TWI473694B - 機器人 - Google Patents

Description

機器人

本發明涉及一種機器人，尤其涉及一種用於工業自動化生產線，能完成搬運、碼垛等工作之機器人。

一種習知機器人包括複數依次連接之機械臂，設置於其末端之機械臂可裝設夾具、切削工具及探測器等末端執行器。每一機械臂藉由一驅動組件實現繞某一旋轉軸線之轉動。驅動組件一般包括沿各機械臂之旋轉軸線方向設置之馬達以及與馬達相連接之減速機，減速機之輸出端驅動機械臂運動，故，各機械臂沿其旋轉軸線之尺寸通常較大。因驅動部分係直接安裝於機械臂，運動時各機械臂承受之負載較大，從而慣性矩變大，給機械臂控制之準確性及快速性造成困難。且各機械臂沿各自旋轉軸線方向之尺寸均較大，增加了機器人整體結構所佔用之空間。

鑒於上述狀況，有必要提供一種結構緊湊且便於控制之機器人。

一種機器人，其包括機架、與機架轉動連接之大臂、與大臂轉動連接之小臂、末端執行器、與小臂轉動連接之連接件、依次連接於該連接件與小臂間之第一連桿及第二連桿、與機架及連接件轉動連接之第三連桿、與機架轉動連接之驅動連桿、以及連接驅動連桿與小臂之從動連桿。該連接件包括轉軸部以及位於轉軸部二 側之第一連接部及第二連接部，該轉軸部與小臂轉動連接，該第一連接部及第二連接部形成“L”型結構，該第一連接部與第一連桿轉動連接，該第二連接部與第三連桿轉動連接。連接件、第一連桿、第二連桿及小臂共同形成第一平行四邊形結構。連接件、大臂、第三連桿以及機架共同形成第二平行四邊形結構。驅動連桿、從動連桿、小臂、大臂及機架共同形成一五邊形結構。末端執行器安裝於該第二連桿。該機器人還包括用於驅動大臂之第一驅動組件，用於驅動驅動連桿之第二驅動組件，第一驅動組件及第二驅動組件均設置於機架。

上述機器人藉由第一平行四邊形結構以及第二平行四邊形結構之共同約束，使末端執行器相對於機架之姿態保持不變，並可使得機器人之整體結構更為緊湊，佔用空間較小。另，利用該五邊形結構，可便於將第一驅動組件及第二驅動組件均設置於機架上，且因驅動小臂之第二驅動組件設置於機架上，小臂之負載減小，從而慣性矩較小，便於小臂之運動控制。

100‧‧‧機器人

10‧‧‧底座

20‧‧‧機架

30‧‧‧大臂

40‧‧‧小臂

50‧‧‧末端執行器

41‧‧‧第一連接端

42‧‧‧第二連接端

43‧‧‧連接件

44‧‧‧第一連桿

45‧‧‧第二連桿

46‧‧‧第三連桿

430‧‧‧轉軸部

431‧‧‧第一連接部

432‧‧‧第二連接部

451‧‧‧安裝板

452‧‧‧支撐桿

47‧‧‧驅動連桿

48‧‧‧從動連桿

61‧‧‧第一驅動組件

62‧‧‧第二驅動組件

63‧‧‧第三驅動組件

51‧‧‧旋轉馬達

21‧‧‧底板

22‧‧‧側板

221‧‧‧連接座

223‧‧‧第一安裝部

224‧‧‧第二安裝部

612‧‧‧第一馬達

613‧‧‧第一減速機構

621‧‧‧第二馬達

623‧‧‧第二減速機構

631‧‧‧第三馬達

80‧‧‧保護罩

圖1係本發明實施方式之機器人之立體圖，圖中對保護罩進行了局部剖切。

圖2係圖1所示之機器人沿另一視角之立體圖。

圖3係圖1所示機器人之運動原理圖。

下面將結合附圖及具體實施方式對本發明之機器人作進一步詳細說明。

請參見圖1至圖3，本發明實施方式之機器人100包括底座10、轉動設置於底座10上之機架20、與機架20轉動連接之大臂30、與大臂30轉動連接之小臂40、以及位於末端之末端執行器50。小臂40包括第一連接端41以及第二連接端42。末端執行器50安裝於第一連接端41，機架20轉動連接於第二連接端42。

小臂40之第二連接端42還與一連接件43轉動連接。連接件43與小臂40之第一連接端41之間設有依次連接之第一連桿44及第二連桿45。連接件43、第一連桿44、第二連桿45以及小臂40共同組成一平行四邊形結構(圖未標)。末端執行器50安裝於第二連桿45上。

機架20與連接件43之間設有第三連桿46。第三連桿46二端分別與機架20及連接件43轉動連接。連接件43、大臂30、第三連桿46以及機架20共同形成第二平行四邊形結構(圖未標)。在第一平行四邊形結構及第二平行四邊形結構共同約束下，末端執行器50在運動過程中，相對於機架20之姿態可始終保持不變。

本實施方式中，連接件43包括轉軸部430以及位於轉軸部430二側之第一連接部431及第二連接部432。轉軸部430與小臂40轉動連接。第一連接部431及第二連接部432形成“L”型結構，且第一連接部431與第一連桿44轉動連接，第二連接部432與第三連桿46轉動連接。

第二連桿45包括安裝板451以及與安裝板451固定連接且垂直於安裝板451之支撐桿452。安裝板451與小臂40之第一連接端41轉動連接，支撐桿452與第一連桿44轉動連接。末端執行器50與安裝板451相連，以將末端執行器50安裝於第二連桿45上。

機架20與小臂40之第二連接端42間還設有依次連接之驅動連桿47以及從動連桿48。驅動連桿47、從動連桿48、小臂40、大臂30以及機架20共同形成一五邊形結構(圖未標)。連接件43、第一連桿44、第二連桿45及第三連桿46設置於小臂40之一側，驅動連桿47及從動連桿48設置於小臂40相對之另一側。本實施方式中，第一平行四邊形結構、第二平行四邊形結構以及五邊形結構之轉動關節處均藉由轉軸實現轉動連接。

機器人100還包括驅動大臂30之第一驅動組件61，驅動驅動連桿47之第二驅動組件62，以及驅動機架20之第三驅動組件63。第一驅動組件61及第二驅動組件62均設置於機架20上，第三驅動組件63設置於第一、第二驅動組件61、62之間。採用該配置方式，可使機器人100之結構更為緊湊，且驅動小臂40之第二驅動組件62設置於機架20上，減小了小臂40之負載，從而便於對小臂40進行控制。末端執行器50還包括一旋轉馬達51，以使末端執行器50可相對第二連桿45繞豎直方向轉動，從而末端執行器50可獲得更多之自由度。

本實施方式中，機器人100藉由底座10安裝至地面或者其他支撐面上。機架20包括底板21及從底板21一側垂直延伸出之側板22。側板22上設有一連接座221，第三連桿46之一端與連接座221轉動連接。側板22上還設有分別位於連接座221二側之第一安裝部223及第二安裝部224。

第一驅動組件61包括第一馬達612以及第一減速機構613，第一馬達612固定設置於底板21上。第一減速機構613安裝於第一安裝部223。第二驅動組件62包括第二馬達621以及第二減速機構623。 第二馬達621固定設置於底板21，第二減速機構623安裝於第二安裝部224。第三驅動組件63包括第三馬達631、由第三馬達631驅動之外齒齒輪(圖未示)，以及與該外齒齒輪嚙合以使機架20相對底座10旋轉之內齒齒輪(圖未示)。第三馬達631設置於第一馬達612與第二馬達621之間。

進一步，機器人100還包括與機架20相結合之保護罩80。第一、第二及第三馬達612、621、631均收容於保護罩80內，從而防止塵屑、油污等污染上述馬達，可延長第一、第二及第三馬達612、621、631之使用壽命。保護罩80可採用透明材料製成，從而方便使用者從外部直接觀察保護罩80內之各機構之工作狀況。

以下介紹機器人100之工作原理，請同時參見圖1至圖3，因機架20、大臂30、連接件43之第二連接部432，以及第三連桿46共同組成第二平行四邊形結構，當第一馬達612驅動大臂30轉動時，第二連接部432相對於機架20之姿態保持不變。因連接件43之第一連接部431、第一連桿44、第二連桿45，以及小臂40組成第一平形四邊形結構，當第二馬達621驅動驅動連桿47，從而藉由從動連桿48帶動小臂40轉動時，第二連桿45相對於第一連接部431之姿態保持不變，即末端執行器50相對於第一連接部431之姿態不變。第一連接部431與第二連接部432形成“L”型結構，即二者形成一固定夾角，從而末端執行器50相對於機架20之姿態保持不變，即末端執行器50始終保持平動。此種設計在待處理或搬運之貨物較重時有明顯之優勢。末端執行器50於旋轉馬達51之帶動下，還可繞豎直方向旋轉，形成機器人100之末端執行器旋轉關節。

結合不同之末端執行器50，本發明之機器人100可將待處理之貨物從源點轉移到目標點，完成相應之裝貨、卸貨、搬運、碼垛等多種工作。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧機器人

10‧‧‧底座

20‧‧‧機架

30‧‧‧大臂

40‧‧‧小臂

50‧‧‧末端執行器

41‧‧‧第一連接端

42‧‧‧第二連接端

43‧‧‧連接件

44‧‧‧第一連桿

45‧‧‧第二連桿

46‧‧‧第三連桿

431‧‧‧第一連接部

432‧‧‧第二連接部

451‧‧‧安裝板

452‧‧‧支撐桿

47‧‧‧驅動連桿

48‧‧‧從動連桿

51‧‧‧旋轉馬達

221‧‧‧連接座

223‧‧‧第一安裝部

224‧‧‧第二安裝部

613‧‧‧第一減速機構

621‧‧‧第二馬達

631‧‧‧第三馬達

80‧‧‧保護罩

Claims (8)

1. 一種機器人，其包括機架，與該機架轉動連接之大臂，與該大臂轉動連接之小臂，以及末端執行器，其改良在於：該機器人還包括與該小臂轉動連接之連接件、依次連接於該連接件與小臂間之第一連桿及第二連桿、與該機架及連接件轉動連接之第三連桿、與該機架轉動連接之驅動連桿、連接該驅動連桿與小臂之從動連桿，該連接件包括轉軸部以及位於轉軸部二側之第一連接部及第二連接部，該轉軸部與小臂轉動連接，該第一連接部及第二連接部形成“L”型結構，該第一連接部與第一連桿轉動連接，該第二連接部與第三連桿轉動連接，該連接件、第一連桿、第二連桿及小臂共同形成第一平行四邊形結構，該連接件、大臂、第三連桿以及機架共同形成第二平行四邊形結構，該驅動連桿、從動連桿、小臂、大臂及機架共同形成一五邊形結構，該末端執行器安裝於該第二連桿，該機器人還包括用於驅動該大臂之第一驅動組件以及用於驅動該驅動連桿之第二驅動組件，該第一驅動組件及第二驅動組件均設置於該機架。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該機器人還包括底座，以及驅動該機架以使機架相對底座可轉動之第三驅動組件，該第三驅動組件設置於該第一驅動組件與第二驅動組件之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器人，其中還機器人還包括與該機架相結合之保護罩，該第一、第二及第三驅動組件均至少部分收容於該保護罩內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機器人，其中該保護罩採用透明材料製成。
5. 如申請專利範圍第3項所述之機器人，其中該機架包括底板及從底板一側 延伸出之側板，該側板上設有一個連接座，該第三連接桿二端分別與連接座及連接件轉動連接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之機器人，其中該側板還包括分別位於該連接座二側之第一安裝部及第二安裝部，該第一驅動組件包括第一馬達以及第一減速機構，第一馬達固定設置於該底板，第一減速機構安裝於第一安裝部，第二驅動組件包括第二馬達以及第二減速機構，該第二馬達固定設置於底板，且該第二減速機構安裝於第二安裝部。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該連接件、第一連桿、第二連桿及第三連桿設置於該小臂之一側，該驅動連桿及從動連桿設置於該小臂相對之另一側。
8. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該末端執行器包括一旋轉馬達，該旋轉馬達可驅動該末端執行器相對第二連桿轉動。