CN202895228U - 一种机械手机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种机械手机构，包括底座以及连接于底座上的两个机械臂；其中，所述底座上设有由内向外依次同轴嵌套的第一轴、第二轴和第三轴，分别由三个电机驱动转动。第二轴与两机械臂固定连接，第一轴与第一固定带轮固定连接，第三轴与第二固定带轮固定连接，第一固定带轮与其中一机械臂的活动驱动机构传动连接，第二固定带轮与另一机械臂的活动驱动机构传动连接。本实用新型的机械手机构回转半径小，水平方向上的空间利用率高。通过驱动三个轴以不同的组合方式相对旋转运动，实现驱动两个机械臂同时转动或其中任一机械臂的耦合运动，完成在狭小空间内抓取负载、变换伸缩角度、送出负载等一系列动作，进一步优化了机械手机构水平工作空间的布置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在工业上移送物件过程中使用的机械手机构。
背景技术
在现有的半导体加工过程中，需要对晶圆进行两道检测程序：先是低倍率的快速检测，然后是高倍率的仔细检测。当完成低倍率的快速检测后，需要用一机械手将晶圆运送至高倍率检测平台上。机械手作为负责不同工位之间传送晶圆的关键自动化设备，一方面，主要要求减小占用空间，另外一方面亦要求扩大作业区域，这就涉及到如何在水平运动工作空间布置的优化，使得机械手在合格地完成工作任务的同时，减少干涉其他机械手的机会。如何在负载直径与手臂长度增加的情况下，缩小机械手的水平工作空间，成为目前亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种在水平方向上运动工作空间优化布置的机械手机构。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种机械手机构，包括底座以及连接于底座上的两个机械臂；
其中，所述底座上设有由内向外依次同轴嵌套的第一轴、第二轴和第三轴，第一轴、第二轴和第三轴分别由三个电机驱动转动，且第一轴的轴向长度大于第二轴，第二轴的轴向长度大于第三轴；
第二轴与两机械臂固定连接，第一轴与第一固定带轮固定连接，第三轴与第二固定带轮固定连接，第一固定带轮与其中一机械臂的活动驱动机构传动连接，第二固定带轮与另一机械臂的活动驱动机构传动连接。
所述机械臂包括依次铰接的大臂、小臂和末端构件；大臂的自由端与第二轴固定连接，大臂的铰接端与末端构件的铰接端传动连接，两机械臂的小臂与大臂铰接的一端分别与第一固定带轮和第二固定带轮传动连接；所述末端构件的自由端具有一夹持部，用于夹取负载，所述末端构件在大臂和小臂的传动下做直线伸缩运动。
两机械臂的大臂之间具有一大于90°的固定夹角。
当机械手机构达到最大收缩行程时，所述两机械臂对称分布于两大臂夹角的中线两侧，两末端构件的夹持部在水平面上的投影重合且位于所述中线上。
所述两机械臂分别为第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂的小臂与大臂铰接的一端与第一固定带轮传动连接，第二机械臂的小臂与大臂铰接的一端与第二固定带轮传动连接；
当第一机械臂驱动其上的末端构件伸缩运动时，第一轴固定，第二轴和第三轴同步转动；
当第二机械臂驱动其上的末端构件伸缩运动时，第三轴固定，第二轴和第一轴同步转动；
当需要变换第一机械臂和第二机械臂的伸缩运动方向时，第一轴、第二轴和第三轴同步转动。
各机械臂中，大臂与小臂铰接的一端固定有大臂轴组件，大臂轴组件上通过轴承安装有以其为轴心旋转的大臂从动带轮，两机械臂的大臂从动带轮分别通过一大臂齿形带与第一固定带轮和第二固定带轮啮合，且大臂从动带轮与小臂固定连接；
大臂轴组件上还固定连接有小臂固定带轮，小臂与末端构件铰接的一端固定有小臂轴组件，小臂轴组件上通过轴承安装有以其为轴心旋转的小臂从动带轮，小臂从动带轮通过小臂齿形带与小臂固定带轮啮合，且小臂从动带轮与末端构件固定连接。
各机械臂中，第一或第二固定带轮与大臂从动带轮的齿数比为2：1，小臂固定带轮与小臂从动带轮的齿数比为1∶2，大臂与小臂的旋转方向相反，小臂与末端构件的旋转方向相反，即大臂、小臂和末端构件为转数比为1∶-2∶1的传动结构。
两机械臂的大臂、小臂和末端构件，在竖直方向上相互交叉层叠。
本实用新型的机械手机构回转半径小，水平方向上的空间利用率高。本实用新型的机械手机构将第一固定带轮、第一机械臂和第二机械臂、第二固定带轮分别通过第一至第三轴同轴旋转连接于底座上。通过驱动三个轴以不同的组合方式相对旋转运动，实现驱动两个机械臂同时转动或其中任一机械臂的耦合运动，完成在狭小空间内抓取负载、变换伸缩角度、送出负载等一系列动作，进一步优化了机械手机构水平工作空间的布置。
附图说明
图1为本实用新型实施例的机械手机构的立体结构示意图。
图2为本实用新型实施例的机械手机构的最大收缩状态的俯视图。
图3为图2的A-A面剖视图。
图4为图2的B-B面剖视图。
图5为本实用新型实施例的机械手机构的第二机械臂伸展状态示意图。
图6为本实用新型实施例的机械手机构的一个侧面竖直结构示意图。
附图标号说明
第一机械臂1 第二机械臂2 底座3
第一大臂11 第一小臂12 第一末端构件13
第二大臂21 第二小臂22 第二末端构件23
第一轴31 第二轴32 第三轴33
第一固定带轮41 第二固定带轮42 第一大臂轴组件110
第一大臂从动带轮111 第一大臂齿形带112 第一小臂轴组件120
第一小臂从动带轮121 第一小臂齿形带122 第一小臂固定带轮123
第二大臂轴组件210 第二大臂从动带轮211 第二大臂齿形带212
第二小臂轴组件220 第二小臂从动带轮221 第二小臂齿形带222
第二小臂固定带轮223
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实用新型提供的一种机械手机构，包括底座3以及连接于底座3上的第一机械臂1和第二机械臂2。
所述第一机械臂1包括依次铰接的第一大臂11、第一小臂12和第一末端构件13，第一大臂11的自由端可旋转地安装于底座3上，第一大臂11的铰接端与第一末端构件13的铰接端传动连接，第一小臂12与第一大臂11铰接的一端与底座3传动连接。第一末端构件13在第一大臂11和第一小臂12的传动下做直线伸缩运动。
所述第二机械臂2包括依次铰接的第二大臂21、第二小臂22和第二末端构件23，第二大臂21的自由端可旋转地安装于底座3上，第二大臂21的铰接端与第二末端构件23的铰接端传动连接，第二小臂22与第二大臂21铰接的一端与底座3传动连接。第二末端构件23在第二大臂21和第二小臂22的传动下做直线伸缩运动。
所述第一末端构件13和第二末端构件23的自由端分别具有一夹持部，用于夹取负载。
第一大臂11和第二大臂21是相对固定的，且两者之间的夹角大于90°。当机械手机构达到最大收缩行程时，即第一末端构件13和第二末端构件23在水平方向上运动到接近底座3的一端时，第一机械臂1和第二机械臂2在水平方向上对称分布于两大臂夹角的中线O两侧，第一末端构件13和第二末端构件23的夹持部在水平面上的投影重合且位于所述中线O上。
如图3所示，底座3上设有由内向外依次同轴嵌套的第一轴31、第二轴32和第三轴33，第一轴31、第二轴32和第三轴33分别由三个电机独立驱动转动。特别地，第一轴31的轴向长度大于第二轴32，第二轴32的轴向长度大于第三轴33，即在竖直方向上，第一轴31高于第二轴32，高于第三轴33。其中，第二轴32与第一大臂11和第二大臂21的自由端固定连接，且第一大臂11位于第二大臂21的上方。第一轴31与第一固定带轮41固定连接，第三轴33与第二固定带轮42固定连接。
在第一机械臂1中，第一大臂11与第一小臂12铰接的一端固定有第一大臂轴组件110，第一大臂轴组件110通过轴承安装有以其为轴心旋转的第一大臂从动带轮111，所述第一大臂从动带轮111通过第一大臂齿形带112与第一固定带轮41啮合，且第一大臂从动带轮111与第一小臂12固定连接。第一大臂轴组件110上端还固定连接有第一小臂固定带轮123，第一小臂12与第一末端构件13铰接的一端固定有第一小臂轴组件120，第一小臂轴组件120上通过轴承安装有以其为轴心旋转的第一小臂从动带轮121，第一小臂从动带轮121通过第一小臂齿形带122与第一小臂固定带轮123啮合。同时，第一小臂从动带轮121还与第一末端构件13的铰接端固定连接。
第二机械臂2的内部结构与第一机械臂1类似，如图4所示。第二大臂21与第二小臂22铰接的一端固定有第二大臂轴组件210，第二大臂轴组件210通过轴承安装有以其为轴心旋转的第二大臂从动带轮211，所述第二大臂从动带轮211通过第二大臂齿形带212与第二固定带轮42啮合，且第二大臂从动带轮211与第二小臂22固定连接。第二大臂轴组件210上端还固定连接有第二小臂固定带轮223，第二小臂22与第二末端构件23铰接的一端固定有第二小臂轴组件220，第二小臂轴组件220上通过轴承安装有以其为轴心旋转的第二小臂从动带轮221，第二小臂从动带轮221通过第二小臂齿形带222与第二小臂固定带轮223啮合。同时，第二小臂从动带轮221还与第二末端构件23的铰接端固定连接。
本实用新型的机械手机构的工作原理如下。
当需要第二机械臂2驱动其上的末端构件23伸缩运动时，第三轴33固定，第一轴31和第二轴32同步转动。具体地，结合图2、图3、图4和图5，在第二机械臂2伸展时，第三轴33以及固定于其上的第二固定带轮42相对于底座3固定，第一轴31带动固定于其上的第一固定带轮41，第二轴32带动固定于其上的第一大臂11和第二大臂21沿图5中所示的顺时针方向同步转动。
由于第二固定带轮42通过第二大臂齿形带212与第二大臂从动带轮211相啮合，在第二大臂21相对于第二固定带轮42转动的过程中，第二固定带轮42和第二大臂从动带轮211的相对位置产生了变化，第二大臂齿形带212的啮合作用使第二大臂从动带轮211逆时针转动。这也就带动了第二大臂21和第二小臂22围绕第二大臂轴组件210进行相对旋转运动，第二固定带轮42与第二大臂从动带轮211构成行星周转轮系。
与此同时，第二小臂从动带轮221通过第二小臂齿形带222与第二小臂固定带轮223啮合，第二小臂22相对于第二大臂轴组件210逆时针转动也就带动了第二小臂22和第二末端构件23围绕第二小臂轴组件220进行相对旋转运动。在以第二大臂21为参考体系的第二小臂22中，第二小臂固定带轮223和第二小臂从动带轮221也构成一个行星周转轮系。在上述两个行星周转轮系的作用下，第二小臂22与第二末端构件23的旋转连接轴心始终沿着中线O的方向直线伸缩动作。
需要指出的是，为保证第二小臂22与第二末端构件23的旋转连接轴心始终沿直线伸缩动作，第二固定带轮42与第二大臂从动带轮211的齿数比为2：1，第二小臂固定带轮223与第二小臂从动带轮221的齿数比为1∶2，又由于第二大臂21与第二小臂22的旋转方向相反，第二小臂22与第二末端构件23的旋转方向相反，即第二大臂21、第二小臂22和第二末端构件23为1∶-2∶1转数比的传动结构。
相对地，在第二机械臂2伸缩运动过程中，由于第一轴31和第二轴32同步转动，即第一固定带轮41和第一大臂11同步转动，第一固定带轮41和第一大臂从动带轮111的相对位置不发生变化。因此第一机械臂1自身不进行伸缩运动，第一机械臂1整体保持收缩状态随第二大臂21一起转动。
第二机械臂2达到伸展最大行程后，通过第二末端构件23的夹持部夹取负载，然后进行收缩运动。相反地，在第二机械臂2收缩时，第三轴33固定，第一轴31和第二轴32沿相反反向（逆时针方向）同步转动。基于相反的工作过程，第二机械臂2回到收缩状态，第二末端构件23夹取负载回到最大收缩行程的位置。
此时，若需要变换第一机械臂1和第二机械臂2的伸缩运动方向，则第一轴31、第二轴32和第三轴33一起同步转动，第一机械臂1和第二机械臂2在转动过程中整体保持收缩状态。
由于第一末端构件13和第二末端构件23在水平面上的投影是重合的，所以在最大收缩状态，第一末端构件13和第二末端构件23可以进行交替夹取负载。即可以依然由第二机械臂2伸展，将负载送出，也可改由第一机械臂1进行伸展，送出负载。当需要第一机械臂1驱动其上的第一末端构件13伸缩运动时，第一轴31相对底座3固定，第二轴32和第三轴33同步转动。第一机械臂1的具体伸缩运动过程与第二机械臂2相似，在此不再赘述。
为减小本实用新型的机械手机构处于最大收缩状态时在水平面上占用的空间，两机械臂的大臂、小臂和末端构件，在竖直方向上相互交叉层叠。具体地，如图6所示，在竖直方向上，第二大臂21、第一大臂11、第二小臂22、第二末端构件23、第一末端构件13、第一小臂12依次由下往上相互交叉层叠。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种机械手机构，其特征在于，包括底座以及连接于底座上的两个机械臂；
其中，所述底座上设有由内向外依次同轴嵌套的第一轴、第二轴和第三轴，第一轴、第二轴和第三轴分别由三个电机驱动转动，且第一轴的轴向长度大于第二轴，第二轴的轴向长度大于第三轴；
第二轴与两机械臂固定连接，第一轴与第一固定带轮固定连接，第三轴与第二固定带轮固定连接，第一固定带轮与其中一机械臂的活动驱动机构传动连接，第二固定带轮与另一机械臂的活动驱动机构传动连接。
2.根据权利要求1所述的机械手机构，其特征在于，所述机械臂包括依次铰接的大臂、小臂和末端构件；大臂的自由端与第二轴固定连接，大臂的铰接端与末端构件的铰接端传动连接，两机械臂的小臂与大臂铰接的一端分别与第一固定带轮和第二固定带轮传动连接；所述末端构件的自由端具有一夹持部，用于夹取负载，所述末端构件在大臂和小臂的传动下做直线伸缩运动。
3.根据权利要求2所述的机械手机构，其特征在于，两机械臂的大臂之间具有一大于90°的固定夹角。
4.根据权利要求3所述的机械手机构，其特征在于，当机械手机构达到最大收缩行程时，所述两机械臂对称分布于两大臂夹角的中线两侧，两末端构件的夹持部在水平面上的投影重合且位于所述中线上。
5.根据权利要求2所述的机械手机构，其特征在于，所述两机械臂分别为第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂的小臂与大臂铰接的一端与第一固定带轮传动连接，第二机械臂的小臂与大臂铰接的一端与第二固定带轮传动连接；
当第一机械臂驱动其上的末端构件伸缩运动时，第一轴固定，第二轴和第三轴同步转动；
当第二机械臂驱动其上的末端构件伸缩运动时，第三轴固定，第二轴和第一轴同步转动；
当需要变换第一机械臂和第二机械臂的伸缩运动方向时，第一轴、第二轴和第三轴同步转动。
6.根据权利要求2或5所述的机械手机构，其特征在于，各机械臂中，大臂与小臂铰接的一端固定有大臂轴组件，大臂轴组件上通过轴承安装有以其为轴心旋转的大臂从动带轮，两机械臂的大臂从动带轮分别通过一大臂齿形带与第一固定带轮和第二固定带轮啮合，且大臂从动带轮与小臂固定连接；
大臂轴组件上还固定连接有小臂固定带轮，小臂与末端构件铰接的一端固定有小臂轴组件，小臂轴组件上通过轴承安装有以其为轴心旋转的小臂从动带轮，小臂从动带轮通过小臂齿形带与小臂固定带轮啮合，且小臂从动带轮与末端构件固定连接。
7.根据权利要求6所述的机械手机构，其特征在于，各机械臂中，第一或第二固定带轮与大臂从动带轮的齿数比为2：1，小臂固定带轮与小臂从动带轮的齿数比为1∶2，大臂与小臂的旋转方向相反，小臂与末端构件的旋转方向相反，即大臂、小臂和末端构件为转数比为1∶-2∶1的传动结构。
8.根据权利要求6所述的机械手机构，其特征在于，两机械臂的大臂、小臂和末端构件，在竖直方向上相互交叉层叠。
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| CN103802099A (zh) * | 2012-11-08 | 2014-05-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种机械手机构 |
| CN114223469A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 滁州学院 | 一种应用于草皮铺设装置的双叉刀夹取机构 |
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