TWI382902B - 機器手臂聯結器裝置 - Google Patents

Description

機械手臂聯結器裝置

本發明之機械手臂聯結器裝置係關於一例如可從多關節機械手臂聯結器裝置中取出各種工具或完成品機器之上下端手臂、從旋轉手臂中拆裝夾具等之裝置。

例如已知之特開平4-63688號公報之機械手臂係一可用以進行裝卸工具等等之聯結器裝置，其包含安裝於機械手臂中之主金屬平板(內組裝)、安裝有工具等之工具平版(外組裝)及連結此等兩金屬平板且閉鎖之裝置。

該種裝置之閉鎖裝置主要含有於主金屬平板中支撐可於閉鎖位置及解除閉鎖位置間滑動連接具圓板狀之凸輪構件、排列設置於此凸輪構件之周圍且於上述主金屬平板中支撐可往略與凸輪構件之滑動方向垂直移動之複數個滾珠構件及排列設置於上述工具金屬平板上，且設置一當上述凸輪構件往閉鎖位置移動時，能卡合滾珠構件以連結固定住該二金屬平板之環狀滾珠底座，且於凸輪構件周圍及滾珠底座內圍各形成一與手臂端圓錐面反方向傾斜之工具端圓錐面(凸輪面)構造。

閉鎖裝置，其凸輪構件安裝於閉鎖位置之狀態下，而滾珠構件藉由手臂端圓錐面牴觸推壓於工具端圓錐面且牢固地連結主金屬平板及工具金屬平板。

此外，特開平4-63688號公報所示之閉鎖裝置，其中當凸輪構件往解除閉鎖位置端移動時，可解除藉由手臂端圓錐面推壓之滾珠構件，亦可對工具端圓錐面解除卡合之滾珠構件，如此即可從主金屬平板拆卸工具金屬平板。

但是，當解除已閉鎖之主金屬平板及工具金屬平板時，僅解除工具端圓錐面所推壓之滾珠構件且需從主金屬平板拆卸工具金屬平板，以控制使主金屬平板及工具金屬平板兩者結合面成為水平狀態，且需藉由工具金屬平板本身重量才可從主金屬平板脫離。

因此，當無法使主金屬平板及工具金屬平板兩者結合面成為水平狀態之機械手臂或作業環境時，則無法自動使工具金屬平板脫離。亦即，當主金屬平板及工具金屬平板兩者結合面朝向非水平方向之機械手臂時，則操作人員需從已解除閉鎖狀態之主金屬平板用力取出工具金屬平板且進行拆卸之更換作業。如此，該種情況衍生耗費許多時間及人力之問題。

本發明之目的係提供一種即使手臂端附屬配件及工具端附屬配件之結合面朝非水平面時，亦可從手臂端附屬配件自動拆卸工具端附屬配件。本發明之其他目的係提供一種於更換工具端附屬配件時，操作人員不需強制從手臂端附屬配件取出及拆卸工具端附屬配件即可自動進行更換工具進而達成既簡易又迅速之更換作業。

解除閉鎖位置會隨閉鎖位置移動凸輪構件17滑動連接閉鎖專用傾斜溝槽17a，且朝向卡合專用傾斜溝槽23a卡合往半徑方向外側移動之閉鎖專用滾珠13且相互連結手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5。此外，閉鎖位置會隨解除閉鎖位置之凸輪構件17移動解除卡合有卡合專用傾斜溝槽23a之閉鎖專用滾珠13，同時滑動連接突出專用傾斜溝槽17b，且往脫離專用傾斜溝槽23b滑動連接往半徑方向外側移動之解除閉鎖專用滾珠15，且從手臂端附屬配件3突出工具端附屬配件5。

1‧‧‧機械手臂聯結器裝置

3‧‧‧手臂端附屬配件

5‧‧‧工具端附屬配件

7‧‧‧手臂端固定盤

7a‧‧‧中空部

9‧‧‧圓筒構件

9a‧‧‧活塞

11‧‧‧滾珠支撐構件

11a‧‧‧滾珠支撐孔

13‧‧‧閉鎖專用滾珠

15‧‧‧解除閉鎖專用滾珠

17‧‧‧凸輪構件

17a‧‧‧閉鎖專用傾斜圓錐面

17b‧‧‧突出專用傾斜圓錐面

19‧‧‧壓縮彈片

20‧‧‧輔助軸

21‧‧‧工具端固定盤

21a‧‧‧開口部

23‧‧‧滾珠底座構件

23a‧‧‧卡合專用傾斜圓錐面

23b‧‧‧脫離專用傾斜圓錐面

25‧‧‧軸承構件

25a‧‧‧軸承孔

圖一 機械手臂聯結器裝置之概略傾斜圖

圖二 工具端附屬配件及分解工具端附屬配件狀態下之機械手臂聯結器裝置之中央剖面圖

圖三 從工具端附屬配件拆卸滾珠支撐構件所示之凸輪構件傾斜圖

圖四 滾珠底座環狀傾斜圖

圖五 工具端附屬配件及工具端附屬配件連結初期狀態之縱向剖面圖

圖六 圓筒構件動作時之狀態縱向剖面圖

圖七 閉鎖狀態之縱向剖面圖

圖八 解除閉鎖初期狀態之縱向剖面圖

圖九 隨著解除閉鎖而突出狀態之縱向剖面圖

圖十 突出專用傾斜溝槽之變化例說明圖

圖十一 脫離專用傾斜溝槽之變化例說明圖

圖十二 閉鎖專用傾斜溝槽之變化例說明圖

圖一至圖四中，機械手臂聯結器裝置1之構造包含藉由螺絲等固定未圖示之機械手臂頭端部之手臂端附屬配件3及藉由螺絲等固定夾具等各種工具之工具端附屬配件5。

於手臂端附屬配件3之手臂端固定盤7所示之底面端中央部份，其用以構成後述圓筒構件9之圓筒室剖面形成一圓形狀之中空部7a。此外，中空部7a邊緣之手臂端固定盤7，其圓筒狀滾珠支撐構件11之底端部分藉由螺絲等固定。

滾珠支撐構件11，其中往與圓筒軸心線垂直之方向且往圓周方向等間隔形成一具軸心線之6個滾珠支撐孔11a。各滾珠支撐孔11a，其內圍面端之外部直徑若干大於後述閉鎖專用滾珠13及解除專用滾珠15之外部直徑，且外圍面之外部直徑若干小於閉鎖專用 滾珠13及解除專用滾珠15之外部直徑。支撐於各滾珠支撐孔11a內部之閉鎖專用滾珠13及解除專用滾珠15，其中一部分可從外圍面突出且支撐為可防止脫落。

而且，於每隔1個位置所具3個滾珠支撐孔11a內，能往半徑方向且支撐為可使閉鎖專用滾珠13移動。此外，其餘之滾珠支撐孔11a內亦可往半徑方向支撐使解除閉鎖專用滾珠15移動。

於中空部7a內可於軸心線方向之解除閉鎖位置及閉鎖位置之間支撐使圓筒構件9之活塞9a滑動。甚至於活塞9a所示下半部設有一凸輪構件17。前述圓筒構件9，藉由作為中空部7a所安裝之彈性構件之壓縮彈片19往閉鎖位置端來回動作。

再者，手臂端固定盤7中各自形成未圖示之貫通至中空部之第一氣道及第二氣道，且對應至氣道之手臂端固定盤7各自連接未圖示之用以注入氣體及排氣之噴嘴。

凸輪構件17係一圓柱狀且當活塞9a往解除閉鎖位置移動時，其活塞9a之端部包含支撐於滾珠支撐構件11各滾珠支撐孔11a內之閉鎖專用滾珠13及大約位於解除閉鎖專用滾珠15中心之軸心線長度。於凸輪構件17之外圍面，其作為閉鎖專用傾斜溝槽之閉鎖專用傾斜圓錐面17a形成面對裝有閉鎖專用滾珠13之滾珠支撐孔11a。此外，於凸輪構件17之外圍面，其作為突出專用傾斜溝槽之突出專用傾斜圓錐面17b形成面對裝有解除閉鎖專用滾珠15之滾珠支撐孔11a。

閉鎖專用傾斜溝槽17a，其凸輪構件17之頭端部位從滾珠支撐構件11外圍面將一部分之閉鎖專用滾珠13收納成非突出之深度，且往軸心線底端(活塞端)方向傾斜成深度緩慢變淺之圓錐面。反之，突出專用傾斜圓錐面17b，其凸輪構件17之底端從滾珠支撐 構件11外圍面將一部分之解除閉鎖專用滾珠15收納成非突出之深度，且往軸心線頭端方向傾斜成深度緩慢變淺之圓錐面。

位於滾珠支撐構件11兩端之手臂端固定盤7，其中往圓筒構件9之動作方向裝有一對具軸心線之輔助軸20。該輔助軸20之頭端部往頭端方向形成逐漸縮小直徑之圓錐狀。

此外，於工具端附屬配件5之工具端固定盤21中心部位形成一嵌入後述滾珠底座構件23面積大小之開口部21a。工具端固定盤21之開口部21a，其中嵌入固定一可嵌入滾珠支撐構件11大小面積中空部之滾珠底座構件23。

前述滾珠底座構件23之內圍面，其作為卡合專用傾斜溝槽之卡合專用傾斜圓錐面23a形成面對閉鎖專用滾珠13。此外，卡合專用傾斜圓錐面23a間之滾珠底座構件23內圍面，其作為脫離專用傾斜溝槽之脫離專用傾斜圓錐面23a形成面對支撐於滾珠支撐孔11a內之解除閉鎖專用滾珠15。

上述卡合專用傾斜圓錐面23a，其手臂端附屬配件3之反向面端(圖面所示下方)藉由往閉鎖位置移動之凸輪構件17之閉鎖專用傾斜圓錐面17a推壓且收納從滾珠支撐構件11之外圍面突出之部分閉鎖專用滾珠13之深度，使手臂端附屬配件3之相對端(圖面所示上方)形成彎曲狀。反之，脫離專用傾斜圓錐面23b，其手臂端附屬配件3之反向面端藉由往解除閉鎖位置移動之突出專用傾斜圓錐面17b推壓且收納從滾珠支撐構件11之外圍面突出之部分解除閉鎖專用滾珠15之深度，往手臂端附屬配件3之相反端形成深度逐漸變淺之彎曲狀。

位於滾珠底座構件23兩端之工具端固定盤21，其中往與輔助軸20軸線之相同方向且具軸承孔25a之一對軸承構件25安裝成與 輔助軸20相同。前述一對軸承構件25藉由與嵌入至軸承孔25a之輔助軸20之帶動定位手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5。

此外，手臂端附屬配件3設有電線及連接至未圖示之電線信號之電器插頭或連接至氣道之未圖示之流體插頭。此外，工具端附屬配件5設有插入電氣插頭且連接電路之未圖示之電氣連接器或插入流體插頭且連接流體迴路之未圖式之流體連接器。

其次，說明手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5之連結作用及解除連結作用。

於未圖示之工具承載台上，以水平狀態設置裝有各種工具之工具端附屬配件5。同時，可移動控制機械手臂且相對於工具端附屬配件5可同時使手臂端附屬配件3及輔助軸20與軸承構件25之軸線移動為彼此一致。(茲參考圖二)

此時，手臂端附屬配件3之凸輪構件17下端從支撐於滾珠支撐孔11a內之閉鎖專用滾珠13及解除閉鎖專用滾珠15之中心移動至位於若干下方之解除閉鎖位置。

於上述狀態往下方移動機械手臂且一邊將輔助軸20插入至軸承孔25a內，而一邊將滾珠支撐構件11插入至滾珠底座構件23之中空部內。藉此，隨著軸承孔25a內之輔助軸20嵌入來定位手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5。

上述狀態中，閉鎖專用滾珠13將位於凸輪構件17中之閉鎖專用傾斜圓錐面17a之傾斜深溝，從滾珠支撐構件11之外圍面形成一非突出狀。此外，解除閉鎖專用滾珠15位於凸輪構件17之突出專用傾斜圓錐面17b之傾斜淺溝且往半徑方向外側推壓，其中一部分從滾珠支撐構件11之外圍面突出，且可收納至滾珠底座構件23中脫離專用傾斜圓錐面23b之傾斜深溝槽內。(茲參考圖五)。

其次，於上述狀態如圖六所示，隨滾珠底座構件23之中空部嵌入滾珠支撐構件11，且當閉鎖專用滾珠13及解除閉鎖專用滾珠 15各自位於卡合專用傾斜圓錐面23a之傾斜淺溝槽、脫離專用傾斜圓錐面23b時，會帶動圓筒構件9且從解除閉鎖位置往閉鎖位置方向移動凸輪構件17。

此時，閉鎖專用滾珠13如圖七所示，從深溝槽至淺溝槽藉由滑動往閉鎖位置移動之凸輪構件17之閉鎖專用傾斜圓錐面17a朝向半徑方向外端推壓，而其中一部分會從滾珠支撐構件11之外圍突出，且卡合至卡合專用傾斜圓錐面23a之深溝槽端。

而且，當凸輪構件17往閉鎖位置移動時，其閉鎖專用滾珠13會隨閉鎖專用傾斜圓錐面17a之淺溝槽滑動推壓且連結至卡合專用傾斜圓錐面23a之淺溝槽，且將工具端附屬配件5卡合接近手臂端附屬配件3，以無空隙之緊密狀態將兩者連接。

此外，由圖六所示之凸輪構件17，當往圖七所示之狀態移動時，則其中解除閉鎖專用滾珠15會隨凸輪構件17之移動卡位至突出專用傾斜圓錐面17b，釋放推壓且能往半徑方向內側端移動。於此狀態之解除閉鎖專用滾珠15，會隨接近手臂端附屬配件3之工具端附屬配件5滑動脫離專用傾斜圓錐面23b之淺溝槽，且往半徑方向內側端移動而收納至突出專用傾斜圓錐面17b之深溝槽。

藉由上述作用，其中手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5藉由往閉鎖位置移動之凸輪構件17之閉鎖專用傾斜圓錐面17a推壓，且於壓接至卡合專用傾斜圓錐面23a之淺溝槽狀態下，藉由卡合3個閉鎖專用滾珠13連結。

再者，於上述連結中，手臂端附屬配件3之電氣插頭及流體插頭係各自插入連接至工具端附屬配件5之電氣連結器與流體連結器，且可往工具端供應電氣或流體。此外，於上述閉鎖狀態中，雖然將持續對活塞9a之正壓室內部供應氣體且控制保持為連結狀態，但如果遇到因空壓機器等故障而對圓筒構件9中斷氣體之供應 時，也會利用壓縮彈片19之彈力對閉鎖位置保持移動凸輪構件17之狀態，且保持連結手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5之狀態。

其中，例如要從手臂端附屬配件3卸下更換工具端附屬配件5之工具等情況時，會對工具承載台且移動機械手臂使工具端附屬配件5控制成水平狀態後，再透過其他噴嘴將活塞9a正壓氣室內之氣體排出，同時使氣體供應至負壓室內且往壓縮彈片19之彈力方向排斥，而從閉鎖位置往解除閉鎖位置使凸輪構件17移動。

此時，如圖八所示，推壓連接至卡合專用傾斜圓錐面23a之淺溝槽之閉鎖專用滾珠13會隨解除閉鎖位置之凸輪構件17移動而卡位至閉鎖專用傾斜圓錐面17a之深溝槽，再解除藉由閉鎖專用傾斜圓錐面17a所形成之推壓，且可往半徑方向內側移動。

此外，收納至突出專用傾斜圓錐面17b深溝槽內之解除閉鎖專用滾珠15，從圖九所示之閉鎖位置隨解除閉鎖位置之凸輪構件17移動而往突出專用傾斜圓錐面17b深溝槽，再藉由滑動連接淺溝槽而往半徑方向內側移動，從相對之滾珠底座構件23之脫離專用傾斜圓錐面23b淺溝槽端至深溝槽，係藉由滑動連接而從手臂端附屬配件3往脫離方向使工具端附屬配件5向外突出。

藉此，對手臂端附屬配件3而言會強制使工具端附屬配件5脫離。隨此突出，其閉鎖專用滾珠13會從卡合專用傾斜圓錐面23a淺溝槽藉由滑動連接滾珠底座構件23內圍面而往半徑方向內側移動且卡位至閉鎖專用傾斜圓錐面17a之深溝槽內，對手臂端附屬配件3而言可解除工具端附屬配件5之連結。

而且，從手臂端附屬配件3突出之工具端附屬配件5會利用本身重量往工具承載台下降且能完全從手臂端附屬配件3卸下。尤其手臂端附屬配件3及工具端附屬配件5之連接面即使係一垂直方向 狀態，對手臂端附屬配件3而言工具端附屬配件5係突出狀態，因此可簡單且迅速進行拆卸工具端附屬配件5之作業。

本發明亦可改變為下列實施利。

1.雖然往既定方向且形成於凸輪構件17外圍面之突出專用傾斜溝槽及形成於滾珠底座構件23內圍面之脫離專用傾斜溝槽係一傾斜圓錐面，但亦可使如圖十及圖十一所示之凸輪構件17之垂直移動方向剖面形成一圓弧狀溝槽。

2.雖然形成於凸輪構件17之閉鎖專用傾斜溝槽具一傾斜面，但亦可將圖十二所示之三角面成組合有2面之傾斜角錐形溝槽121。於此範例，亦可將與傾斜角錐形溝槽121相對之卡合專用傾斜溝槽作為與傾斜角錐形溝槽對稱之傾斜角錐形溝槽或使軸線垂直方向剖面形成圓弧狀之傾斜圓弧溝槽。

3.即使往既定方向且形成於凸輪構件17外圍面之突出專用傾斜溝槽及形成於滾珠底座構件23內圍面之脫離專用傾斜溝槽係一傾斜圓錐面，或凸輪構件17之垂直移動方向剖面形成一圓弧狀，其深度亦可使較淺溝槽之傾斜頂端形成彎曲狀。

1‧‧‧機械手臂聯結器裝置

3‧‧‧手臂端附屬配件

5‧‧‧工具端附屬配件

7‧‧‧手臂端固定盤

7a‧‧‧中空部

9‧‧‧圓筒構件

9a‧‧‧活塞

11‧‧‧滾珠支撐構件

11a‧‧‧滾珠支撐孔

13‧‧‧閉鎖專用滾珠

15‧‧‧解除閉鎖專用滾珠

17‧‧‧凸輪構件

17a‧‧‧閉鎖專用傾斜圓錐面

17b‧‧‧突出專用傾斜圓錐面

19‧‧‧壓縮彈片

20‧‧‧輔助軸

21‧‧‧工具端固定盤

21a‧‧‧開口部

23‧‧‧滾珠底座構件

23a‧‧‧卡合專用傾斜圓錐面

23b‧‧‧脫離專用傾斜圓錐面

25‧‧‧軸承構件

25a‧‧‧軸承孔

Claims (8)

1. 一種機械手臂聯結器裝置，其包含下列閉鎖裝置：手臂端附屬配件，安裝於機械手臂上；工具端附屬配件，設有工具；滾珠支撐構件，安裝於前述手臂端附屬配件上，且於外圍面之軸心線周圍形成複數個閉鎖專用傾斜溝槽之凸輪構件，且可於閉鎖位置與解除閉鎖位置間移動前述凸輪構件之移動構件，設置於前述凸輪構件外圍面端，且能朝向與凸輪構件移動方向垂直之方向支撐，使面對閉鎖專用傾斜溝槽所配置之閉鎖專用滾珠移動；及滾珠施力構件，設置於工具端附屬配件，且於往閉鎖位置移動之凸輪構件之閉鎖專用傾斜溝槽上，具有用以卡合滑動連接閉鎖專用滾珠之複數個卡合專用傾斜溝槽，其特徵為具下列構件：解除閉鎖專用滾珠，設置於閉鎖專用滾珠間之滾珠支撐構件上能與凸輪構件移動之垂直方向移動且支撐；複數個突出專用傾斜溝槽，設置於閉鎖專用傾斜溝槽間之凸輪構件外圍面且往與閉鎖專用傾斜溝槽反方向傾斜；及複數個脫離專用傾斜溝槽，設置於卡合專用傾斜溝槽間之滾珠施力構件內且往與卡合專用傾斜溝槽反方向傾斜，其中從解除閉鎖位置會隨閉鎖位置之凸輪構件移動以滑動連接閉鎖專用傾斜溝槽，且會朝向卡合專用傾斜溝槽卡合往半徑方向外側移動之閉鎖專用滾珠且相互連結手臂端附屬配件及工具端附屬配件，此外從閉鎖位置會隨解除閉鎖位置之凸輪構件移動以解除卡合含卡合專用傾斜溝槽之閉鎖專用滾珠，同時滑動 連接突出專用傾斜溝槽且往脫離專用傾斜溝槽滑動連接往半徑方向外側移動之解除閉鎖專用滾珠，且從手臂端附屬配件可突出工具端附屬配件。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之機械手臂聯結器裝置，其中閉鎖專用傾斜溝槽及卡合專用傾斜溝槽形成一往既定方向傾斜之圓錐面。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之機械手臂聯結器裝置，其中閉鎖專用傾斜溝槽及卡合專用傾斜溝槽形成一往既定方向傾斜之平面狀，且淺溝槽形成一彎曲狀。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之機械手臂聯結器裝置，其中於閉鎖專用傾斜溝槽及卡合專用傾斜溝槽中，至少閉鎖專用傾斜溝槽形成組合有雙面三角形之傾斜角圓錐溝槽。
5. 根據申請專利範圍第1項至第4項所述之機械手臂聯結器裝置，其中突出專用傾斜溝槽及脫離專用傾斜溝槽往既定方向傾斜，且與凸輪構件移動之垂直方向剖面為一圓弧狀。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之機械手臂聯結器裝置，其中突出專用傾斜溝槽及脫離專用傾斜溝槽之凸輪構件移動垂直方向剖面為一圓弧狀，且使淺溝槽形成一彎曲狀。
7. 根據申請專利範圍第1項至第4項所述之機械手臂聯結器裝置，其中突出專用傾斜溝槽及脫離專用傾斜溝槽形成一往既定方向傾斜之平面狀圓錐面。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之機械手臂聯結器裝置，其中凸輪構件藉由彈性構件之彈力往閉鎖位置端施加力量。