TWI491483B - 機械手及使用該機械手的生產設備 - Google Patents

Description

機械手及使用該機械手的生產設備

本發明涉及一種新型的機械手及使用該機械手的生產設備。

機械手廣泛地應用於自動化生產生產線中。然而，傳統的機械手結構比較複雜、體積龐大，不適用於密集型的生產線佈局。

有鑒於此，實有必要提供一種新型的機械手以及使用該機械手的生產設備及生產線。

一種機械手包括用於夾持物料的夾爪、第一基座、第二基座、第一轉軸以及擺臂，該第二基座設置於該第一基座上並可沿著X軸方向在該第一基座上移動，該擺臂設置於該第一轉軸上並能夠在Z方向上移動，該夾爪設置於該擺臂上，該第一轉軸設置於該第二基座上，該第一轉軸的軸線平行於Z軸方向，且該第一轉軸能夠繞著其軸線轉動，並借由擺臂帶動夾爪在與Z軸方向垂直的平面上轉動，X軸方向和Z軸方向互相垂直。一種生產設備，其包括機台，該機台上至少設置有上述機械手，該機械手的第一基座設置於機台上。

100‧‧‧機械手

10‧‧‧第一基座

20‧‧‧第二基座

30‧‧‧第一聯動裝置

40‧‧‧第一驅動裝置

50‧‧‧第二聯動裝置

60‧‧‧第二驅動裝置

70‧‧‧第三驅動裝置

80‧‧‧第四驅動裝置

90‧‧‧擺臂

91‧‧‧第一轉軸

92‧‧‧第二轉軸

93‧‧‧夾爪

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧第一滑軌

13‧‧‧第一固定座

14‧‧‧第二固定座

41‧‧‧第一馬達

42‧‧‧第一絲杆

31‧‧‧第一滑槽

32‧‧‧第三固定座

33‧‧‧第一螺紋孔

21‧‧‧第二基板

22‧‧‧第二滑軌

23‧‧‧第四固定座

24‧‧‧第五固定座

25‧‧‧第六固定座

26‧‧‧第七固定座

61‧‧‧第二馬達

62‧‧‧第二絲杆

51‧‧‧第二滑槽

52‧‧‧第八固定座

53‧‧‧第九固定座

71‧‧‧第三馬達

72‧‧‧第一傳動輪

73‧‧‧第二傳動輪

74‧‧‧第一傳動帶

81‧‧‧第四馬達

82‧‧‧第三傳動輪

83‧‧‧第四傳動輪

圖1為本發明一些實施例中機械手的立體示意圖。

圖2為圖1所示機械手的第一分解圖。

圖3為圖2所示機械手的另一角度視圖。

圖4為圖1所示機械手的第二分解圖。

圖5為圖4所示機械手的另一角度視圖。

圖6至圖8為機械手使用狀態圖。

請參看圖1，其為本發明一較佳實施方式之機械手100的立體圖。機械手100可應用於生產線上用於抓取或者卸掉物料。在本實施方式中，機械手100能夠在一個三維直角坐標系的X軸、Y軸、Z軸三個方向上進行定位，其中，X軸、Y軸、Z軸兩兩垂直。

請參看圖2至圖5，機械手100包括第一基座10、第二基座20、第一聯動裝置30、第一驅動裝置40、第二聯動裝置50、第二驅動裝置60、第三驅動裝置70、第四驅動裝置80、擺臂90、第一轉軸91、第二轉軸92、以及夾爪93。

第一基座10固定於生產線的機台上或者其他輔助安裝設備上，用於懸掛機械手100的其他部件。第二基座20的一端通過第一聯動裝置30可移動地懸掛於第一基座10上。第一驅動裝置40固定於第一基座10和第一聯動裝置30上，用於驅動第一聯動裝置30在第一基座10上移動，以帶動第二基座20相對第一基座10移動。第二聯動裝置50移動地安裝於第二基座20上。第二驅動裝置60安裝於第二基座20和第二聯動裝置50上，用於驅動第二聯動裝置50在第二基座20上移動。擺臂90借由第一轉軸91可轉動地掛設於第二聯動裝置50和第二基座20上。第三驅動裝置70固定於第二聯動裝置50 上，用於驅動第一轉軸91旋轉。夾爪93借由第二轉軸92可轉動地掛設於擺臂90上，用於夾持物料。第四驅動裝置80用於驅動第二轉軸92旋轉以帶動夾爪93轉動。在本實施方式中，第一聯動裝置30在第一基座10上沿著X軸方向移動。第二聯動裝置50在第二基座20沿著Z軸方向移動。

第一基座10包括第一基板11、設置於第一基板11上的兩條平行的第一滑軌12、設置於第一滑軌12相對兩端的第一固定座13、以及設置於一第一固定座13一側且遠離第一滑軌12一側的第二固定座14。第一滑軌12為直線型，其沿著X軸方向設置於第一基板11上。

第一驅動裝置40包括第一馬達41和第一絲杆42。第一馬達41安裝於第二固定座14上。第一絲杆42一端與第一馬達41相連，另一端順次穿過一第一固定座13、第一聯動裝置30及另一第一固定座13，且第一絲杆42與第一滑軌12平行。亦即，第一絲杆42也是沿著X軸方向設置於第一基板11上。第一馬達41用於驅動第一絲杆42旋轉。

第一聯動裝置30固定於第二基座20上。第一聯動裝置30上平行設置有兩個第一滑槽31以及第三固定座32。兩個第一滑槽31和第三固定座32分別設置於第一聯動裝置30互相垂直的兩側。第三固定座32上設有第一絲杆42配合的第一螺紋孔33。第一聯動裝置30通過兩個第一滑槽31分別和第一滑軌12配合，並通過第一螺紋孔33使第一絲杆42貫穿於其內，從而使固定第一聯動裝置30的第二基板21掛設於第一基座10上。當第一馬達41驅動第一絲杆42旋轉時，第一絲杆42可與第一螺紋孔33配合而帶動第一聯動裝置30沿著 X方向放置的第一滑軌12滑行，從而使得與第一聯動裝置30固定的第二基座20沿著X軸方向移動。

第二基座20包括第二基板21、設置於第二基板21上的兩條平行的第二滑軌22、以及平行設置於基板21上的第四固定座23、第五固定座24、第六固定座25以及第七固定座26。第四固定座23和第五固定座24分別位於第二滑軌22相對的兩端。第六固定座25和第七固定座26依次位於第五固定座24的一側並遠離第二滑軌22。第六固定座25和第七固定座27之間安裝有第一聯動裝置30。第四固定座23、第五固定座24、第六固定座25以及第七固定座26沿著Z軸方向間隔設置於第二基板21上。兩條第二滑軌22沿著Z軸方向設置於第二基座20上。

第二驅動裝置60包括第二馬達61和第二絲杆62。第二馬達61安裝於第六固定座25上，並位於第一聯動裝置30和第二基板21之間。第二絲杆62的一端固定於第二馬達61上，另一端依次闖過第四固定座23、第二聯動裝置50及第五固定座24。第二馬達61用於驅動第二絲杆62旋轉。

第二聯動裝置50一側設置有兩個平行的第二滑槽51及相背的另一側上設有相對的第八固定座52和第九固定座53。第八固定座52上靠近第二滑槽51的位置設有第一通孔520，第九固定座53與第一通孔520的相對應的位置上設有第二螺紋孔(圖未示)。第二聯動裝置50通過兩個第二滑槽51與兩個第二滑軌22配合，並通過第一通孔520和第二螺紋孔使第二絲杆62貫穿於第二聯動裝置50。當第二馬達61驅動第二絲杆62旋轉時，第二絲杆62可與第二螺紋孔配合而帶動第二聯動裝置50沿著Z軸方向放置的第二滑軌22滑 行，從而使固定於第二聯動裝置50上的第一轉軸91沿著Z軸方向移動。

第三驅動裝置70包括第三馬達71、第一傳動輪72、第二傳動輪73以及第一傳動帶74。第三馬達71設置於第八固定座52上。第一傳動輪72和第二傳動輪73設置於第九固定座53上。第三馬達71穿過第八固定座52與第一傳動輪72固定，第二傳動輪73套設於第一轉軸91並與第一轉軸91相固定。第一傳動輪72的直徑小於第二傳動輪73的直徑。第一傳動帶74套設於第一傳動輪72和第二傳動輪73上。第三馬達71用於驅動第一傳動輪72同步旋轉，以使第一傳動帶74帶動第二傳動輪73同步旋轉。可以理解地，第二傳動輪73旋轉可帶動與之固定的第一轉軸91旋轉以帶動擺臂90旋轉。

擺臂90為一細長的平板。第一轉軸91自擺臂90上垂直延伸而出使得第一轉軸91的軸線方向與Z軸方向平行。第一轉軸91靠近擺臂90一末端。第一轉軸91依次穿過第五固定座24、第二傳動輪73、第九固定座53以及第八固定座52，並位於第二絲杆62遠離第二基板21的一側。第一轉軸91在第二傳動輪73的帶動下繞著其軸線轉動。可以理解地，第一轉軸91貫穿第四固定座23並與第二傳動輪73相固定，且第二傳動輪73設置於第九固定座53上，因此，第一轉軸91將擺臂90懸掛於第二聯動裝置50上而位於第二基座20的下方。另外，第一轉軸91的軸線方向與Z軸方向平行，擺臂90與第一轉軸91的軸線方向垂直，所以第一轉軸91轉動時，擺臂90可以在垂直於Z軸方向的X-Y平面上轉動。

第二轉軸92貫穿設置於擺臂90遠離第一轉軸91的另一末端上，並可相對擺臂90轉動。第二轉軸92的軸線與第一轉軸91的軸線平行 。夾爪93設置於第二轉軸92上並與第一轉軸91相背。

第四驅動裝置80包括第四馬達81、第三傳動輪82、第四傳動輪83以及第二傳動帶84。第四馬達81設置於擺臂90上，並位於與第一轉軸91相背的一側。第三傳動輪82和第四傳動輪83設置於擺臂90上並與第一轉軸91位於同一側。第三傳動輪82和第四傳動輪83位於擺臂90相對的兩端。第三傳動輪82與第一轉軸91相鄰。第四馬達81穿過擺臂90與第三傳動輪82固定，第四傳動輪83套設於第二轉軸92上。第三傳動輪82的直徑小於第四傳動輪83的直徑。第二傳動帶84套設於第三傳動輪82和第四傳動輪83上。第四馬達81用於驅動第三傳動輪82同步旋轉，以使第二傳動帶84帶動第四傳動輪83同步旋轉。可以理解地，第四傳動輪83旋轉可帶動與之固定的第二轉軸92旋轉以帶動固定於第二轉軸92上的夾爪93旋轉。

在本實施方式中，夾爪93可選用標準件或者自製件，只要能夠實現夾持物料之功能即可，在此不對其結構進行詳細描述。

可以理解，擺臂90隨著第一聯動裝置30和第二聯動裝置50可以在X軸方向和Z軸方向移動。且擺臂90可以繞著第一轉軸91旋轉，從擺臂90在Y軸方向上的位置也發生改變。進一步可以理解，機械手100可以通過改變擺臂90在X、Y、Z軸方向上的位置進行定位。

下面以上述機械手100定位過程中的在各個方向上的位置變數來說明機械手100的定位效果。

機械手100中，機械手100在定位過程中涉及如下變數：X、Y、Z和T。其中，X表示X軸上的位置變數。Y表示Y軸上的位置變數、Z表示Z軸上的位置變數，T表示夾爪93與Y軸之間的角度。在本實 施方式中，擺臂90位於Y軸方向上為原始位置，如圖6所示。

如圖7所示：當擺臂90沿著順時針旋轉一角度K時：X=x+(sin|k|)*d，Y=(cos|k|)*d；Z=z；T=t-|k|；如圖8所示：當擺臂90沿著逆時針旋轉一角度K時：X=x-(sin|k|)*d；Y=(cos|k|)*d；Z=z；T=t+|k|；其中，x、z和t擺臂位於初始位置時，機械手100位於X軸上的座標、Z軸上的座標、以及夾爪93與Y軸之間的角度。d為擺臂90的有效長度，即第一轉軸91和第二轉軸92的軸心距離。

由上述可知：當傳統機械手在X軸上的行程為S時，機械手100在X軸上的活動範圍為s：s=S+2d；當傳統機械手在Y軸上的行程為D時，機械手100在Y軸方向的行程為d=(1/2)*D就可以達到同樣的活動範圍。

從上述分析可以得出，機械手100與傳統的機械手相比，在同樣 的行程條件下，機械手100的活動範圍會更大。可以理解，如果達到同樣的活動範圍，使機械手100能夠改變其在X軸和Y軸上活動範圍的部件，即第一基座10和擺臂90，比傳統的機械手能夠改變其在X軸和Y軸上活動範圍的部件體積要小。因此，機械手100更加節省空間。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，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‧‧‧機械手

10‧‧‧第一基座

30‧‧‧第一聯動裝置

40‧‧‧第一驅動裝置

60‧‧‧第二驅動裝置

70‧‧‧第三驅動裝置

80‧‧‧第四驅動裝置

90‧‧‧擺臂

91‧‧‧第一轉軸

92‧‧‧第二轉軸

93‧‧‧夾爪

Claims (9)

1. 一種機械手，該機械手包括用於夾持物料的夾爪，其改良在於：該機械手還包括第一基座、第二基座、第一轉軸、第三驅動裝置以及擺臂，該第二基座設置於該第一基座上並可沿著X軸方向在該第一基座上移動，該擺臂設置於該第一轉軸上並能夠在Z方向上移動，該夾爪設置於該擺臂上，該第一轉軸設置於該第二基座上，該第一轉軸的軸線平行於Z軸方向，且該第一轉軸能夠繞著其軸線轉動，並借由擺臂帶動夾爪在與Z軸方向垂直的平面上轉動，X軸方向和Z軸方向互相垂直，該第三驅動裝置包括第三馬達、第一傳動輪、第二傳動輪、第一傳動帶，該第一傳動輪與該第三馬達相固定，該第二傳動輪與該第一轉軸相固定，該第一傳動帶套設於該第一傳動輪和該第二傳動輪上，該第三馬達驅動該第一傳動輪旋轉，該第一傳動輪通過該第一傳動帶帶動該第二傳動輪旋轉，以帶動第一轉軸轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機械手，其中，該機械手還包括第一驅動裝置和第一聯動裝置，該第一聯動裝置設置於第二基座上，該第二基座借由該第一聯動裝置移動地設置於該第一基座上，該第一驅動裝置包括第一馬達和第一絲杆，該第一絲杆穿設於該第一基座和該第一聯動裝置上，該馬達用於驅動該第一絲杆以驅動該第一聯動裝置在第一基座上移動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機械手，其中，該機械手還包括第二驅動裝置和第二聯動裝置，該第二聯動裝置移動地設置於第二基座上，且該第一轉軸設置於該第二聯動裝置上，該第二驅動裝置包括第二馬達和第二絲杆，該第二絲杆穿設於該第二基座和該第二聯動裝置上，該第二馬達 驅動該第二絲杆以帶動該第二聯動裝置移動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機械手，其中，該第三驅動裝置設置於該第二聯動裝置上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機械手，其中，該第一傳動輪的直徑小於第二傳動輪的直徑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之機械手，其中，該機械手還包括第二轉軸和第四驅動裝置，該第二轉軸轉動地設置於該擺臂上，且該第二轉軸背向該第一轉軸，該夾爪設置於該第二轉軸上，該第四驅動裝置設置於該擺臂上，該第四驅動裝置包括第四馬達、第三傳動輪、第四傳動輪以及第二傳動帶，該第四馬達與該第三傳動輪相固定，該第四傳動輪與該第二轉軸相固定，該第二傳動帶套設於該第三傳動輪和該第四傳動輪上，該第四馬達驅動該第三傳動輪，並通過該第二傳動帶帶動該第四傳動輪旋轉，以驅動該第二轉軸帶動該夾爪旋轉。
7. 如申請專利範圍第6項所述之機械手，其中，該第一轉軸和該第二轉軸分別設置於該擺臂相對的兩端。
8. 如申請專利範圍第6項所述之機械手，其中，該第三傳動輪的直徑小於該第四傳動輪的直徑。
9. 一種生產設備，其包括機台，其改良在於：該機台上至少設置有如申請專利範圍第1項所述之機械手，該機械手的第一基座設置於機台上。