器150判斷馬達電流上升且角加速度沒有上升時,可得知出力軸15受到外力影響,故控制器150判斷出力軸15接觸外部物件且紀錄第三位置訊號S13以作為施力軸112的一停止位置。控制器150依據起始位置與停止位置之間的差值而計算出力軸15的扭力值,其中出力軸15的扭力值等於彈性體151之彈性係數和起始位置與停止位置之間的差值的乘積,且彈性體151之彈性係數可預設於控制器150中。若控制器150判斷扭力值高於安全閾值時,則控制器150減少轉子之旋轉角度或停止運轉旋轉馬達11,從而實現保護外部物件不會被旋轉機械裝置100過度出力而被破壞。在一些實施例中,外部物件可為晶片、積體電路、晶圓等,但本發明不限於此。Next, when the
藉此,通過設置彈性體151及編碼器 (12、16) 即可對出力軸15的受力情況進行感測,結構設計上較為簡易,加工成本較低,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案之彈性體151及編碼器 (12、16) 在設置時所需的空間較小。此外,因第二編碼器16之碼盤161及感測器162分別設置於施力軸112及固定軸14上,且僅有感測器162具有出線至控制器150,故施力軸112可進行旋轉而不受到出線限制。In this way, the force of the
另外,當出力軸15與外部物件間之距離大於預設值時,馬達電流及角加速度可任意變化而不受限制,然而當出力軸15與外部物件間之距離小於預設值時,出力軸15準備與外部物件接觸,馬達電流及角加速度需被限制在較小的一特定範圍內。In addition, when the distance between the
於一些實施例中,碼盤161的外徑大於彈性體151的外徑,故可產生放大彈性體151之變形量的效果,以利於感測變形量,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案在相同變形量的條件上具有較佳的結構剛性。In some embodiments, the outer diameter of the
第2A圖係為本案第二較佳實施例之旋轉機械裝置200的截面示意圖,第2B圖係為本案第二較佳實施例之旋轉機械裝置的架構示意圖。於第二較佳實施例中,如第2A圖及第2B圖所示,旋轉機械裝置200係用以接觸外部物件(未圖示),且旋轉機械裝置200包括旋轉馬達21、第一編碼器22、動力傳輸裝置23、施力軸24、固定殼體25、固定軸26、出力軸27及第二編碼器28。旋轉馬達21旋轉一旋轉角度以提供第一扭力。第一編碼器22感測旋轉馬達21之旋轉角度。動力傳輸裝置23連接於旋轉馬達21,並增加第一扭力以產生第二扭力,其中動力傳輸裝置23係依據其減速比減少角加速度並提升扭力。施力軸24包括連接部241,且施力軸24設置於動力傳輸裝置23之殼體,其中動力傳輸裝置23所產生之第二扭力帶動施力軸24旋轉一施力角度。固定殼體25連接於動力傳輸裝置23之殼體且環繞於施力軸24。固定軸26包括容納孔261,其中固定軸26連接固定殼體25且對應於施力軸24。出力軸27包括彈性體271,且出力軸27穿設於容納孔261。彈性體271穿過出力軸27,且彈性體271之末端連接於施力軸24的連接部。彈性體271可為例如但不限於與出力軸27為一體成形或剛性聯結。第二編碼器28包括碼盤281及感測器282,其中碼盤281設置於施力軸24且環繞於連接部241,且感測器282設置於固定軸26。感測器282於空間上相對於碼盤281,且感測器282藉由碼盤281偵測施力軸24的施力角度。第一編碼器22及第二編碼器28可為例如但不限於光學編碼器或磁性編碼器。當出力軸27沒有接觸外部物件時,施力軸24透過彈性體271帶動出力軸27旋轉施力角度。當出力軸27接觸外部物件而被固定時,彈性體271之末端減少施力軸24的施力角度至一停止角度。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the rotating
在一些實施例中,動力傳輸裝置23為減速機,但本發明不限於此。由於本領域之通常知識者可以輕易了解減速機適用於增加馬達的扭力值,故本發明不細說明動力傳輸裝置23之運作原理。In some embodiments, the
於一些實施例中,旋轉機械裝置200還包括控制器250,其中控制器250用以偵測旋轉馬達21之馬達電流。第一編碼器22偵測旋轉馬達21的旋轉角度以輸出第一位置訊號S21給控制器250,且控制器250依據第一位置訊號S21計算旋轉馬達21的角加速度。第二編碼器28的感測器282分別偵測施力角度或停止角度以輸出第二位置訊號S22或第三位置訊號S23給控制器250。當控制器250判斷角加速度隨著馬達電流進行一成正比變化時,控制器250判斷出力軸27沒有接觸外部物件且紀錄第二位置訊號S22以作為施力軸24的起始位置。當控制器250判斷馬達電流上升且角加速度沒有上升時,可得知出力軸27受到外力影響,故控制器250判斷出力軸27接觸外部物件且紀錄第三位置訊號S23以作為施力軸24的一停止位置。控制器250依據起始位置與停止位置之間的差值而計算出力軸27的扭力值,其中出力軸27的扭力值等於彈性體271之彈性係數和起始位置與停止位置之間的差值的乘積,且彈性體271之彈性係數可預設於控制器250中。若控制器250判斷扭力值高於安全閾值時,則控制器250減少旋轉馬達21之旋轉角度或停止運轉旋轉馬達21,從而實現保護外部物件不會被旋轉機械裝置200過度出力而被破壞。In some embodiments, the rotating
藉此,通過設置彈性體271及編碼器 (22、28) 即可對出力軸27的受力情況進行感測,結構設計上較為簡易,加工成本較低,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案之彈性體271及編碼器 (22、28) 在設置時所需的空間較小。此外,因第二編碼器28之碼盤281及感測器282分別設置於施力軸24及固定軸26上,且僅有感測器282具有出線,故施力軸24可進行旋轉而不受到出線限制。Therefore, the force of the
另外,當出力軸27與外部物件間之距離大於預設值時,馬達電流及角加速度可任意變化而不受限制,然而當出力軸27與外部物件間之距離小於預設值時,出力軸27準備與外部物件接觸,馬達電流及角加速度需被限制在較小的一特定範圍內。In addition, when the distance between the
於一些實施例中,碼盤281的外徑大於彈性體271的外徑,故可產生放大彈性體271之變形量的效果,以利於感測變形量,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案在相同變形量的條件上具有較佳的結構剛性。In some embodiments, the outer diameter of the
旋轉機械裝置200與旋轉機械裝置100之間的差異僅在於有無動力傳輸裝置23。其他有關於控制器計算出力軸之扭力值之原理相同,故不再贅述。The only difference between the
第3A圖係為本案第三較佳實施例之直線型機械裝置300的截面示意圖,第3B圖係為本案第三較佳實施例之直線型機械裝置的架構示意圖。於第三較佳實施例中,如第3A圖及第3B圖所示,直線型機械裝置300係用以接觸外部物件(未圖示),且直線型機械裝置300包括直線型馬達31、支撐座32、第一編碼器33、彈性元件34、出力軸35及第二編碼器36。直線型馬達31包括定子殼體311及轉子殼體312,其中定子殼體311連接轉子殼體312的第一側312a。轉子殼體312包括線性轉子313及施力單元314,且施力單元314設置於轉子殼體312的第二側312b,其中轉子殼體312的第一側312a於空間上垂直地連接於轉子殼體312的第二側312b。轉子殼體312的第三側312c的一部分直接貼合於支撐座32的一平面上,其中,轉子殼體312的第三側312c於空間上相對於轉子殼體312的第一側312a且垂直地連接於轉子殼體312的第二側312b,且施力單元314沒有接觸支撐座32的該平面。當線性轉子313移動直線位移時,線性轉子313同時帶動施力單元314移動直線位移,且該直線位移垂直於支撐座32的該平面。第一編碼器33連接定子殼體311以感測線性轉子313的直線位移,且第一編碼器33包含碼尺331及感測器332。彈性元件34的第一末端連接施力單元314,出力軸35的第一末端連接彈性元件34的第二末端。彈性元件34可為例如但不限於與出力軸35為一體成形或剛性聯結。第二編碼器36包括碼尺361及感測器362,其中碼尺361設置於出力軸35上,且感測器362設置於支撐座32的一側面,其中感測器362於空間上相對於碼尺361,且感測器362藉由碼尺361偵測出力軸35的位移。第一編碼器33及第二編碼器36可為例如但不限於光學編碼器或磁性編碼器。此外,第3A圖中更示例線圈37、磁石38及線圈組主支撐座39的位置,以便於理解直線型馬達31之結構。當出力軸35的第二末端沒有接觸外部物件時,施力單元314藉由彈性元件34帶動出力軸35移動一出力位移。當出力軸35的第二末端接觸外部物件時,彈性元件34減少出力軸35的出力位移至一停止位移。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the linear
於一些實施例中,直線型機械裝置300還包括控制器350,其中控制器350用以偵測直線型馬達31之馬達電流。第一編碼器33偵測線性轉子313的直線位移以輸出第一位置訊號S31給控制器350,且控制器350依據第一位置訊號S31計算線性轉子313的加速度。第二編碼器36的感測器362分別偵測出力位移或停止位移以輸出第二位置訊號S32或第三位置訊號S33給控制器350。當控制器350判斷加速度隨著馬達電流進行一成正比變化時,控制器350判斷出力軸35沒有接觸外部物件且紀錄第二位置訊號S32以作為出力軸35的起始位置。當控制器350判斷馬達電流上升且加速度沒有上升時,可得知出力軸35受到外力影響,故控制器350判斷出力軸35接觸外部物件且紀錄第三位置訊號S33以作為出力軸35的一停止位置。控制器350依據起始位置與停止位置之間的差值而計算出力軸35的出力值,其中出力軸35的出力值等於彈性元件34之彈性係數和起始位置與停止位置之間的差值的乘積,且彈性元件34之彈性係數可預設於控制器350中。若控制器350判斷出力值高於安全閾值時,則控制器350減少線性轉子313之直線位移或停止運轉直線型馬達31,從而實現保護外部物件不會被直線型機械裝置300過度出力而被破壞。In some embodiments, the linear
藉此,通過設置彈性元件34及編碼器 (33、36) 即可對出力軸35的受力情況進行感測,結構設計上較為簡易,加工成本較低,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案之彈性元件34及編碼器 (33、36) 在設置時所需的空間較小。此外,因第二編碼器36之碼尺361及感測器362分別設置於出力軸35及支撐座32上,且僅有感測器362具有出線,故出力軸35可進行移動而不受到出線限制。Therefore, the force of the
此外,當出力軸35與外部物件間之距離大於預設值時,馬達電流及加速度可任意變化而不受限制,然而當出力軸35與外部物件間之距離小於預設值時,出力軸35準備與外部物件接觸,馬達電流及加速度需被限制在較小的一特定範圍內。In addition, when the distance between the
以將第三較佳實施例之直線型機械裝置應用於壓合作業為例,請參閱第4圖及第5圖,第4圖中之出力軸35可為例如但不限於壓合治具,於第5圖中係以實線及虛線分別表示直線型馬達31之速度及電流。在時間t0至時間t1之期間,出力軸35與外部物件4間之距離d大於預設值D,直線型馬達31處於高速移動區。其中當該距離d遠大於預設值D時,可通過提升直線型馬達31之速度,以帶動出力軸35快速接近外部物件4,而隨著該距離d逐漸接近預設值D,直線型馬達31之速度亦逐漸下降。在時間t1至時間t2之期間,出力軸35與外部物件4間之距離小於預設值,直線型馬達31處於低速限制區,直線型馬達31之電流及速度較小且變化幅度較低。在時間t2時,出力軸35與外部物件4相接觸,直線型馬達31之電流上升,直線型馬達31之速度保持不變。在時間t2至時間t3之期間,出力軸35進行壓合動作,直線型馬達31之電流及速度均保持不變,故直線型馬達31之加速度固定為零,且於此期間,控制器350判斷出力值高於安全閾值並停止運轉直線型馬達31。Taking the application of the linear mechanical device of the third preferred embodiment to the pressing operation as an example, please refer to Fig. 4 and Fig. 5. The
在一些實施例中,製作彈性體151、彈性體271和彈性元件34的材料為具有延展性的材料,例如:金屬(包括:金、銀、鉑、鐵、鎳、銅、鋁、鋅或錫等)、合金或橡膠類等,但本發明不限於此。In some embodiments, the
綜上所述,本案提供一種旋轉機械裝置(100、200)及直線型機械裝置300,通過設置彈性體及編碼器即可對出力軸之受力情況進行感測,結構設計上較為簡易,加工成本較低,且相較於現有貼附應變規之力量感測方式,本案之彈性體及編碼器在設置時所需的空間較小。此外,因第二編碼器之碼盤及感測器分別設置於出力軸及固定軸上,且僅有感測器具有出線,故出力軸可進行旋轉或移動而不受到出線限制。To sum up, the present application provides a rotary mechanical device (100, 200) and a linear
此外,本發明的旋轉機械裝置(100、200)及直線型機械裝置300中,由於彈性體(或稱彈性元件)是被設計於接近出力軸接觸的外部物件,所以本發明的第二編碼器(16、28、36)可以更精準的量測出力軸的扭力值。相較於傳統的設計,通常彈性體(或稱彈性元件)是遠離出力軸接觸的外部物件,所以精準度比本發明來的低。In addition, in the rotary mechanical device (100, 200) and the linear
本領域之通常知識者可以輕易將控制器150、250及350分別設置於旋轉機械裝置100、200及直線型機械裝置300中,因本發明為了簡化圖式,故僅以框圖示意控制器150、250及350,而並未繪示控制器150、250及350於旋轉機械裝置100、200及直線型機械裝置300中之具體設置位置。Those skilled in the art can easily dispose the
須注意,上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例,本案不限於所述之實施例,本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。It should be noted that the above-mentioned preferred embodiments are only proposed to illustrate the present case, and the present case is not limited to the described embodiments, and the scope of the present case is determined by the scope of the appended patent application. And this case can be modified by Shi Jiangsi, a person who is familiar with this technology, but none of them can be protected as attached to the scope of the patent application.
100:旋轉機械裝置 11:旋轉馬達 111:馬達殼體 112:施力軸 113:連接部 12:第一編碼器 13:固定殼體 14:固定軸 141:容納孔 15:出力軸 151:彈性體 16:第二編碼器 161:碼盤 162:感測器 150:控制器 S11:第一位置訊號 S12:第二位置訊號 S13:第三位置訊號 200:旋轉機械裝置 21:旋轉馬達 22:第一編碼器 23:動力傳輸裝置 24:施力軸 241:連接部 25:固定殼體 26:固定軸 261:容納孔 27:出力軸 271:彈性體 28:第二編碼器 281:碼盤 282:感測器 250:控制器 S21:第一位置訊號 S22:第二位置訊號 S23:第三位置訊號 300:直線型機械裝置 31:直線型馬達 311:定子殼體 312:轉子殼體 312a:第一側 312b:第二側 312c:第三側 313:線性轉子 314:施力單元 32:支撐座 33:第一編碼器 331:碼尺 332:感測器 34:彈性元件 35:出力軸 36:第二編碼器 361:碼尺 362:感測器 37:線圈 38:磁石 39:線圈組主支撐座 350:控制器 S31:第一位置訊號 S32:第二位置訊號 S33:第三位置訊號 4:外部物件 d:距離 D:預設值 t0、t1、t2、t3:時間100: Rotary Mechanisms 11: Rotary motor 111: Motor housing 112: Force shaft 113: Connector 12: The first encoder 13: Fixed shell 14: Fixed shaft 141: accommodating hole 15: Output shaft 151: Elastomer 16: Second encoder 161: Code Wheel 162: Sensor 150: Controller S11: First position signal S12: Second position signal S13: The third position signal 200: Rotary Mechanism 21: Rotary motor 22: The first encoder 23: Power Transmission Device 24: Force axis 241: Connector 25: Fixed shell 26: Fixed shaft 261: accommodating hole 27: Output shaft 271: Elastomer 28: Second encoder 281: Code Wheel 282: Sensor 250: Controller S21: First position signal S22: Second position signal S23: The third position signal 300: Linear Mechanism 31: Linear motor 311: stator housing 312: Rotor housing 312a: first side 312b: Second side 312c: third side 313: Linear Rotor 314: Force unit 32: Support seat 33: The first encoder 331: yardstick 332: Sensor 34: Elastic element 35: output shaft 36: Second encoder 361: yardstick 362: Sensor 37: Coil 38: Magnet 39: Coil group main support seat 350: Controller S31: First position signal S32: Second position signal S33: The third position signal 4: External Objects d: distance D: Default value t0, t1, t2, t3: time
第1A圖係為本案第一較佳實施例之旋轉機械裝置的截面示意圖。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the rotating mechanical device according to the first preferred embodiment of the present invention.
第1B圖係為本案第一較佳實施例之旋轉機械裝置的架構示意圖。FIG. 1B is a schematic diagram of the structure of the rotating mechanical device according to the first preferred embodiment of the present invention.
第2A圖係為本案第二較佳實施例之旋轉機械裝置的截面示意圖。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the rotating mechanical device according to the second preferred embodiment of the present invention.
第2B圖係為本案第二較佳實施例之旋轉機械裝置的架構示意圖。FIG. 2B is a schematic view of the structure of the rotating mechanical device according to the second preferred embodiment of the present invention.
第3A圖係為本案第三較佳實施例之直線型機械裝置的截面示意圖。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the linear mechanical device according to the third preferred embodiment of the present invention.
第3B圖係為本案第三較佳實施例之直線型機械裝置的架構示意圖。FIG. 3B is a schematic diagram of the structure of the linear mechanical device according to the third preferred embodiment of the present invention.
第4圖係為第3A圖之直線型機械裝置之部分結構與工件的截面示意圖。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a part of the structure of the linear mechanical device of FIG. 3A and the workpiece.
第5圖係為第3A圖之直線型機械裝置之直線型馬達的速度及電流的波形示意圖。FIG. 5 is a schematic diagram showing the waveforms of the speed and current of the linear motor of the linear mechanical device of FIG. 3A.
100:旋轉機械裝置 100: Rotary Mechanisms
11:旋轉馬達 11: Rotary motor
111:馬達殼體 111: Motor housing
112:施力軸 112: Force shaft
113:連接部 113: Connector
12:第一編碼器 12: The first encoder
13:固定殼體 13: Fixed shell
14:固定軸 14: Fixed shaft
141:容納孔 141: accommodating hole
15:出力軸 15: Output shaft
151:彈性體 151: Elastomer
16:第二編碼器 16: Second encoder
161:碼盤 161: Code Wheel
162:感測器 162: Sensor
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