TWI648137B - 具彈性輔助之關節式機械手臂 - Google Patents

Abstract

一種具彈性輔助之關節式機械手臂，包含一座體、一動力裝置、一機械手臂本體及一彈性輔助件。該動力裝置安裝於該座體。該機械手臂本體包含一擺臂，該擺臂受該動力裝置驅動而以一轉軸為中心旋轉。該彈性輔助件包含一拉伸彈簧，該拉伸彈簧圍繞該轉軸，該拉伸彈簧的一端連接該座體或該動力裝置，該拉伸彈簧的另一端連接該擺臂，以提供該擺臂一彈性支撐力。

Description

具彈性輔助之關節式機械手臂

本發明係關於一種機械手臂，尤指具彈性輔助之關節式機械手臂。

隨著產業自動化的發展，具有模仿人類手臂功能的機械手臂，逐漸廣泛、大量地應用於各產業。

常見的機械手臂之一為關節式機械手臂，型態較貼近人類手臂，相關前案例如有中華民國新型專利公告第M497586號之「機械手臂之傳動結構」。如M497586的圖9A、圖9B所示，主要包含一上臂與一下臂樞接處垂直設一齒輪箱，該下臂與一本體座樞接垂直設該齒輪箱，且各該齒輪箱連接固設一動力裝置，以驅動該上臂旋轉。

但上述關節式機械手臂僅以一端連接於本體座，以致於本體座處的動力裝置需承受相當大的力矩，特別是當機械手臂進行傾斜等伸長手臂的動作時，會導致動力裝置需要承受更大的力矩，而容易造成動力裝置受損、晃動。

目前有業者研發如美國發明專利編號第5402690號之「Robot」，如5402690的圖1所示，於座體與擺臂之間連接有彈簧，而可藉由彈簧的張力抵消力矩，從而可減輕馬達的負荷。但此前案的彈簧設置方式較佔空間，且須預留較大的空間來避免其他元件受彈簧的作動所影響，而不利產品的微型化。

爰此，本發明人為提升關節式機械手臂的效能，且具有更佳的結構設計，而提出一種具彈性輔助之關節式機械手臂，包含：一座體、一動力裝置、一機械手臂本體及一彈性輔助件。該動力裝置安裝於該座體。該機械手臂本體包含一擺臂，該擺臂包含一連接端部及相對該連接端部之一活動端部，該連接端部連接該動力裝置，以受該動力裝置驅動而使該擺臂相對該座體以一轉軸為中心旋轉，使該活動端部往上或往下擺動。該彈性輔助件包含一拉伸彈簧，該拉伸彈簧圍繞該轉軸，該拉伸彈簧的一端連接該座體或該動力裝置，該拉伸彈簧的另一端連接該擺臂，以提供該擺臂一彈性支撐力。

進一步，該座體包含一固定片，該固定片延伸至對應該擺臂之連接端部，該固定片上有一第一固定部；該擺臂的連接端部上有一第二固定部，該第二固定部對應該第一固定部，該拉伸彈簧的該一端連接該第一固定部，該拉伸彈簧的該另一端連接該第二固定部。

進一步，該拉伸彈簧的該一端有一卡勾，以藉由一第一固定件固定地連接於該第一固定部。

進一步，該第一固定件包含一螺鎖件，該螺鎖件穿過該卡勾且抵於該卡勾。

進一步，該拉伸彈簧的該另一端有一卡勾，以藉由一第二固定件固定地連接於該第二固定部。

進一步，該第二固定件包含一螺鎖件，該螺鎖件穿過該卡勾且抵於該卡勾。

進一步，該機械手臂本體更包含一支臂座、一支臂及一萬向頭，該支臂座樞設於該擺臂的活動端部，該支臂樞設於該支臂座，該萬向頭安裝於該支臂。

進一步，該擺臂包含圍繞該連接端部之一端緣，該拉伸彈簧繞設於該端緣。

進一步，該轉軸實質上位在水平面上

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.彈性輔助件可在擺臂的樞轉位移過程中提供彈性支撐力，以減輕擺臂作動導致的負荷變動對動力裝置的影響。

2.由於拉伸彈簧是位於或對應於擺臂的連接端部，因此可避免拉伸彈簧佔據過多空間，有助於關節式機械手臂的微型化。

3.由於是採用拉伸彈簧，因此可依循虎克定律提供與外力成正比的拉伸變形，在擺臂的樞轉位移過程中可提供有效、穩定的彈性支撐力。

4.藉由螺鎖件固定拉伸彈簧，而可方便組裝、替換拉伸彈簧，增進產品使用的靈活性。

(1)‧‧‧座體

(11)‧‧‧固定片

(111)‧‧‧第一固定部

(2)‧‧‧動力裝置

(3)‧‧‧機械手臂本體

(31)‧‧‧擺臂

(311)‧‧‧連接端部

(3111)‧‧‧第二固定部

(312)‧‧‧端緣

(313)‧‧‧活動端部

(32)‧‧‧支臂座

(33)‧‧‧支臂

(34)‧‧‧萬向頭

(4)‧‧‧彈性輔助件

(41)‧‧‧拉伸彈簧

(411)‧‧‧一端

(412)‧‧‧另一端

(413)(414)‧‧‧卡勾

(415)‧‧‧第一固定件

(416)‧‧‧第二固定件

(415a)(416a)‧‧‧螺鎖件

(F)‧‧‧彈性支撐力

(P)‧‧‧轉軸

[第一圖]係本發明實施例之立體外觀示意圖。

[第二圖]係本發明實施例之局部立體分解示意圖。

[第三圖]係本發明實施例之側視示意圖。

[第四圖]係本發明實施例之側視暨作動示意圖一。

[第五圖]係本發明實施例之側視暨作動示意圖二。

[第六圖]係本發明實施例之側視暨局部放大示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明具彈性輔助之關節式機械手臂的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請先參閱第一圖，係揭示本發明實施例具彈性輔助之關節式機械手臂，包含：一座體(1)、一動力裝置(2)、一機械手臂本體(3)及一彈性輔助件(4)。該動力裝置(2)安裝於該座體(1)，詳細而言，可包含馬達、減速機構、動力傳遞組件、控制模組、電力系統等，惟此為所屬領域者所熟知者，故於此不再予以詳述。

復請參閱第二圖及第三圖，該機械手臂本體(3)包含一擺臂(31)，該擺臂(31)包含一連接端部(311)、圍繞該連接端部(311)之一端緣(312)、及相對該連接端部(311)之一活動端部(313)，該連接端部(311)連接該動力裝置(2)，而使該擺臂(31)相對該座體(1)以一轉軸(P)為中心旋轉，而使該活動端部(313)相對該座體(1)往上或往下擺動，於此該轉軸(P)可實質上位於水平面上，因此可使該活動端部(313)在對應垂直高度的方向上位移。於本實施例中，該機械手臂本體(3)更包含一支臂座(32)、一支臂(33)及一萬向頭(34)，該支臂座(32)樞設於該擺臂(31)的活動端部(313)，該支臂(33)樞設於該支臂座(32)，該萬向頭(34)安裝於該支臂(33)，以構成多關節型態，而可提供更多樣的動作，惟該機械手臂本體(3)型態僅為例示，並不以此為限。

復請參閱第二圖及第三圖，該彈性輔助件(4)包含一拉伸彈簧(41)，該拉伸彈簧(41)圍繞該轉軸(P)，而可避免該拉伸彈簧(41)佔據過多空間，有助於關節式機械手臂的微型化。於本實施例中，該拉伸彈簧(41)可直接繞設於該端緣(312)，而方便組裝。該拉伸彈簧(41)的一端(411)於本實施例是連接該座體(1)，但並不以此為限，亦可連接該動力裝置(2)的一部分(例如外殼等)，該拉伸彈簧(41)的另一端(412)連接該擺臂(31)，以提供該擺臂(31)一彈性支撐力。

復請參閱第一圖搭配第三圖，詳細而言，該座體(1)可包含一固定片(11)，該固定片(11)延伸至對應該擺臂(31)之連接端部(311)，該固定片(11)上有一第一固定部(111)。復請參閱第二圖搭配第三圖，該擺臂(31)的連接端部 (311)上有一第二固定部(3111)(例如螺孔)，該第二固定部(3111)對應該第一固定部(1111)，該拉伸彈簧(41)的該一端(411)連接該第一固定部(111)，該拉伸彈簧(41)的該另一端(412)連接該第二固定部(3111)。

復請參閱第二圖及第三圖，於本實施例中，該拉伸彈簧的該一端(411)及該另一端(412)可皆有一卡勾(413)(414)，以分別藉由一第一固定件(415)及一第二固定件(416)固定地連接於該第一固定部(111)及該第二固定部(3111)，但型態並不以前述卡勾(413)(414)為限，亦可為扣孔、扣環、嵌塊等固定構造。該第一固定件(415)及該第二固定件(416)皆包含一螺鎖件(415a)(416a)，前述螺鎖件(415a)(416a)分別穿過該卡勾(413)(414)且抵於該卡勾(413)(414)，以方便藉由螺鎖方式組裝、拆換前述拉伸彈簧(41)。

續請參閱第四圖及第五圖，當該機械手臂本體(3)中擺臂(31)的連接端部(311)受該動力裝置(2)驅動，而使該擺臂(31)的活動端部(313)相對該座體(1)往下擺動時，將拉伸該彈性輔助件(4)的拉伸彈簧(41)，使該拉伸彈簧(41)可提供該擺臂(31)一彈性支撐力(F)(如第六圖所示)，可減輕該擺臂(31)作動導致的負荷變動對前述動力裝置(2)的影響。再者，由於是採用拉伸彈簧(41)，因此大致上可依循虎克定律提供與外力成正比的拉伸變形，在該擺臂(31)的樞轉位移過程中可提供有效、穩定的彈性支撐力。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種具彈性輔助之關節式機械手臂，包含：一座體；一動力裝置，安裝於該座體；一機械手臂本體，包含一擺臂，該擺臂包含一連接端部、圍繞該連接端部之一端緣及相對該連接端部之一活動端部，該連接端部連接該動力裝置，以受該動力裝置驅動而使該擺臂相對該座體以一轉軸為中心旋轉，使該活動端部往上或往下擺動；及一彈性輔助件，包含一拉伸彈簧，該拉伸彈簧圍繞該轉軸，該拉伸彈簧的一端連接該座體或該動力裝置，該拉伸彈簧的另一端連接該擺臂，該拉伸彈簧繞設於該端緣，以提供該擺臂一彈性支撐力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該座體包含一固定片，該固定片延伸至對應該擺臂之連接端部，該固定片上有一第一固定部；該擺臂的連接端部上有一第二固定部，該第二固定部對應該第一固定部，該拉伸彈簧的該一端連接該第一固定部，該拉伸彈簧的該另一端連接該第二固定部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該拉伸彈簧的該一端有一卡勾，以藉由一第一固定件固定地連接於該第一固定部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該第一固定件包含一螺鎖件，該螺鎖件穿過該卡勾且抵於該卡勾。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該拉伸彈簧的該另一端有一卡勾，以藉由一第二固定件固定地連接於該第二固定部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該第二固定件包含一螺鎖件，該螺鎖件穿過該卡勾且抵於該卡勾。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該機械手臂本體更包含一支臂座、一支臂及一萬向頭，該支臂座樞設於該擺臂的活動端部，該支臂樞設於該支臂座，該萬向頭安裝於該支臂。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具彈性輔助之關節式機械手臂，其中，該轉軸實質上位在水平面上。