关节装置与关节模块的制作方法

1.本发明涉及一种关节装置，且特别涉及一种包括中空架构的关节装置与关节模块。


背景技术：

2.一般来说，机器人、机器手臂等相关自动化产品可通过关节装置以达到特定的任务需求。关节装置大多使用马达结合减速机作为动力源。然而大部分的走线是裸露在关节装置的壳体结构外，再连接至外部的电箱内的电路板。
3.然而，走线在壳体结构外，在执行任务时很容易被拉扯并造成损坏，更不用说当多个关节装置彼此连接时，走线会更加复杂。


技术实现要素：

4.本发明提供一种关节装置，其线路位于壳体结构内，而可避免线路被拉扯。
5.本发明提供一种关节模块，其包括上述关节装置。
6.本发明的关节装置，包括马达、减速机、壳体结构以及驱动器。马达包括中空轴。减速机套接于中空轴。壳体结构包覆马达与减速机。驱动器配置于壳体结构内，其中马达位于减速机与驱动器之间，其中线路适于通过中空轴以电连接至驱动器。
7.本发明的关节模块，包括第一关节装置以及第二关节装置。第一关节装置，包括第一马达、第一减速机、第一壳体结构以及第一驱动器。第一马达包括第一中空轴。第一减速机套接于第一中空轴。第一壳体结构包覆第一马达与第一减速机。第一驱动器配置于第一壳体结构内，第一马达位于第一减速机与第一驱动器之间。第二关节装置连接于第一关节装置，第二关节装置包括第二中空轴。第二减速机套接于第二中空轴。第二壳体结构包覆第二马达与第二减速机。第二驱动器配置于第二壳体结构内，第二马达位于第二减速机与第二驱动器之间，其中线路适于通过第一中空轴以电连接至第一驱动器，再通过第二中空轴以电连接至第二驱动器。
8.在本发明的一实施例中，上述的壳体结构包括固定底座，减速机的固定侧固定于固定底座上，减速机的输入侧接合于马达。
9.在本发明的一实施例中，上述的中空轴具有相对的第一部分与第二部分，驱动器对应于第一部分，固定底座位于第二部分。
10.在本发明的一实施例中，上述的马达包括定子与转子，定子套接于转子外，中空轴还具有位于第一部分与第二部分之间的中间部分，定子与转子位于中间部分。
11.在本发明的一实施例中，上述的中空轴从定子与转子中间伸出，且中空轴首尾贯通。
12.在本发明的一实施例中，还包括第一编码器以及第二编码器。第一编码器对应于驱动器且机械性地连接马达。第二编码器对应于驱动器且机械性地连接减速机，其中第二编码器相较于第一编码器更靠近第一部分。
13.在本发明的一实施例中，还包括煞车模块。煞车模块位于第二编码器与转子之间，煞车模块包括电磁铁、磁性件以及煞车调整环。电磁铁固定于壳体结构内。磁性件适于与转子同步旋转。煞车调整环连接于磁性件，磁性件位于电磁铁与煞车调整环之间，煞车调整环适于带动磁性件移动，以调整磁性件与电磁铁之间的间隙。
14.在本发明的一实施例中，上述的第一编码器包括第一读取尺与第一读头，第一读取尺固定于煞车调整环且与转子同轴转动，第一读头适于相对于第一读取尺移动。
15.在本发明的一实施例中，还包括缺口环。缺口环位于煞车调整环与第二编码器之间，第二编码器包括第二读取尺与第二读头，第二读头固定于壳体结构内，缺口环连接于第二读取尺，以适于带动第二读取尺移动，以调整第二读取尺与第二读头之间的间隙。
16.基于上述，在本发明的关节装置中，马达包括中空轴，线路可穿过中空轴的内部空间与驱动器电连接。由于驱动器位于壳体结构内，线路不需要拉到壳体结构外，可以避免线路被拉扯。
17.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
18.图1是依照本发明的一实施例的一种关节装置的剖面示意图。
19.图2是图1的关节装置的部分构件爆炸示意图。
20.图3是图1的关节装置的局部放大示意图。
21.图4是图1的关节装置的部分构件示意图。
22.图5是依照本发明的其他实施例的一种关节模块的立体示意图。
23.图6是图5的关节模块的剖面示意图。
24.附图标记说明：
25.100、100b：关节装置
26.10：马达
27.11：定子
28.12：转子
29.13：中空轴
30.e1：第一部分
31.e2：第二部分
32.e3：中间部分
33.s1：内部空间
34.20：减速机
35.21：固定侧
36.22：输入侧
37.23：输出侧
38.30、30b：壳体结构
39.31：固定底座
40.32、32b：壳体
41.33、33b：上盖
42.34、34b：侧壳
43.s2、s3：容置空间
44.40：驱动器
45.50：第一编码器
46.51：第一读头
47.52：第一读取尺
48.60：第二编码器
49.61：第二读头
50.62：第二读取尺
51.70：煞车模块
52.71：电磁铁
53.72：磁性件
54.73：煞车调整环
55.80：缺口环
56.200：关节模块
57.210：传动连接件
58.p1、p2：开口
59.110：马达轴承
60.120：第二读取尺轴承
61.130：板体
62.w：线路
具体实施方式
63.在下文中将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例，而不脱离本发明的构思或范围。
64.应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。
65.除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。
66.本文参考作为理想化实施例的示意图的截面图来描述示例性实施例。因此，可以预期到作为例如制造技术及/或(and/or)公差的结果的图示的形状变化。因此，本文所述的实施例不应被解释为限于如本文所示的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状
偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙及/或非线性特征。此外，所示的锐角可以是圆的。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不是旨在示出区域的精确形状，并且不是旨在限制权利要求的范围。
67.图1是依照本发明的一实施例的一种关节装置的剖面示意图。图2是图1的关节装置的部分构件爆炸示意图。图3是图1的关节装置的局部放大示意图。图4是图1的关节装置的部分构件示意图。需注意的是，图3省略了上盖33，以更清楚地示意内部构件。
68.请参考图1至图4，在本实施例中，关节装置100包括马达10、减速机20、壳体结构30以及驱动器40。马达10包括中空轴13。中空轴13具有相对的第一部分e1、第二部分e2、位于第一部分e1与第二部分e2之间的中间部分e3以及内部空间s1。
69.具体来说，马达10包括定子11与转子12，位于中间部分e3，定子11套接于转子12外。中空轴13从定子11与转子12中间伸出，且中空轴13首尾贯通。在本实施例中，中空轴13是插入定子11与转子12中间，且中空轴13的首尾是突出于定子11与转子12。
70.在本实施例中，减速机20套接于中空轴13。驱动器40对应于第一部分e1。壳体结构30包覆马达10、减速机20与驱动器40，其中马达10位于减速机20与驱动器40之间，其中线路能够通过中空轴13的内部空间s1以电连接至驱动器40。此处，驱动器40例如是电路板及控制电路模块，本发明不以此为限。
71.详细而言，在本实施例中，壳体结构30包括固定底座31、壳体32、上盖33与侧壳34。固定底座31、壳体32、上盖33与侧壳34彼此连接以形成容置空间s2，以容纳马达10、减速机20、壳体结构30以及驱动器40。
72.在本实施例中，关节装置100还包括第一编码器50以及第二编码器60，第一编码器50以及第二编码器60位于容置空间s2内，第二编码器60相较于第一编码器50更靠近第一部分e1。具体来说，第一编码器50对应于驱动器40且机械性地连接马达10的转子12，用以确认一次侧转速。第二编码器60对应于驱动器40且机械性地连接减速机20，用以确认二次侧转速。如此一来，即使马达10传递给减速机20后仍可通过第二编码器60检测转速与当前角度，而可使关节装置100的输出具有较佳的精度。
73.在本实施例中，壳体结构30的固定底座31靠近第二部分e2。减速机20的固定侧21固定于固定底座31上，固定方式例如是锁固，本发明不以此为限。减速机20的输入侧22接合于马达10。减速机20的输出侧23相较于固定侧21更靠近固定底座31。
74.在本实施例中，关节装置100还包括煞车模块70。煞车模块70位于第二编码器60与转子12之间，煞车模块70包括电磁铁71、磁性件72以及煞车调整环73，磁性件72例如是磁铁，但本发明不以此为限。
75.本实施例的煞车调整环73连接于磁性件72，电磁铁71固定于壳体结构30内。具体来说，煞车调整环73与磁性件72之间使用弹簧片固定，故磁性件72可以和马达10的转子12一起旋转，且因有弹簧片，故磁性件72可上下微动。举例来说，在电磁铁71通电时，磁性件72往上(朝向第一部分e1移动)，电磁铁71与磁性件72之间具有间隙，故马达10可自由转动。在电磁铁71断电时，磁性件72受弹簧片的弹力而往下(朝向第二部分e2移动)，通过电磁铁71与磁性件72之间的摩擦力来限制马达10旋转。
76.在本实施例中，磁性件72位于电磁铁71与煞车调整环73之间，煞车调整环73适于带动磁性件72移动，以调整磁性件72与电磁铁71之间的间隙。举例而言，煞车调整环73是束
在中空轴13上，且可沿中空轴13的轴向方向移动，当磁性件72与电磁铁71之间的距离由间隙片保持时，开口p1(图3)可被锁附件锁定，从而将煞车调整环73的位置固定在中空轴13上，然后取下间隙片，以完成煞车间隙的调整，但本发明不以此为限。
77.在本实施例中，第一编码器50包括第一读头51与第一读取尺52。第一读取尺52固定于煞车调整环73且与转子12同轴转动。第一读头51适于相对于第一读取尺52移动，使读取值正常。举例而言，第一读头51可上下左右调整，调整第一读头51的方式例如是使用螺丝及螺孔的配合。使用者可将第一读头51锁附在板体130上，其中螺孔的尺寸会大于螺丝，例如使用m4螺丝，搭配螺孔尺寸为6mm，即有正负1mm的裕度可以调整，但本发明不以此为限。
78.在本实施例中，关节装置100还包括缺口环80。缺口环80位于煞车调整环73与第二编码器60之间。第二编码器60包括第二读头61(图4)与第二读取尺62，第二读头61(图4)固定于壳体结构30内，第二读取尺62可视为减速机20输出侧元件。
79.进一步而言，缺口环80连接于第二读取尺62，以适于带动第二读取尺62沿中空轴13的轴向方向移动，以调整第二读取尺62与第二读头61之间的间隙。在本实施例中，缺口环80开口p2(图4)可被锁附件锁定，从而将缺口环80的位置固定在中空轴13上，但本发明不以此为限。
80.需注意的是，本实施例的减速机20例如是谐波减速机(hds)，内含马达轴承110与第二读取尺轴承120，马达轴承110用以限制马达10做转动。第二读取尺轴承120用以限制第二读取尺62做转动，本发明不以此为限。减速机20例如是油封式，可防止油外漏，且其平均负载为484牛顿米，本发明不以此为限。
81.在上述配置方式之下，由于驱动器40位于壳体结构30内，关节装置100的内部接线(第一编码器50、第二编码器60、煞车模块70、马达10的接线)皆位于壳体结构30内且分别电连接至驱动器40。如此一来，接线不需要拉到壳体结构30外，可以达到接线少且简单配置的好处。再者，接线并非拉紧状态而可与关节装置100的转动构件一起转动，使得接线并不容易被扯坏。
82.以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
83.图5是依照本发明的其他实施例的一种关节模块的立体示意图。图6是图5的关节模块的剖面示意图。请参考图5与图6，在本实施例中，关节模块200由关节装置100与关节装置100b所组成。在本实施例中，关节装置100b与图1的关节装置100略有不同，主要差异在于，关节装置100b的壳体结构30b包括壳体32b、上盖33b与侧壳34b，壳体32b、上盖33b与侧壳34b彼此连接以形成容置空间s3，省略了固定底座31。
84.详细来说。减速机20b固定于关节装置100的侧壳34，以使关节装置100b的容置空间s3连通关节装置100的容置空间s2。换言之，关节装置100与关节装置100b之间的接线为串接，而只有首个串接的关节装置100会配置固定底座31。此外，本实施例的关节装置100b的侧壳34b还可连接传动连接件210，但本发明不以此为限，其后续的组装可视实际操作需求而定。
85.在上述配置方式之下，线路w(例如是driver dc线及ether cat)可经由关节装置100的壳体32侧边穿孔进入，通过中空轴13，延伸至容置空间s2，以电连接至关节装置100的
驱动器40。接着，通过侧壳34进入马达10b的中空轴13b，再延伸至容置空间s3，以电连接至关节装置100b的驱动器(因剖面位置的关系，未示出于图6)。接着，线路w通过侧壳34b进入传动连接件210。需注意的是，图6中的线路w仅示意地简单示出，用来说明并非用来限制本发明。
86.综上所述，在本发明的关节装置中，马达包括中空轴，线路可穿过中空轴的内部空间与驱动器电连接。此外，由于驱动器、减速机、轴承、马达、两个编码器及煞车模块位于壳体结构内，也就是整合在一个结构内，故线路不需要拉到壳体结构外，可以达到接线少且简单配置的好处。再者，接线并非拉紧状态而可与关节装置的转动构件一起转动，使得接线并不容易被扯坏。在一些实施例中，煞车调整环是束在中空轴上，且可沿中空轴的轴向方向移动，以适于带动磁性件移动，从而调整磁性件与电磁铁之间的煞车间隙。在一些实施例中，关节装置还包括缺口环，缺口环连接于第二读取尺，以适于带动第二读取尺沿中空轴的轴向方向移动，以调整第二读取尺与第二读头之间的间隙。
87.虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。