TW202130478A - 可供調整承接位置之機械手臂 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種可供調整承接位置之機械手臂，透過第一樞轉機構及第二樞轉機構之帶動，使得連桿及第一條體在轉動後，設於第二條體的承接件得以承接待承接物，以較少轉動機構達到承接待承接物之功能，大幅降低維修成本、時間，且僅透過連桿之轉動來帶動承接單元，有效降低轉動時所需轉動空間，提升空間利用率；同時，由於需相互配合之元件較少，令整體作動效率大幅上升；透過控制單元控制第一第二條體之間的相對位置，使得承接件之位置得以進行調整，無論連續使用多長時間，位置不易產生偏差，有效降低因承接位置偏差造成物品掉落之風險。

Description

可供調整承接位置之機械手臂

本發明係關於一種機械手臂，尤指一種轉動半徑小，且可供調整承接位置之機械手臂。

按，一般製造廠為提升工作效率及穩定性，多半會使用機械手臂來輔以作業，如利用機械手臂搬取物品、移動物品、放置物品等，尤其對於晶圓廠或面板廠而言，機械手臂更是不可或缺的設備。

請參閱台灣專利證書號I561353「基板搬運裝置」，該專利係揭示有：根據本發明的基板搬運裝置，外露於滑動構件的外側並與第一臂的另一端連接的第二臂的另一端通過臂驅動部向正反方向旋轉。因此，即使處於連接第一臂的兩端的虛擬直線與連接第二臂的兩端的虛擬直線重疊而平行的死點狀態，第一臂和第二臂也容易展開。只利用第一臂和第二臂容易使設置有機械手的滑動構件滑動，結構簡單，因此能夠有效地降低成本。

該專利雖有著前述優點，然而，由該專利說明書之圖1觀之，該基板搬運裝置為一種多軸式機械手臂，其轉軸數量高達6個，這造成整體機械結構越趨複雜，不僅增加故障風險外，同時在維修方面也相當耗費成本或時間，此外，也由於結構的複雜度，造成該基板搬運裝置在運作時，各元件必須相互協調、配合，使得整體工作效率受到相當大的限制，進而造成整體工作效率下降。

不僅如此，該基板搬運裝置也未具有校正功能，一旦長時間使用後，牙叉(即該專利說明書之第一機械手151、第二機械手155)之位置容易產生偏移，在此種狀態下容易造成承接過程中，該待承接物容易掉落造成廠商損失。為此，本發明者認為實有改善之必要。

有鑑於先前技術所述不足之處，本發明者提出一種解決之手段，該手段係關於一種可供調整承接位置之機械手臂，包括：

一機械手臂本體。

一連桿： 該連桿具有二相反之第一端及第二端，該第一端以一第一樞轉機構與該機械手臂本體形成水平向樞接，以供該連桿以該第一端為軸進行水平向轉動。

一承接單元包括： 一第一條體： 該連桿之另一端以一第二樞轉機構與該第一條體形成水平向樞接，以供該第一條體得以該另一端為軸進行水平向轉動。

一第二條體： 該第二條體設於該第一條體長邊向之一側，且該第二條體朝向待承接物之一側界定為前側。

一第一橫移機構： 該第一橫移機構動力連接該第二條體，以供帶動該第二條體沿該第一條體長邊向之一側橫向移動。

一承接件： 該承接件設於該第二條體，該承接件相對於該第二條體之前側形成裸出，該承接件用以承接該待承接物。

一控制單元： 該控制單元分別資訊連接該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構，該控制單元可供控制該第一樞轉機構及該第二樞轉機構進行轉動，且該控制單元可供控制該第一橫移機構之作動，以供調整該承接件與該第一條體之相對位置。

由上述之構造可知，本發明在不影響承接功能之前提下，大幅降低轉軸數量，如此一來整體機械結構大為簡化，不僅可降低機械故障之風險外，在維修方面、或保養方面也可省下相當多成本，同時藉由本發明結構設計，也使機械手臂作動時所需轉動半徑較小，藉此能增加更多機台、更多機械手臂的靈活配置，有效提升空間利用率。並且，也由於元件數量減少的關係，因此，各元件在作動時候，須相互配合、協調、控制之問題也大幅下降，使得整體工作效率可大幅提升。又，經由該控制單元控制該第一橫移機構之作動，使得該承接件之位置不易隨使用時間增加而產生偏移，更進一步，能夠客製化的自由控制取物及置物之角度位置，如此一來，可降低承接過程中該待承接物掉落之風險。

以下係透過各圖示之輔助，來進一步說明本發明之各優點、特色、要件、及其具體實施態樣。

請參閱圖1所示，本發明係關於一種可供調整承接位置之機械手臂，包括：

一機械手臂本體1： 請參閱圖1配合圖4及圖5所示，該機械手臂本體1可以實施為：該機械手臂本體1包括一連結件11及一動力連接該連結件11之第二橫移機構12，該第二橫移機構12可供帶動該連結件11作前後向移動。以下本說明書係以該機械手臂於作動時，朝向待承接物A之一側界定為前，如此一來，本發明可透過該第二橫移機構12帶動該連結件11向前或向後移動，以調整與該待承接物A之距離。又，舉凡需物品透過本發明之機械手臂進行搬運者，均為本說明書所指之待承接物A，故，該待承接物A例如但不限於為玻璃面板、晶圓、晶圓盒(Foup)，而說明書之圖式係以該待承接物A為玻璃面板為例來呈現。

又，為避免該機械手臂之高度無法與該待承接物A形成匹配，以致於無法承接該待承接物A，該機械手臂本體1還可以實施為：該機械手臂本體1包括該連結件11及一直接／間接動力連接該連結件11之升降機構13，該升降機構13可供帶動該連結件11作垂直向移動，藉以調整該機械手臂可承接物品之高度。值得一提的是，上述直接／間接的意思是，當該機械手臂本體1同時具有升降機構13及該第二橫移機構12時，可以是該升降機構13直接動力連接該連接件11，而該第二橫移機構12動力連接該升降機構13，以形成該第二橫移機構12間接動力連接該連結件11之狀態；同理，則該第二橫移機構12直接動力連接該連結件11，而該升降機構13動力連接該第二橫移機構12，以形成該升降機構13間接動力連接該連結件11。

一連桿2： 請參閱圖1配合圖5所示，該連桿2具有二相反之第一端及第二端，該第一端以一第一樞轉機構5與該機械手臂本體1形成水平向樞接，以供該連桿2以該第一端為軸進行水平向轉動，藉以形成該第二端朝向該待承接物A轉動或遠離該待承接物A轉動之狀態。以前述該機械手臂本體1之實施例為例，該連桿2之第一端較佳係透過該第一樞轉機構5與該連結件11形成樞接，且該第一樞轉機構5較佳係設置於該連結件內部。

一承接單元4包括： 一第一條體41： 該連桿2之另一端以一第二樞轉機構6與該第一條體41形成水平向樞接，以供該第一條體41得以該另一端為軸進行水平向轉動。其中，值得一提的是，當該連桿2以該第一端為軸進行轉動時，該第二樞轉機構6較佳係同時帶動該第一條體41轉動，且令該第一條體41之前側平行該待承接物A之前側，此外，值得一提的是，本發明所述之第一樞轉機構5及第二樞轉機構6可以是個別獨立進行轉動之元件，也可以透過齒輪等連動機構使得該第一樞轉機構5與該第二樞轉機構6形成連動以同時進行轉動。

一第二條體42： 請參閱圖1所示，該第二條體42設於該第一條體41長邊向之一側，且該第二條體42朝向待承接物A之一側界定為前側。

一第一橫移機構43： 請參閱圖1配合圖5所示，該第一橫移機構43動力連接該第二條體42，以供帶動該第二條體42沿該第一條體41長邊向之一側橫向移動。

一承接件44： 請參閱圖1所示，該承接件44設於該第二條體42，該承接件44相對於該第二條體42之前側形成裸出，該承接件44用以承接該待承接物A。舉凡可供承接該待承接物A者，均為本說明書所指之承接件，該承接件44可選自於下列群組其中之一：複數牙叉、板體、叉體，可隨不同使用需求進行調整，例如當用於承接玻璃面板時，該承接件44較佳為複數牙叉，而當用於承接晶圓盒時，則該承接件44較佳為板體。此外，為避免承接過程中該待承接物A自該承接件44滑落，該承接件44頂面較佳係鋪設有一止滑單元，而該止滑單元可以是磨擦係數較高之墊體，也可是具有複數顆粒之表面，而當本發明用於半導體領域時，該止滑單元更可以是凸柱，以供插設於該晶圓盒之底面，除了具有定位功能外，還兼具止滑功能，受限於圖式之展現方式，故該止滑單元未顯示於圖式中，以本說明書為例，當本發明用於承接玻璃面板時，該止滑單元較佳為吸盤，藉由抽真空之方式來穩穩吸住該玻璃面板，以確保搬運過程中的穩定度。又，該承接件44內部較佳設有一偵測器，以供偵測該承接件44表面是否有承接物品，而將偵測結果傳送至控制單元3。

一控制單元3： 請參閱圖5所示，該控制單元3分別資訊連接該第一樞轉機構5、該第二樞轉機構6、及該第一橫移機構43，該控制單元3可供控制該第一樞轉機構5及該第二樞轉機構6進行轉動，且該控制單元3可供控制該第一橫移機構11之作動，以供調整該承接件44與該第一條體41之相對位置。又，值得一提的是，該控制單元3較佳係分別資訊連接該升降機構13及該第二橫移機構12以供控制其作動。承前述，當該第一樞轉機構5與該第二樞轉機構6實施為獨立作動時，該控制單元3則分別控制其作動，若該第一樞轉機構5與該第二樞轉機構6實施為連動時，則該控制單元3控制其中之一即可，以本說明書為例，該控制單元3較佳係透過控制該第一樞轉機構5之轉動，以供帶動該第二樞轉機構6進行轉動。

以下係透過圖1所示介紹本發明之作動。首先，當該機械手臂由圖1轉動成圖2之過程中，該控制單元3會控制該第一樞轉機構5及該第二樞轉機構6轉動，以令該承接件44逐漸往該待承接物A移動，此外，轉動的過程中該第一條體41與該第二條體42之前側分別保持與該待承接物A平行之狀態。然後，該機械手臂由圖2轉動成圖3之狀態，該第一樞轉機構5會帶動該連桿2轉動至轉動路徑末端，同樣的，該第二樞轉機構6也會帶動該第一條體41轉動(此時連桿2、第一條體41及第二條體42皆在X-Y平面上作位移)，使得該第二條體42之前側平行於該待承接物A，該承接件44處於可承接該待承接物A之狀態，又，值得一提的是，在圖1轉動成圖2的過程中，又或者圖2轉動成圖3的過程中，該控制單元3也會控制該第一橫移機構43作動，使得該第二條體42沿該第一條體41移動，藉以決定該承接件44之位置，以該承接件44為該複數牙叉之實施狀態為例，透過此種方式可決定各牙叉之位置，使得各牙叉之位置不易隨該機械手臂之使用時間而產生偏移。最後，根據前述步驟依此類推，便可完成將該待承接物A取出、放置等動作。此外，本發明主要透過各樞轉機構5、6之轉動，來讓該承接單元4可以達到往前、往後移動之效果，如此一來實際實施時，可無須設置該第二橫移機構；但，如果考量到該承接單元4可能發生前後移動量不足之問題時，可透過設置該第二橫移機構12來補足移動量。

由上可知，本發明有以下幾項優點： 1.該承接件44位置不易產生偏移： 本發明透過該控制單元3控制該第一橫移機構43之作動，達到調控該承接件44之位置，如此一來，該承接件44位置就不易隨該機械手臂之使用時間而造成偏移，進而降低先前技術所述之因偏移而造成該待承接物A掉落之問題。

2.維修便利： 由於本發明利用該第一樞轉機構5、及該第二樞轉機構6，便可以最少轉動軸之方式達到承接該待承接物A之目的。相較於先前技術所述之多軸式機械手臂，本發明大幅降低轉軸之數量，進而降低整體結構的複雜性，如此一來，故障風險也會大幅下降，同時也降低維護時間及成本。

3.提升整體工作效率： 如同先前技術所言，多軸式機械手臂在作動時，因各元件之間須相互協調、控制，造成整體工作效率不佳。而本發明改善此種問題，以最少轉動軸之方式達到承接該待承接物A之目的，如此一來，須相互配合、協調、控制之元件數量便大幅下降，使得整體工作效率可大幅提升。

4.縮小轉動半徑： 本發明主要透過該連桿2之轉動來帶動該承接單元4，使得本發明之轉動半徑囿限於該連桿2之長度，相較於現有習之技術，將可有效縮小整體轉動半徑，進而當本發明用於廠房內或者設置於機構內部時，不僅能有效縮小整體所占體積，更能於有限的空間中佈署最大化數量的機台設備，確實提升廠房空間利用率。

請參閱圖5配合圖1所示，本發明亦提供自動調整該承接件44承接該待承接物A位置之功能，一旦該待承接物A之放置位置產生偏移時，又或者因其他因素造成該承接件44承接該待承接物A之位置有所偏移時，本發明可自動校正，藉以避免因承接位置不佳使得該待承接物A處於掉落之風險。為此，本發明可實施為：更設一資訊連接該控制單元3之第一位置偵測器7，該第一位置偵測器7可供偵測該承接件44承接該待承接物A之位置而得到一位置偵測結果，當該位置偵測結果未滿足預設值時，該控制單元3根據該位置偵測結果控制該第一橫移機構43作動，以供調整該承接件44與該第一條體41之相對位置，在此所述之控制動作，可為自動化控制，亦可為人為手動控制。

又，上述值得一提的是，該控制單元3可以控制該第一橫移機構43立即做出反應，以供及時調整該承接件44與該第一條體41之相對位置，也可以是在下一次承接該待承接物A時進行調整該承接件44與該第一條體41之相對位置。此外，當該控制單元3判斷該位置偵測結果遠超或遠低於該預設值時則啟動一警報器8作動，以警示相關工作人員立即進行處理。

承上實施例，請參閱圖5配合圖1所示，當該控制單元3調整該相對位置後，其位置偵測結果仍舊無法滿足預設值時，為避免承接過程中該待承接物A掉落，該控制單元3較佳係啟動該警報器8作動，以警示相關工作人員立即進行處理。故，本發明再進一步可以實施為：更設一資訊連接該控制單元之警報器8，當連續二次之位置偵測結果均未滿足該預設值時，則該控制單元3控制該第一樞轉機構5、該第二樞轉機構6、及該第一橫移機構43停止作動，同時控制該警報器8作動。此外，上述控制各元件停止作動，可以是判斷連續二次之位置偵測結果均未滿足該預設值時，立即作出停止作動之反應，也可以在承接該待承接物A之後停止作動，且，上述連續二次也可以是連續三次、四次等，視現場需求進行調整。

由於該待承接物A於承接過程中掉落之原因眾多，其中一種因素係該承接件44之水平位置產生位移，亦即處於傾斜狀態，為避免此種傾斜狀態造成該待承接物A掉落之風險，需在該承接件44處於傾斜狀態時立即進行停止、維修等反應，故，請參閱圖5配合圖1所示，本發明再進一步可以實施為：更設一資訊連接該控制單元3之水平偵測器9，該水平偵測器9可供偵測該承接件44之傾斜狀況得到一水平偵測結果，當該水平偵測結果超出一水平預設值時，則該控制單元3控制該警報器8作動。

呈上述實施例，地震也是造成該待承接物掉落因素之一，為降低地震所帶來之損失，當地震來臨時應立即停止該機械手臂作動，為此請配合參閱圖5及圖1所示，本發明更可以實施為：該控制單元3可供資訊連接一震動偵測單元0A，該震動偵測單元0A可供偵測該機械手臂之振動狀態而得到一震動偵測值，當震動偵測值超過一閾值時，若該承接件44於承接該待承接物A之狀態時，先控制該第一樞轉機構5、該第二樞轉機構6、及該第一橫移機構43作動，以供將該待承接物A放置後，再控制該第一樞轉機構5、該第二樞轉機構6、及該第一橫移機構43停止作動；若該承接件44處於未承接該待承接物A之狀態時，則控制該第一樞轉機構5、該第二樞轉機構6、及該第一橫移機構43停止作動。如此一來，當地震來臨時本發明可有效避免該待承接物A掉落。

又，為避免因該待承接物A更換，或者因其他因素造成該連桿2轉動至該轉動路徑末端時，該承接件44仍舊無法承接該待承接物A之窘境，本發明亦可提供自動調整該轉動路徑末端之功能，藉以解決上述之問題。請參閱圖5配合圖1所示，本發明可實施為：更設一資訊連接該控制單元3之第二位置偵測器0，該第二位置偵測器0可供偵測該承接單元4與該待承接物A之相對位置，而得到一相對位置偵測結果，該控制單元3可供根據該相對位置偵測結果判斷該連桿2之轉動量，並根據該轉動量控制該第一樞轉機構5作動。此外，該控制單元3也可不透過上述方法，亦可透過控制該第二橫移機構12進行作動，以調整該連桿2轉動至該轉動路徑末端時，該承接件43與該待承接物A之間的相對位置。

綜上所述，本案符合專利法所定之要件，爰依法提出專利申請，而上述說明僅列舉本發明之較佳實施例，本案之權利範圍仍以請求項所列為主。

1:機械手臂本體 11:連結件 12:第二橫移機構 13:升降機構 2:連桿 3:控制單元 4:承接單元 41:第一條體 42:第二條體 43:第一橫移機構 44:承接件 5:第一樞轉機構 6:第二樞轉機構 7:第一位置偵測器 8:警報器 9:水平偵測器 0:第二位置偵測器 0A:震動偵測單元

圖1係本發明之俯視示意圖暨俯視作動示意圖一； 圖2係本發明之俯視作動示意圖二； 圖3係本發明之俯視作動示意圖三； 圖4係本發明之側視作動示意圖； 圖5係本發明之各元件連接方塊示意圖。

A:待承接物

1:機械手臂本體

11:連結件

2:連桿

4:承接單元

41:第一條體

42:第二條體

44:承接件

5:第一樞轉機構

6:第二樞轉機構

Claims (10)

1. 一種可供調整承接位置之機械手臂，包括： 一機械手臂本體； 一連桿：具有二相反之第一端及第二端，該第一端以一第一樞轉機構與該機械手臂本體形成水平向樞接，以供該連桿以該第一端為軸進行水平向轉動； 一承接單元：包括： 一第一條體：該連桿之另一端以一第二樞轉機構與該第一條體形成水平向樞接，以供該第一條體得以該另一端為軸進行水平向轉動； 一第二條體：設於該第一條體長邊向之一側，且該第二條體朝向待承接物之一側界定為前側； 一第一橫移機構：動力連接該第二條體，以供帶動該第二條體沿該第一條體長邊向之一側橫向移動； 一承接件：設於該第二條體，該承接件相對於該第二條體之前側形成裸出，該承接件用以承接該待承接物； 一控制單元：分別資訊連接該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構，該控制單元可供控制該第一樞轉機構及該第二樞轉機構進行轉動，且該控制單元可供控制該第一橫移機構之作動，以供調整該承接件與該第一條體之相對位置。
2. 如請求項1所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中該機械手臂本體包括一連結件及一直接／間接動力連接該連結件之第二橫移機構，該第二橫移機構可供帶動該連結件作前後向移動，且該第一樞轉機構設於該連結件內。
3. 如請求項1所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中該機械手臂本體包括一連結件及一直接／間接動力連接該連結件之升降機構，該升降機構可供帶動該連結件作垂直向移動，且該第一樞轉機構設於該連結件內。
4. 如請求項2或請求項3所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中更設一資訊連接該控制單元之第一位置偵測器，該第一位置偵測器可供偵測該承接件承接該待承接物之位置而得到一位置偵測結果，當該位置偵測結果未滿足預設值時，該控制單元根據該位置偵測結果控制該第一橫移機構作動，以供調整該承接件與該第一條體之相對位置。
5. 如請求項4所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中更設一資訊連接該控制單元之警報器，當連續二次之位置偵測結果均未滿足該預設值時，則該控制單元控制該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構停止作動，同時控制該警報器作動。
6. 如請求項5所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中更設一資訊連接該控制單元之水平偵測器，該水平偵測器可供偵測該承接件之傾斜狀況得到一水平偵測結果，當該水平偵測結果超出一水平預設值時，則該控制單元控制該警報器作動。
7. 如請求項6所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中該控制單元可供資訊連接一震動偵測單元，該震動偵測單元可供偵測該機械手臂之振動狀態而得到一震動偵測值，當震動偵測值超過一閾值時，若該承接件於承接該待承接物之狀態時，先控制該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構作動，以供將該待承接物放置後，控制該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構停止作動；若該承接件處於未承接該待承接物之狀態時，則控制該第一樞轉機構、該第二樞轉機構、及該第一橫移機構停止作動。
8. 如請求項7所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中更設一資訊連接該控制單元之第二位置偵測單元，該第二位置偵測單元可供偵測該承接單元與該待承接物之相對位置，而得到一相對位置偵測結果，該控制單元可供根據該相對位置偵測結果判斷該連桿之轉動量，並根據該轉動量控制該第一樞轉機構作動。
9. 如請求項8所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中該承接件可選自於下列群組其中之一：複數牙叉、板體、叉體。
10. 如請求項9所述之可供調整承接位置之機械手臂，其中該承接件之頂面鋪設有一止滑單元。

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