TW201529220A

TW201529220A - 工具夾持裝置

Info

Publication number: TW201529220A
Application number: TW103137581A
Authority: TW
Inventors: John David Garnham; Benn Mcgarth
Original assignee: Anca Pty Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-08-01
Also published as: JP2016535684A; EP3062957A4; PL3062957T3; CN105792985B; EP3062957B1; EP3062957A1; CN105792985A; US9919396B2; KR20160079069A; WO2015061837A1; KR102217778B1; JP6767262B2; US20160263717A1

Abstract

本發明係一種用以將一工具24裝入一夾頭26之工具夾持裝置20，該工具係具有一縱軸且呈長形形狀，該工具夾持裝置20包括一對工具夾持器21及一安裝裝置12、25，該工具夾持器21係能沿一夾緊軸CA夾緊該工具24，該工具夾持裝置20能藉由該安裝裝置12、25，被安裝於一機械手臂10上，以令該工具夾持器21於安裝後，能相對於該安裝裝置12、25而自由地轉動。

Description

工具夾持裝置

本發明係一種工具夾持裝置，僅需藉由一工具夾持器能帶動一工具能於水平方向作微偏移，吸收其相對於一夾頭開口之對準誤差，即能準確地將該工具插入該夾頭，並有效避免不當裝載而浪費大量材料與時間之情事。

按，若欲將工具或工具胚料(以下統稱「工具」)裝入一磨床或銑床之夾頭中，通常係以手動方式操作，或在機器人之控制下進行。較精密之磨床或銑床則以機器人完成工具之裝載，其優點在於可減少操作員之數量，同時提高安全性，因為操作員已無須靠近研磨、銑切之介面或進入研磨、銑切作業所在之環境。此外，若以機器人進行工具之裝載，相關機器即可採用大致封閉之形式，亦即將磨床或銑床以及裝載機器人全部收入單一機櫃中。如此一來便不需頻繁進入機櫃，使操作員得以遠離研磨或銑切介面、機器之活動元件、研磨或銑切作業所使用之切割與潤滑油，及作業中所產生之煙氣。

為能將工具裝入夾頭內，機器人之機械手臂需經校正方能將工具準確定位，進而將工具插入夾頭中。機器人經校正後，除非機械手臂之尺寸受環境變化影響(例如機械手臂因溫度或濕度改變而伸長或縮短)，否則便可持續不斷地將工具定位至校正後之位置。環境變化亦可能影響一夾頭之尺寸或固設有該夾頭之磨床或銑床之尺寸。例如，許多使用磨床或銑床之工廠均非溫控之環境，因此，溫度可能在一天之內上下起伏。例如，機器作業所在環境之溫度及/或濕度往往從上午至下午逐漸攀升，而此等環境變化便可能影響機械手臂將工具插入夾頭時之定位準確度。即使僅出現些微尺寸變化，機械手臂之尺寸仍可能受到影響，並造成後續問題，詳見下文之說明。倘若工具與夾頭間之餘隙夠大，準確度之改變未必會影響相關作業；但若餘隙甚小，例如介於0與20微米(microns)之間，準確度之改變便可能導致裝載失敗(例如工具在夾頭內無法動彈)或裝載錯誤，後者可能降低零件加工之準確度或使零件加工出現錯誤。

例如，若一工具未準確裝入夾頭中，致使該工具之縱向中線未對準夾頭之中線，則該工具可能僅與夾頭之一側接合，因而容易彎折。因為無論該工具是否正確對準夾頭之裝載中線，機械手臂均將於其校正後之工具裝載位置，強行將該工具送入夾頭中。受限於夾頭與機械手臂之剛性，該工具已無法移至對準位置，因此，一旦裝入夾頭內，勢必出現微幅偏斜，或者該工具將在進入夾頭時折彎，又或者上述兩種狀況同時出現。由於對準誤差可能甚小，一般不容易察覺，通常需等到工具完成機械加工後才變得明顯。若遲未發現此對準誤差，可能許多工具均已接受不準確之機械加工，因而浪費大量材料與時間。

若定位時之對準誤差較大，可能導致工具在裝載過程中完全偏離夾頭之開口，亦即當機械手臂向前推送工具以便將其插入夾頭開口時，工具前端將與夾頭開口周圍之夾頭面接合，而非進入該開口。一旦發生此狀況，操作員便知必須重新校正而無庸置疑。

應瞭解，只要機械手臂本身未對準，所有由該手臂裝載之工具均無法準確裝載，其差異僅在於對準誤差之大小。因此，機械手臂必須經常校正，若溫度及/或濕度會在一天之內出現劇烈變化則更應如此；換言之，機器必須停工接受校正，而人員與機器間之互動也將增加。然而，吾人並無法透過檢查得知應於何時重新校正。重新校正之時機係由機器操作員決定，或依照預定之排程，或在工具顯然未正確裝載或未準確加工時才進行。

用以將工具裝入夾頭以便加以研磨或銑切之機械手臂，大多可於一幾乎垂直於夾頭軸之平面內伸縮。此外，該種機械手臂通常大致係沿水平方向(而非一傾斜或垂直方向)伸縮。此種沿水平方向運作之機械手臂往往會沿垂直方向微幅移動(亦即在垂直方向上展現其「順從性(compliance)」)，但在水平方向上則因剛性甚大而無類似之移動或順從性(compliance)。因此，將工具裝入夾頭時，其放置誤差在垂直方向上大多可由機械手臂透過其容許移動量或順從性(compliance)而加以吸收，但在水平方向上則無法被吸收。就此種機械手臂而言，導致工具未能正確裝入夾頭及後續無法準確加工之因素在於缺少水平方向之順從性(compliance)，同一因素亦可能導致工具因位置偏離夾頭開口而完全無法完成裝載。

反之，若機械手臂係設計為大致沿垂直方向伸縮，則可供利用之順從性(compliance)將出現在水平方向而非垂直方向。事實上，可供利用之順從性(compliance)之所在方向一般均垂直於機械手臂之伸縮方向，而需要順從性(compliance)之方向則為機械手臂之伸縮方向。

故，如何針對習知機械手臂裝載方式進行改良，以解決前述問題，即成為本發明在此亟欲解決的重要問題。

有鑑於習知習知機械手臂裝載方式於生產時所發生之前述問題，發明人乃憑藉著多年來的實務經驗，並經過多次的實驗及測試後，終於設計出本發明之一種可安裝於機械手臂，且可於該機械手臂之伸縮方向提供順從性(compliance)之工具夾持裝置，期能有效改善前述之諸多缺失。

本發明之一目的，係提供一種用以將一具有一縱軸之長形工具裝入一夾頭之工具夾持裝置，該工具夾持裝置包括一工具夾持器及一安裝裝置，其中該工具夾持器可沿一夾緊軸夾緊一工具，而該安裝裝置則可將該工具夾持裝置安裝於一機械手臂，該工具夾持器經安裝後可相對於該安裝裝置而自由地轉動。

此種工具夾持裝置之優點在於可提供水平方向之順從性(compliance)。詳言之，該工具夾持器可沿一弧線轉動，致使該工具夾持器沿著該夾緊軸所夾緊之一工具移位，其中該移位至少包括一水平分量。該夾緊軸係將一工具插入一夾頭內而以該工具夾持器夾緊該工具時，該工具順著延伸之一軸線。此種工具夾持裝置亦可利用該工具夾持器之轉動而提供其他方向(例如垂直方向)之順從性(compliance)。但由於與本發明相關之機械手臂大多係沿水平方向伸縮，以下針對本發明之進一步討論係以提供水平方向之順從性(compliance)為例。

令該工具夾持器沿一弧線轉動可同時產生水平及垂直移動，其中垂直移動幾可忽略，且若考量機械手臂固有之垂直向順從性 (compliance)，此垂直移動在任何情況下均不致產生問題。詳言之，由該工具夾持器所夾緊之工具，若在該工具夾持器之轉動過程中，因其弧線運動而產生任何垂直移動，此垂直移動均可由機械手臂之順從性(compliance)移動加以吸收或修正；至於水平移動則因機械手臂沿水平方向之剛性，而無法透過順從性(compliance)移動而加以修正。因此，由該工具夾持器所夾緊之工具將水平移位，藉以吸收其相對於夾頭開口之對準誤差，俾能插入夾頭而無動彈不得或不當裝載之情事。

令該工具夾持器沿一弧線轉動可同時產生水平及垂直移動，其中垂直移動幾可忽略，且若考量機械手臂固有之垂直向順從性(compliance)，此垂直移動在任何情況下均不致產生問題。詳言之，由該工具夾持器所夾緊之工具，若在該工具夾持器之轉動過程中，因其弧線運動而產生任何垂直移動，此垂直移動均可由機械手臂之順從性(compliance)移動加以吸收或修正；至於水平移動則因機械手臂沿水平方向之剛性，而無法透過順從性(compliance)移動而加以修正。因此，由該工具夾持器所夾緊之工具將水平移位，藉以吸收其相對於夾頭開口之對準誤差，俾能插入夾頭而無動彈不得或不當裝載之情事。

請注意，該工具夾持器之弧線運動係一幅度極小之運動，其目的係為修正工具與夾頭開口間最大可達約300微米(microns)之相對位置對準誤差。此最大誤差值約為一製造設施中之機械手臂因一段時間內(例如從上午至下午)之顯著熱膨脹而可能產生之最大對準誤差。但在大多數情況下，需由本發明加以修正之對準誤差可望遠小於上開數值。

該工具夾持器之轉動係自由或不受拘束之轉動，因此，每當該工具夾持器將一工具裝入一夾頭時，均可依所需幅度轉動。較佳者，該工具夾持器可輕易轉動，亦即轉動時幾乎或完全沒有阻力，且該工具夾持器可立即依照待修正之對準誤差所需之幅度轉動。自由地轉動係指該工具夾持器可在無外力驅動或未以其他方式加以控制之情況下轉動。

機械手臂熱漲、冷縮時所需之轉動量不同，而自由地轉動則使該工具夾持器可達所需轉動量。弧線轉動之角度可予以限制。在本發明之若干形態中，弧線兩端分別形成機械式止擋件以限制最大轉幅。在本發明之若干形態中，容許之最大弧線轉動幅度為約100微米(microns)，但亦可採用較大或較小之最大容許轉幅，例如300微米(microns)或0.5公厘(mm)。以一或多個止擋件限制最大容許轉幅之優點在於，本發明之工具夾持裝置僅提供一預定程度內之順從性(compliance)；當對準誤差超出須進行重新校正之門檻時，本發明之工具夾持裝置不會針對超額之對準誤差提供修正。

當該工具夾持裝置位於一作業位置，該工具夾持器相對於該夾緊軸而轉動之轉軸最好係位於該夾緊軸上方。此外，該工具夾持器經安裝後，最好可相對於該安裝裝置而自由地轉動，其中該工具夾持器之轉軸係由該工具夾持器所夾緊之一長形工具之夾緊軸偏移所形成，且係平行於該長形工具之夾緊軸。換言之，當該工具夾持裝置依需要而安裝於一機械手臂時，該工具夾持器之轉軸與該夾緊軸係平行，且兩者在垂直方向上並未相互對齊。

上述設計之優點在於，該夾緊軸因熱漲、冷縮而偏離其原本校正後之位置時，依舊平行於沿該夾緊軸而夾緊之一工具所欲插入之夾頭之軸。

該工具夾持器之轉軸與該夾緊軸保持平行之程度，端視本發明之實際應用而定。在本發明若干對作業準確度要求極高之型態中，上述各軸之平行度與絕對平行之差距可能不到數微米(microns)，但當夾頭開口之軸與工具軸間之允許誤差加大時，則可放大上述差距之容許值。在本發明之某一型態中，50公厘(mm)長度範圍內之對準誤差經測量為20微米(microns)，等於0.023°之對準誤差。

一如前述，該工具夾持器之轉軸最好位於該夾緊軸上方，但請注意，該兩軸雖可在垂直方向相互對齊，但未必需要如此。該工具夾持器之轉軸可位於該夾緊軸上方且係由該夾緊軸水平偏移所形成，較佳者係兩者保持平行。

在該工具夾持器之轉軸與該夾緊軸之上述偏移關係中，該兩軸可於任一方向上相隔任一適當距離，但最好保持平行。透過此一設計，該兩軸之相對轉動便可產生弧線運動，進而提供將工具裝入夾頭時所需之水平方向順從性(compliance)。本發明人預期，本發明工具夾持裝置之尺寸在大部分情況下係取決於與其搭配使用之設備之尺寸，因此，工具軸與該工具夾持器之轉軸間之容許偏移幅度，亦將取決於該設備之尺寸。然而，當該夾緊軸之弧線轉動半徑加大時，工具沿順從方向之移動路徑將愈趨扁平。在本發明工具夾持裝置之第一原型中，上述半徑為約80公厘(mm)，弧長為約100微米(microns)，且弧線運動之垂直分量甚小，可由機械手臂透過其垂直方向之順從性(compliance)而輕易加以吸收。

請注意，雖然該工具夾持器之轉軸最好位於該夾緊軸上方，但若將該工具夾持器之轉軸設於該夾緊軸下方仍未脫離本發明之範圍。此外，該工具夾持器之實際轉動位置，可在該工具夾持器實際夾緊一工具之位置之前或後方，或不與該工具夾持器共面。因此，上述各軸之實際位置並非關鍵。一如前述，在本發明之一型態中，該工具夾持器經安裝後可沿著約100微米(microns)長之弧線轉動，但該弧長亦可有所增減。為便於弧線運動，可將該工具夾持器固定於一可轉動之軸桿，或使其安裝後可相對於一軸桿而轉動，例如該軸桿可為固定式或處於靜止狀態。在本發明之一型態中，該工具夾持器包括一可供一軸桿插入之開口，且該工具夾持器可繞該軸桿轉動。可將一套筒插入該開口中，並將該軸桿伸入該套筒。該軸桿與該開口或套筒之間必須緊密配合，但該工具夾持器應仍可相對於該軸桿而自由地轉動。此外，上述配合應可減少運轉餘隙，藉以縮小該工具夾持器與夾頭開口間之角誤差。在本發明之一型態中，上述配合可為相關ISO 286-1：2010類別中所定義之G6/g6配合。亦可加以潤滑以確保該工具夾持器在該軸桿上轉動時不受拘束。

該工具夾持器之開口可形成於其任一適當部位，且係與用以夾緊一工具並形成該夾緊軸之夾爪保持距離。一如前述，此距離在本發明之一型態中為約80公厘(mm)。此距離定義出該工具夾持器之旋轉半徑。

上述夾爪可以氣壓、液壓或電力操作。在本發明之若干型態中，該等夾爪可包含一具有特定形狀(如V字形)之承受面(bearing surface)及一活動夾緊件。該夾緊件可相對於該軸承表面而移動，藉以夾緊或釋放一工具，其中該移動大多為向遠離該軸承表面之線性運動，且該夾緊件通常亦包括一具有特定形狀之承受面(bearing surface)，上述各承受面(bearing surface)均經過設計，俾能穩固夾緊需接受機械加工之特定類型之工具。

工具夾持器乃習知技藝，且種類繁多。本發明可與可受益於本發明所提供之順從性(compliance)之各種工具夾持器搭配使用。除包括單一工具夾持器外，本發明亦涵蓋包括複數個工具夾持器。因此，本發明之夾持裝置可包括一對工具夾持器，例如該對工具夾持器之排列方式係對稱於一主軸，且該等工具夾持器可繞該主軸轉動。該主軸最好平行於該等工具夾持器之夾緊軸，且根據此排列方式，每當一長形工具被該對工具夾持器其中之一夾緊時，該工具之軸均平行於該主軸。

一工具夾持裝置包括一對工具夾持器之優點在於，在第一工具夾持器將一工具裝入一夾頭之同時，第二工具夾持器可夾緊另一工具以便進行裝載。當該第一工具夾持器將其所夾緊之工具裝入一夾頭時，該第二工具夾持器可夾緊一預備於該第一工具夾持器之工具完成機械加工後隨即裝入同一夾頭內之工具。當該第一工具夾持器之工具加工完成後，該第一工具夾持器將再度夾緊該工具，並將該工具從該夾頭中移出。然後便可轉動該夾持裝置，藉以將該第二工具夾持器所夾緊之工具移至可裝入該夾頭之位置，而該第一工具夾持器則可釋放已完成機械加工之工具。在該第二工具夾持器之工具加工完成並從該夾頭移出後，該第一工具夾持器便可夾緊另一待加工之工具。上述流程可依所需加工之工具數反覆進行。

應瞭解，雖然具有一或兩個工具夾持器之工具夾持裝置可望成為工具夾持裝置中最受歡迎之形式，但本發明實涵蓋包括三個以上工具夾持器之工具夾持裝置。

本發明之工具夾持裝置可以任一適當方式連接至一機械手臂，故可採用任一適當之介面。機械手臂具有在業界稱為「末端致動器」之元件，而工具加工用之工具夾持裝置，通常即連接至機械手臂之此一部分。本發明係連接至一末端致動器，因此，本發明之工具夾持裝置可包括一用以連接至末端致動器之基座，及一從該基座延伸至上述工具夾持器之臂、軸桿、安裝塊，或其他元件或構件。該工具夾持器可固定於該臂、軸桿、安裝塊，或其他元件或構件(以下統稱「臂」，但包括所述軸桿、安裝塊及其他元件與構件中之任一者)以便轉動。例如，該臂之一端可包括一可轉動之軸桿，且該工具夾持器可固定於該軸桿，並隨該軸桿轉動。或者，該軸桿可固定於該臂，而該工具夾持器則可相對於該軸桿或繞該軸桿而轉動。

前文曾提及可使用兩個工具夾持器，若套用前段所述之設計，則該軸桿可利用其兩端分別支撐該兩工具夾持器。該兩工具夾持器能以相同之方式連接至該軸桿。

本發明之工具夾持裝置可包括一返回機構，藉以將該工具夾持器送回一起始或作業位置。當該工具夾持器位於此起始或作業位置時，該工具夾持器係位於一預定且未經轉動之位置。該機構可採任一適當形式，只要不影響該工具夾持器之自由地轉動或不受拘束之轉動即可。在本發明之一型態中，該返回機構包括一加壓裝置，其可作用於該延伸於該機械手臂末端致動器與該工具夾持器間之臂。在此一設計中，該工具夾持器可從起始位置起，相對於該臂而轉動。當該工具夾持器為提供將工具插入夾頭所需之順從性(compliance)而沿一適當弧線轉動後，該返回機構可與該臂互動，藉以將該工具夾持器送回該起始位置。

一適當之加壓裝置包括一對彈簧栓，其中該等彈簧栓係分別與該臂相對之側面接合(較佳者係以接觸方式接合)。當該工具夾持器轉動時，將能抵抗其中一彈簧栓之抵壓，而將該彈簧栓下壓，且該工具夾持器在將工具裝入夾頭內並釋放該工具後即可自由地轉動，而原被下壓之彈簧栓則將伸長，並推抵該臂之表面，因而將該工具夾轉回起始位置。

由於在此使用一對彈簧栓，故無論該工具夾將工具裝入夾頭時朝哪一方向轉動，最後均可被轉回起始位置。詳言之，若該工具夾持器為裝載一工具而沿順時針方向轉動，可由其中一彈簧栓將其送回起始位置；若係沿逆時針方向轉動，則由另一彈簧栓將其送回起始位置。此外，該對彈簧栓係一同運作，故當該工具夾持器位於起始位置時，完全伸長之兩彈簧栓將對該臂施以輕微之軸承負載(bearing load)，藉以將該工具夾持器維持在起始位置並正確定位，以便夾緊另一工具。

當該工具夾持器位於起始位置時，上述彈簧栓僅對該臂施以輕微之軸承負載(bearing load)。此一設計可將該等彈簧栓妨礙該工具夾持器轉動之阻力降至最低，故為一較佳設計。因此，該工具夾持器雖然承受該等彈簧栓之阻力，但仍可輕易轉動，且可將其所夾緊之工具正確對準並插入夾頭中。然而，該等彈簧栓施予該臂之抵壓可為任一適當之力。在本發明若干設計中所施予之負載即大於前述之輕微軸承負載(bearing load)。在本發明之一型態中，當操作員將一未完全對準夾頭之工具裝入該夾頭時，該等彈簧栓將被下壓，而該工具夾持器則在該工具與該夾頭所產生之負載達1公斤(kg)時開始轉動。在本發明之此一型態中，該等彈簧栓之彈簧係預壓至約35.3牛頓(N，Newton)，彈簧應變率(spring rate)為約2牛頓/公厘(N/mm)。預壓之目的係為使該等彈簧栓能在該工具夾持器位於起始位置時承受該工具夾持器之重量，直到工具與夾頭間所產生之負載大於該預壓為止。以上數值受不同因素之影響，包括該工具夾持器之重量，以及該工具夾持器於轉動過程中所產生之力矩(從其轉動點至質心)。

應瞭解，上述用以連接末端致動器與該工具夾緊裝置之臂亦可採用不同之形式。例如，可將該工具夾直接連接至末端致動器，或以其他方式連接至末端致動器，例如透過一間隔件、固定件或托架。

為便貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

〔習知〕

無

〔本發明〕

10‧‧‧機械手臂

11‧‧‧末端致動器

12‧‧‧基座

20‧‧‧工具夾持裝置

21‧‧‧工具夾持器

22、23‧‧‧夾爪

24‧‧‧工具

25‧‧‧臂

26‧‧‧夾頭

27‧‧‧本體

30‧‧‧軸桿

31‧‧‧套筒

35、36‧‧‧彈簧栓

第1圖係為本發明之工具夾持裝置將一工具裝入一夾頭內之立體示意圖；第2圖係為本發明之工具夾持裝置將一工具裝入一夾頭內之側視示意圖；第3圖係為本發明之工具夾持裝置將一工具裝入一夾頭內之俯視示意圖；第4圖係為本發明之工具夾持裝置之局部剖面示意圖；及第5圖係為本發明之工具夾持裝置之另一立體示意圖。

在第1至3圖中，本發明係位於一可將一工具裝入一磨床或銑床之一夾頭內之位置。如第1圖所示，一機械手臂10具有一末端致動器11，而一工具夾持裝置20之基座12則連接於該末端致動器。工具夾持裝置20包括一對工具夾持器21，其中各工具夾持器21均包括一對可夾持一工具24之夾爪22及23(詳見第4圖)。工具夾持裝置20係由一臂25連接於末端致動器11。

該等工具夾持器21均採用標準形式，且其作業方式乃熟習此項技藝之人士所共知，因此，本文將不再說明工具夾持器21夾緊工具之方式。該等工具夾持器係安裝於一本體27，且可相對於本體27而轉動。臂25伸入本體27並固定於本體27。

該等工具夾持器21其中之一在圖中已夾持工具24，且係位於一夾頭26前方，以便將工具24裝入夾頭26中。夾頭26包括一可容置工具之中央開口，以及一夾緊裝置，該夾緊裝置可以環繞之方式夾緊該工具，使該工具可在該夾頭之固持下接受機械加工。由於夾頭26容置及夾緊工具之方式亦為熟習此項技藝之人士所共知，本文不再加以說明。

在準確度極高之磨床或銑床中，當工具插入夾頭之孔洞但尚未被夾頭夾緊時，工具外表面與該孔洞間之餘隙往往極小，約在0與20微米(microns)之間，因此，工具之位置必須極為準確方能裝入夾頭中。倘若工具之軸未對準該孔洞之軸，工具可能以不正確之方式安裝在該孔洞內(亦即成傾斜狀)，或者，工具被強行送入該孔洞時將產生彎折。

一如前述，環境因素可能影響工具夾持器21對工具之定位，使工具之縱軸無法完全對準夾頭孔洞之軸。發生此狀況時，工具24將沿其自身與夾頭之軸插入夾頭之孔洞中，但由於該兩軸相互偏離，該工具被強行送入夾頭之孔洞時可能因而彎折。若該兩軸之對準誤差甚大，該工具有可能被卡死。倘若該工具在此情況下仍可完成裝載，其裝載後可能呈傾斜狀，因而降低機械加工之準確度。

將工具裝入夾頭之困難點已如前述，但應瞭解，將工具從夾頭中取出時亦可能遭遇類似問題。以後者而言，倘若工具夾持器21未對準由夾頭26所固持之工具24，工具夾持器21在夾緊該工具時可能使其傾斜，因而難以將工具24從夾頭26中取出，甚至可能使工具24因而彎折或無法動彈，終致無法妥善加工及準確成形。因此，在將工具裝入夾頭或從夾頭中取出時，均須令工具之軸正確對準夾頭孔洞之軸。

在第1至3圖中，工具24係夾緊於夾爪22及23之間。工具24係沿著工具夾持器21之夾緊軸CA(詳見第3圖)而被夾緊在此一位置。因此，當工具24被工具夾持器21夾緊時，工具24之軸即為夾緊軸CA。此外，工具24於圖示位置時亦與夾頭26孔洞之軸CB(第1至2圖中未繪出)共線。若該工具之軸CA未對準該夾頭孔洞之軸CB，機械手臂10之彈性或順從性(compliance)，將容許工具24沿圖示之垂直或Z軸(詳見第2圖)移動(從而修正對準誤差)，但在該機械手臂之水平或Y軸方向上則因該機械手臂在此方向之剛性，而僅能順從上述之修正動作(亦即無法充分修正此方向之對準誤差)。開發本發明之目的即為提供Y軸方向之順從性(compliance)，使工具24可在其縱軸CA略微偏離夾頭26孔洞之軸CB時得以重新對準(或稱改善其對準狀況)，以便正確裝載至該夾頭之孔洞中，並在機械加工完成後，從該夾頭之孔洞中正確卸除。

第4圖為第1至3圖所示工具夾持裝置20之側視剖面示意圖，但圖中並未繪示機械手臂10及夾頭26。在第4圖中，工具24係夾緊於工具夾持器21之夾爪22與23之間。第4圖亦繪示工具夾持裝置20中一包含軸桿30之元件，下文將參照第5圖詳加說明。軸桿30係位於工具24正上方，且兩者位於相同中心線上。工具夾持器21進行Y軸方向之順從性(compliance)移動時，即繞軸桿30轉動。因此，軸桿30之軸與工具24之軸係平行。第4圖中之箭頭A顯示工具24可於必要時進行順從性(compliance)移動之方向。

現僅以其中一工具夾持器21(即第4圖所示之工具夾持器21)為例，此工具夾持器經安裝後可繞軸桿30轉動，俾進行Y軸方向之順從性(compliance)移動。詳言之，該工具夾持器21可依箭頭A所示方向，繞著軸桿30沿一扁平弧線自由地轉動。雖然箭頭A所示為線性移動，但因工具係繞一轉軸移動，其運動實為弧形。此一轉動即提供Y軸方向之順從性(compliance)，如第2圖所示。如此一來，機械手臂10便可移動工具24並將其插入夾頭26之孔洞中。若軸CA未對準軸CB，工具24之前端或已偏離其原可正確對準該孔洞之位置。工具24之前端在此情況下可能會與夾頭前端之一表面接合。倘若採用沿Y軸方向無順從性(compliance)之剛性設計，該工具可能無法正確安裝於夾頭中(亦即可能出現偏斜)，或者，該工具可能在被強行送入夾頭孔洞時彎折。

由於工具夾持器21之安裝方式，使其可相對於軸桿30而自由地轉動，工具夾持器21可沿Y軸移位，進而使軸CA對準(或至少更為接近)軸CB，如此一來，工具24便可在無對準誤差之情況下插入夾頭之孔洞，而不致受損。上述自由地轉動不僅可迅速完成，其轉動幅度亦為將工具正確對準插入位置之所必需。此外，轉動係自動發生，亦即不需操作員採取行動。再者，移動量可因應當前之對準誤差量而有效調整。此機構雖然簡單，卻能成功解決本文所述之對準誤差問題而無需借助複雜之機構或控制裝置。

參見第5圖，圖中單獨繪示第1至4圖所示之工具夾持裝置20，亦即不包括被夾持之工具。第5圖中清楚可見工具夾持裝置20之一對工具夾持器21係分別安裝於臂25之兩側。

第4圖所示之軸桿30在第5圖中係以虛線表示，代表該軸桿通常隱而不見，此外，軸桿30在第5圖中係從其中一工具夾持器21延伸至另一工具夾持器21。事實上，軸桿30係伸入該等工具夾持器21內，且各工具夾持器21均包括一套筒31，該等套筒分別套設於軸桿30之兩端。軸桿30穿過臂25之前端，且係相對於臂25而靜止不動。在需要展現Y軸方向之順從性(compliance)時，各工具夾持器21及其對應之套筒31相對於軸桿30而轉動。

應知，為展現Y軸方向順從性(compliance)所需之轉動量甚小，屬於微米(microns)量級。最大對準誤差可達約300微米(microns)。本發明之特色之一在於可限制各工具夾持器21之最大轉動量。參見第4圖，一對彈簧栓35及36係作用於臂25之外表面，並在臂25與該等工具夾持器21之間施加輕微之抵壓負載。在第4及5圖中可見彈簧栓36之一端37，且此端之位置係由一螺帽38加以固定。

當該等彈簧栓位於第4圖所示位置時，工具夾持器21係位於一起始位置，亦即尚未相對於軸桿30而轉動之位置。由此可知，當第4圖中之工具夾持器21為提供Y軸方向之順從性(compliance)，而沿順時針方向轉動時，將抵抗下方彈簧栓36內彈簧元件(彈簧)之抵壓，進而下壓該下彈簧栓。該工具夾持器21之此一轉動將使一工具得以正確裝入夾頭26之孔洞中，且一旦裝載完成，該工具夾持器21即釋放該工具，並自夾頭縮回，以利該工具接受相關研磨或銑切作業。此外，一旦將該工具放開後，該工具夾持器21便可在彈簧栓36所施抵壓負載之作用下，沿逆時針方向轉回起始位置。當該工具夾持器21返回起始位置後，兩彈簧栓35及36僅對臂25之表面施以輕微負載。建立起始位置之優點在於，工具夾持器21將一工具裝入夾頭26之孔洞後將返回正確位置，以便夾緊另一工具。

若為裝載或卸除一工具而需沿逆時針方向轉動工具夾持器21以提供Y軸方向之順從性(compliance)，其動作流程與前段所述類似，亦即，逆時針方向之轉動可抵抗彈簧栓35內彈簧元件之抵壓，進而下壓彈簧栓35，且之後亦由柱塞35將工具夾持器21送回起始位置。然而，一旦返回起始位置後，則由兩彈簧栓35及36同時施加一輕微負載，藉以將該工具夾維持在起始位置。

在第5圖所示裝置中設有一對工具夾持器21。但須知本發明亦涵蓋僅設有單一工具夾持器或設有多於兩個工具夾持器之裝置。

上述彈簧栓設計之另一特色在於可限制工具夾持器之轉動量。各彈簧栓35及36均具有一彈簧栓下壓最大幅度。一旦到達此最大幅度，工具夾持器21便無法繼續轉動。但應瞭解，亦可採用其他形式之設計以達上述限制工具夾持器轉動之效果。

工具夾持器21係以極為簡單之方式(亦即透過一固定螺絲39)固定於臂25。螺絲39穿過軸桿30並進入臂25之面端，從而鎖緊軸桿30，使其無法轉動，同時亦將該等工具夾持器相對於臂25而固定。

請注意，除了提供上述之順從性(compliance)移動外，工具夾持器21之作業方式與一般無異。換言之，提供順從性(compliance)並不影響工具夾持器21之夾緊方式或夾緊力。

亦應瞭解，雖然上述之工具夾持裝置20包含一對工具夾持器21，且各工具夾持器均具有夾爪22及23，此裝置僅為本發明工具夾持裝置之一實施例。最後，工具夾或工具夾持器之形式並不重要，惟須滿足下列限制條件：工具夾持器經安裝後須可轉動，以提供Y軸方向之順從性(compliance)。

圖示裝置之另一重點在於，工具夾持器21之轉軸(即軸桿30之軸)係由夾爪22及23所夾工具之軸(即軸CA)偏移所形成，且兩者係互相平行。從以上討論可知，當一工具依上述方式被夾緊時，其軸即為本發明工具夾持裝置之夾緊軸。上述各軸大致平行，且係彼此偏移所形成。

一般人亦可從圖式中得知，繞軸桿30轉動時之轉軸及上述夾緊軸係大致或實質上垂直於Y軸方向(亦即需展現順從性(compliance)之方向性)。此為上述轉軸與夾緊軸配置方式之必然結果。

按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。