CN109397273B - 机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手臂，包含基座、推抵件、转动件、臂体以及弹性件。基座具有相互面对的两个内表面以及连接于其中一内表面的容置孔。推抵件设置于基座的容置孔，且推抵件与容置孔的孔侧壁面相接触。转动件设置于两个内表面之间并接触推抵件，且转动件藉由推抵件而枢设于基座。臂体设置于转动件上。弹性件设置于基座并可提供预压力给推抵件，而令推抵件常态推抵转动件以及容置孔的孔侧壁面。

Description

机械手臂

技术领域

本发明关于一种机械手臂，特别是一种以摆动移动的方式拾取或点测物件的机械手臂。

背景技术

为了减少污染及提高产量，半导体产业常利用一个或多个机械手臂拾取并且搬运硅晶圆或电子芯片等工作件，或是利用机械手臂末端的探针进行电性测试。

现有技术广泛使用轴承与轴心的组合方式，以使臂体能以摆动移动的方式拾取或点测物件。然而，轴承的径向间隙也是其美中不足的缺失，轴承间隙经由摆臂与轴心的距离放大之后，产生的些许偏移，偶发性的会导致臂体在测试时有滑针、多针痕、行程无重复性等不良现象产生。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明公开一种机械手臂，有助于解决轴承与轴心之间会随着机械手臂的使用时间增加而产生径向间隙的问题。

本发明公开的机械手臂包含一基座、一推抵件、一转动件、一臂体以及一弹性件。基座具有相互面对的两个内表面以及连接于该两个内表面其中之一的一容置孔。推抵件设置于基座的容置孔，且推抵件与容置孔的孔侧壁面相接触。转动件设置于两个内表面之间并接触推抵件，且转动件藉由推抵件而枢设于基座。臂体设置于转动件上。弹性件设置于基座并提供预压力给推抵件，而令推抵件常态推抵转动件以及容置孔的孔侧壁面。

本发明公开的另一种机械手臂包含一基座、两个推抵件、一转动件以及一臂体。基座具有相互面对的两个内表面以及分别连接于两个内表面的两个容置孔。两个推抵件分别接触两个容置孔的孔侧壁面，且两个容置孔的孔侧壁面以三点接触夹持方式分别将两个推抵件夹持于两个容置孔。转动件设置于两个内表面之间并接触两个推抵件，且转动件藉由两个推抵件而枢设于基座。臂体设置于转动件。

根据本发明所公开的机械手臂，取代现有轴承与轴心的组合结构，藉由推抵件将转动件枢设于基座，并且利用弹性件提供预压力以使推抵件能常态地承靠于容置孔的孔侧壁面上。当转动件偏移时，推抵件与弹性件有助于将转动件复位至偏移前的位置，以防止转动件偏移后于推抵件、转动件与基座彼此之间产生的间隙无法消除。因此，能确保转动件常态保持于默认的位置，而使臂体的摆动运动有高行程重复性的优点。

此外，也可采用推抵件与容置孔的孔侧壁面三点接触夹持的方式，以使容置孔的孔侧壁面与推抵件之间的作用力能拘束推抵件的活动方式，进而防止转动件产生偏移而能常态保持于默认的位置。藉此，臂体的摆动运动也有高行程重复性的优点。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的机械手臂的立体示意图。

图2为图1的机械手臂的分解示意图。

图3A为图1的机械手臂沿着3-3剖切线的剖面示意图。

图3B为图3A的机械手臂的局部放大图。

图4A为图1的机械手臂沿着4-4剖切线的剖面示意图。

图4B为图4A的机械手臂的局部放大图。

图5为图1的机械手臂沿着5-5剖切线的剖面示意图。

图6为图5的机械手臂的行程发生偏移的示意图。

图7为根据本发明第二实施例的机械手臂的剖面示意图。

图8为图7的机械手臂沿着8-8剖切线的剖面示意图。

其中，附图标记：

1、1a 机械手臂

10 基座

110 本体

120 延伸部

121 内表面

122 容置孔

122a 承靠段

122b 让位段

1221 承靠边

123 容置槽

20 推抵件

30 转动件

310 外表面

320 穿孔

40 推抵件

50 弹性件

510 弹性部

520 推抵部

60 臂体

A 朝上方向

P 推抵方向

S 轴线

θ1、θ2 锐角

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请同时参照图1和图2。图1为根据本发明第一实施例的机械手臂的立体示意图。图2为图1的机械手臂的分解示意图。在本实施例中，机械手臂1包含一基座10、两个推抵件20与40、一转动件30、一弹性件50以及一臂体60。

基座10例如但不限于是固定于地面或是其他设备的一机架，其可搭载一动力源(例如伺服马达，图中未示出)。基座10包含一本体110以及两个延伸部120，并且两个延伸部120分别连接于本体110的相对两端。两个延伸部120分别具有一内表面121，并且两个内表面121相互面对。两个延伸部120还分别具有与内表面121相连接的一容置孔122，并且其中一个延伸部120还具有与容置孔122相连接的一容置槽123。

请并参照图3A至图5。图3A为图1的机械手臂沿着3-3剖切线的剖面示意图。图3B为图3A的机械手臂的局部放大图。图4A为图1的机械手臂沿着4-4剖切线的剖面示意图。图4B为图4A的机械手臂的局部放大图。图5为图1的机械手臂沿着5-5剖切线的剖面示意图。

每个容置孔122的孔侧壁面具有多个承靠段122a以及一个或多个让位段122b。容置槽123的延伸方向与相连接的容置孔122的延伸方向彼此相交而夹一锐角θ1。如图3B所示，其中一个容置孔122的孔侧壁面具有交错排列并且彼此相连的三承靠段122a以及三让位段122b。任两承靠段122a的延伸方向彼此相交而夹一锐角θ2，并且其中一个让位段122b介于相间隔的两个承靠段122a之间。前述相间隔的承靠段122a，是指任两个相邻的承靠段122a为不连续的两个表面，即在两个相邻的承靠段122a之间设有面形不同或曲率不同的另一个表面(让位段122b)。如图4B所示，连接于容置槽123的另一个容置孔122的孔侧壁面具有两个承靠段122a以及一让位段122b。两个容置孔122的每个承靠段122a皆具有一承靠边1221，并且承靠边1221邻近容置孔122所连接的内表面121。在本实施例中，锐角θ2大约为60度(degrees)。在其他实施例中，锐角θ2可为10度、30度、90度或170度的非水平角。

在本实施例中，每个容置孔122中的承靠段122a数量以及让位段122b数量并非用以限制本发明，其可视设计需求而任意调整。此外，本实施例的承靠段122a为平坦状的表面，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，承靠段可为凸状的弧形面或凹状的弧形面，并且承靠段与让位段具有不同的曲率。此外，本实施例在相邻的两个承靠段122a之间设有一个让位段122b，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，对于孔侧壁面具有三个承靠段的容置孔而言，承靠段可彼此直接连接而使容置孔成为三角孔。

推抵件20例如但不限于是金属制的一圆形球体，其设置于孔侧壁面具有三个承靠段122a的容置孔122内，详细来说，推抵件20分别与三个承靠段122a的承靠边1221一点接触，并且推抵件20与让位段122b之间相间隔而具有间隙。藉此，容置孔122的孔侧壁面以三点接触方式夹持住推抵件20。

转动件30设置于基座10的两个内表面121之间，并且转动件30的一侧枢设于推抵件20。详细来说，转动件30具有相对的两个外表面310以及连接于两个外表面310的一穿孔320。两个外表面310分别面对两个容置孔122，并且其中一个外表面310面对推抵件20。推抵件20的一部分设置于穿孔320内，并且穿孔320的孔侧壁面与推抵件20三点接触。藉此，穿孔320的孔侧壁面以三点接触方式夹持住推抵件20而达到较佳的受力平衡，并且转动件30能以推抵件20为枢接点相对基座10转动。

推抵件40例如但不限于是金属制的一圆形球体，其设置于连接于容置槽123的容置孔122内，详细来说，推抵件40分别与两个承靠段122a的承靠边1221一点接触，并且推抵件40与让位段122b之间相间隔而具有间隙。藉此，推抵件40与容置孔122的孔侧壁面两个点接触，即推抵件40分别与两个承靠段122a的承靠边1221一点接触。转动件30的另一个外表面310面对推抵件40。推抵件40的一部分设置于穿孔320内，并且穿孔320的孔侧壁面与推抵件40三点接触以达到较佳的受力平衡，而使穿孔320的孔侧壁面以三点接触方式夹持住推抵件40。藉此，转动件30能以推抵件40为枢接点相对基座10转动。也就是说，转动件30藉由推抵件20与推抵件40而枢设于基座10，使得转动件30能以轴线S为旋转中心转动。

弹性件50设置于基座10的容置槽123并且包含相连的一弹性部510以及一推抵部520。详细来说，弹性部510例如但不限于是一压缩弹簧，并且推抵部520例如但不限于是金属制的一圆形球体。推抵部520设置于弹性部510与推抵件40之间。弹性部510适于沿一推抵方向P提供预压力给推抵部520，而令推抵部520常态推抵推抵件40，进而使推抵件40常态推抵转动件30以及容置孔122的孔侧壁面的两个承靠段122a的承靠边1221。在本实施例中，弹性部510的推抵方向与容置槽123的延伸方向相同，即弹性部510的推抵方向与连接于容置槽123的容置孔122的延伸方向彼此相交而夹锐角θ1。

臂体60设置于转动件30。当转动件30转动时，臂体60能相对基座10上下摆动。臂体60于远离转动件30的一端可设置有吸取头、夹爪或是点测探针(图中未示出)，以便利用臂体60拾取工作件(例如硅晶圆、LED晶粒或电子芯片，图中未示出)，或是利用臂体60对工作件进行点测。

藉由上述配置，当转动件30产生径向方向的偏移时，弹性件50所提供的预压力有助于防止推抵件20和40、转动件30与基座10彼此之间产生间隙。图6为图5的机械手臂的行程发生偏移的示意图。如图6所示，当转动件30或是臂体60受到外力(例如在图6中沿朝上方向A施加的推力)干扰时，转动件30的一侧会朝向上方或是斜上方偏移而压缩弹性件50的弹性部510，而使弹性部510储存弹性位能。此时，转动件30推动推抵件40远离容置孔122的孔侧壁面的两个承靠段122a，导致推抵件20和40、转动件30与基座10会因为组装关系松脱而彼此之间产生一个或多个间隙。当此外力干扰被移除时，弹性部510释放弹性位能而令推抵件40复位以再次接触承靠段122a。藉此，当转动件30偏移时，推抵件40与弹性件50有助于将转动件30复位至偏移前的位置(如图5所示)，以防止转动件30偏移后于推抵件20和40、转动件30与基座10彼此之间产生的间隙无法消除。因此，能确保转动件30常态保持于默认的位置，而使臂体60的摆动运动有高行程重复性的优点。

为了方便各元件的组装以及确保组装完后的产品可靠度，在组装本实施例的机械手臂1时，先将推抵件20与转动件30设置于基座10后再设置推抵件40，但为了防止推抵件40产生永久变形或是其表面被刮伤，可能不适合采用紧配的方式将推抵件40嵌设于基座10的容置孔122。为了克服上述的组装问题，本实施例的基座10具有容置槽123。当组装推抵件20与转动件30后，推抵件40可自容置槽123进入容置孔122而接触承靠段122a的承靠边1221，以避免组装时被其他元件挤压。

此外，当基座10形成容置槽123时，容置孔122的一部分孔侧壁面会被移除，因此推抵件40无法与容置孔122的孔侧壁面达到三点接触。为了克服上述问题，本实施例于容置槽123中设置弹性件50，并且藉由弹性件50的推抵部520接触推抵件40以代替被移除的部分孔侧壁面。

在本实施例中，弹性件50包含弹性部510以及推抵部520，并且推抵部520与推抵件40一点接触而有助于减少彼此之间的摩擦力，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，弹性件可不包含推抵部，此时弹性件的弹性部直接接触推抵件。

另外，在本实施例中，推抵件20与40都接触容置孔122的承靠段122a的承靠边1221。藉此，容置孔122的孔侧壁面与推抵件20或40之间的作用力中具有沿着容置孔122的延伸方向的分力，有助于使推抵件20与40轻微推抵转动件30，进而防止转动件30产生沿着容置孔122的延伸方向上的偏移。在其他实施例中，推抵件20与40可接触承靠段122a位于容置孔122较深处的位置。

此外，在本实施例中，推抵件20与容置孔122的孔侧壁面三点接触，并且推抵件40与容置孔122的孔侧壁面两个点接触，但点接触的数量并非用以限制本发明。在其他实施例中，可适当设置容置孔122的形状而能达到四点接触或五点接触，并且这些容置孔122内的接触点并非连续形成，因此接触点彼此之间相间隔而能有消除摩擦力的功效。

在第一实施例中，推抵件40与弹性件50的推抵部520一点接触并与容置孔122的孔侧壁面两个点接触，但本发明并不以此为限。图7为根据本发明第二实施例的机械手臂的剖面示意图。图8为图7的机械手臂沿着8-8剖切线的剖面示意图。由于第二实施例和第一实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，机械手臂1a不包含有弹性件，并且推抵件20和40具有可挠性。基座10的两个容置孔122分别具有三承靠段122a以及三让位段122b。由于推抵件20和40具有可挠性，因此推抵件20和40在组装时能用紧配的方式分别嵌设于两个容置孔122内。由于推抵件20和40都被容置孔122的三个承靠段122a以三点接触方式夹持，故推抵件20和40都只能绕着自身的中心转动而不会产生偏移，进而使转动件30受到外力干扰时也不会有偏移产生。此外，由于推抵件20和40皆嵌设于容置孔122，因此为了减少摩擦力以及防止推抵件20和40过度耗损，本实施例采用三点接触方式将推抵件20和40夹持于容置孔122。

综上所述，本发明所公开的机械手臂中，取代现有轴承与轴心的组合结构，藉由推抵件将转动件枢设于基座，并且利用弹性件提供预压力以使推抵件能常态地承靠于容置孔的孔侧壁面上。当转动件偏移时，推抵件与弹性件有助于将转动件复位至偏移前的位置，以防止转动件偏移后于推抵件、转动件与基座彼此之间产生的间隙无法消除。因此，能确保转动件常态保持于默认的位置，而使臂体的摆动运动有高行程重复性的优点。

此外，亦可采用推抵件与容置孔的孔侧壁面三点接触夹持的方式，以使容置孔的孔侧壁面与推抵件之间的作用力能拘束推抵件的活动方式，进而防止转动件产生偏移而能常态保持于默认的位置。藉此，臂体的摆动运动也有高行程重复性的优点。

Claims (10)

1.一种机械手臂，其特征在于，该机械手臂包含：

一基座，具有相互面对的两个内表面以及连接于该两个内表面其中之一的一第一容置孔；

一第一推抵件，设置于该基座的该第一容置孔，且该第一推抵件与该第一容置孔的一孔侧壁面相接触；

一转动件，设置于该两个内表面之间并接触该第一推抵件，且该转动件藉由该第一推抵件而枢设于该基座；

一臂体，设置于该转动件；以及

一弹性件，设置于该基座，该弹性件可沿一推抵方向提供预压力给该第一推抵件，而令该第一推抵件常态推抵该转动件以及该第一容置孔的该孔侧壁面，且该弹性件的该推抵方向与该第一容置孔的延伸方向非垂直地相交。

2.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，该弹性件包含相连的一弹性部以及一推抵部，该推抵部设置于该弹性部与该第一推抵件之间，该弹性部可提供预压力给该推抵部，而令该推抵部常态推抵该第一推抵件，进而使该第一推抵件常态推抵该转动件以及该第一容置孔的该孔侧壁面。

3.如权利要求2所述的机械手臂，其特征在于，该第一容置孔的该孔侧壁面与该弹性件的该推抵部以三点接触方式共同将该第一推抵件夹持于该第一容置孔。

4.如权利要求2所述的机械手臂，其特征在于，该第一推抵件与该弹性件的该推抵部皆为一圆形球体，且该弹性件的该弹性部为一压缩弹簧。

5.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，第一容置孔的该孔侧壁面具有相间隔的至少两个承靠段，该至少两个承靠段的延伸方向彼此相交，且该第一推抵件分别与该至少两个承靠段一点接触。

6.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，该第一容置孔的该孔侧壁面具有至少一承靠边，该至少一承靠边邻近该第一容置孔所连接的内表面，且该第一推抵件与该至少一承靠边一点接触。

7.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，该基座更具有连接于该第一容置孔的一容置槽，该容置槽的延伸方向与该第一容置孔的延伸方向非垂直地相交，且该弹性件设置于该容置槽。

8.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，更包含一第二推抵件，其中该基座更具有一第二容置孔，该第一容置孔与该第二容置孔分别连接于该两个内表面，该第二推抵件与该第二容置孔的一孔侧壁面三点接触，且该转动件藉由该第一推抵件与该第二推抵件而枢设于该基座。

9.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，该转动件具有一外表面以及连接于该外表面的一穿孔，该外表面面对该第一容置孔与该第一推抵件，且该第一推抵件与该穿孔的一孔侧壁面三点接触。

10.一种机械手臂，其特征在于，该机械手臂包含：

一基座，具有相互面对的两个内表面以及分别连接于该两个内表面的两个容置孔；

两个推抵件，分别接触该两个容置孔的孔侧壁面，且该两个容置孔的孔侧壁面以三点接触方式分别将该两个推抵件夹持于该两个容置孔；

一转动件，设置于该两个内表面之间并接触该两个推抵件，且该转动件藉由该两个推抵件而枢设于该基座；

一臂体，设置于该转动件；以及

一弹性件，设置于该基座，该弹性件可沿一推抵方向提供预压力给该两个推抵件至少其中一个，且该弹性件的该推抵方向与该容置孔的延伸方向非垂直地相交。

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