TWI702126B

TWI702126B - 球狀連桿式機械手臂

Info

Publication number: TWI702126B
Application number: TW107125632A
Authority: TW
Inventors: 劉廷皓
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-08-21
Also published as: TW202007503A

Abstract

本發明所提供一種球狀連桿式機械手臂，主要由一第一彎桿、一第一皮帶輪、一減速機、一第二彎桿、一第二皮帶輪、一第三皮帶輪、一比例輪、一第三彎桿、一第一皮帶、及一第二皮帶所組成，本發明以皮帶取代習知的鋼繩結構，具有模組化之特點，以加速結構的組裝，有效縮短組裝工時，及降低工時成本的功效，且皮帶拉抗強度大可以吸收運轉的衝擊，使用時不易磨損與斷裂，因此具高度的適用性及簡易更換的作用，並提升使用壽命等優點。另外，提供醫務人員適當的工作空間，故即使長時間使用，亦不致感到疲勞，達到操作之順暢性、便利性及安全性。

Description

球狀連桿式機械手臂

本發明與機械手臂有關，特別係關於一種球狀連桿式機械手臂。

請參閱圖1A所示，顯示中華民國申請第103102343號一種「球狀連桿式機械手臂」的其中一圖式；包含有依序樞接之第一、二彎桿1、2與一器械桿3、第一至三比例輪4、5、6及第一、二撓性繩7、8，且能定義出相交於一球形旋轉中心C1之第一至四假想軸線I1、I2、I3、I4，該第一比例輪4受驅動而以第一、三假想軸線I1、I3為中心轉動，該第一撓性繩7繞設於第一、二比例輪4、5且固定於該第一彎桿1，並在該第一比例輪4轉動時帶動該第二比例輪5及該第二彎桿2以第二假想軸線I2為中心轉動，該第二撓性繩8繞設於第二、三比例輪5、6且固定於該第二彎桿2，並在該第二比例輪5轉動時帶動該第三比例輪6及該器械桿3以該第四假想軸線I4為中心轉動。

然而，上述案件的該第一撓性繩7與該第二撓性繩8皆係使用鋼繩以達到撓性傳動的目的，每次組裝或維修時，都得針對該第一撓性繩7與該第二撓性繩8之繞固長度進行各別調整，結構上相當複雜與組裝不易，且容易使人受傷，相當耗費人力與工時，無形中亦大幅增加製造成本，其中該球狀連桿式機械手臂經長期使用後，因鋼繩的摩擦係數小而磨損與變形，甚至容易有斷裂的情形產生，一旦發生鋼繩斷裂問題，重要的機械元件會連帶受到嚴重的損壞，因此在使用上耐用壽命較短。

再者，請參閱圖1B所示，顯示習知一上視圖。該球狀連桿式機械手臂組接一內視鏡9以拍攝並觀察人體內部狀況，通常進行手術過程中，使用的工作空間越大其有利於醫務人員的動作，但是上述案件的該第二彎桿2的樞接位置位於該第一彎桿1的下方，衍生出佔體積與一工作空間A過於狹小等問題，因此醫務人員於操作的過程中，使得醫務人員難以掌握該內視鏡，容易造成阻擋及干擾，使手術過程相當不順暢，導致醫務人員誤判、或是因為阻擋而難以再繼續深入觀察，造成諸多不便利且降低效率。

是以，要如何解決上述習用的問題與缺失，即為本發明欲研究改善的方向所在。

本發明的目的係在於提供一種球狀連桿式機械手臂，主要組裝簡單，可提高組裝效率。

本發明另一目的係在於提供一種球狀連桿式機械手臂，主要提高醫務人員的工作空間。

依據本發明提供一種球狀連桿式機械手臂，包含：

一第一彎桿，包含一位於一端的一第一樞接部、一位於另一端且相反該第一樞接部的第二樞接部、一通過該第一樞接部的第一假想軸線、及一通過該第二樞接部的第二假想軸線，該第一假想軸線與該第二假想軸線相交於一球形旋轉中心；

一第一皮帶輪，樞設於該第一彎桿的第一樞接部，並具有一能重合該第一假想軸線且通過該球形旋轉中心的第三假想軸線；

一減速機，設於該第一彎桿的第二樞接部，並具有一第一軸部、及一與該第一軸部同步轉動的第二軸部；

一第二彎桿，樞設於該減速機，並具有一樞設於該第二軸部的第三樞接部、一相反該第三樞接部的第四樞接部、及一通過該第四樞接部與該球形旋轉中心的第四假想軸線；

一第二皮帶輪，套設於該減速機的第一軸部；

一第三皮帶輪，設於該第一彎桿的第二樞接部，並套設於該減速機的第二軸部且位於該第二彎桿的第三樞接部與該減速機之間；

一比例輪，樞設於該第二彎桿的第四樞接部；

一第三彎桿，樞接於該比例輪；

一第一皮帶，繞設於該第一皮帶輪與該第二皮帶輪且貫穿該第一彎桿，並在該第一皮帶輪轉動時帶動該第二皮帶輪與該第二彎桿以該第二假想軸線為中心轉動；以及

一第二皮帶，繞設於該第三皮帶輪與該比例輪且貫穿該第二彎桿，並在該第二皮帶輪轉動時帶動該第二彎桿以該第二假想軸線為中心轉動、及該比例輪與該第三彎桿同步以該第四假想軸線為中心轉動。

較佳地，其中該第二彎桿的長度大於該第一彎桿的長度。

較佳地，其中該第二彎桿之樞接位置位於該第一彎桿之樞接位置的上方。

較佳地，其中該第一皮帶輪的外徑與該第二皮帶輪的外徑相等。

較佳地，其中該比例輪的外徑為該第三皮帶輪的外徑的兩倍。

較佳地，其中還包含一張力調整器，該張力調整器設於該比例輪上，該第二皮帶固定於該張力調整器與該比例輪之間。

藉此，本發明所提供一種球狀連桿式機械手臂，主要由一第一彎桿、一第一皮帶輪、一減速機、一第二彎桿、一第二皮帶輪、一第三皮帶輪、一比例輪、一第三彎桿、一第一皮帶、及一第二皮帶所組成，本發明以皮帶取代習知的鋼繩結構，故相較於習知的複雜化，本發明具有模組化之特點，以加速結構的組裝，有效縮短組裝工時，及降低工時成本的功效，且皮帶拉抗強度大可以吸收運轉的衝擊，使用時不易磨損與斷裂，因此具高度的適用性及簡易更換的作用，並提升使用壽命等優點。

另外，透過該第二彎桿樞接位置位於該第一彎桿樞接位置的上方且該第二彎桿的長度大於該第一彎桿的長度，改善習知工作空間狹小的缺陷，大幅地擴大工作空間的範圍，使醫務人員在操作的過程中，相當符合人體工學，以提供醫務人員適當的工作空間，故即使長時間使用，亦不致感到疲勞，達到操作之順暢性、便利性及安全性，進而積極提昇其實用性及產品之競爭力。

請參閱圖2至圖6所示，本發明實施例所提供一種球狀連桿式機械手臂，該球狀連桿式機械手臂用以設置在一器械裝置上(圖中未示)，主要由一驅動裝置10、一第一彎桿20、一第一皮帶輪30、一減速機40、一第二彎桿50、一第二皮帶輪60、一第三皮帶輪70、一比例輪80、一第三彎桿90、一第一皮帶100、及一第二皮帶110所組成，其中：

該驅動裝置10包含一固定座11、一設置於該固定座11的第一驅動單元12、及一設置於該固定座11且與該第一驅動單元12並排的第二驅動單元13。該第一驅動單元12的下方包含一第一驅動皮帶輪121，以皮帶122繞設於該第一驅動皮帶輪121與一傳動輪123上，使該第一驅動單元12輸出的旋轉動能傳遞至該傳動輪123。該第二驅動單元13的上方包含一第二驅動皮帶輪131，以皮帶132繞設於該第二驅動皮帶輪131與該第一皮帶輪30上，使該第二驅動單元13輸出的旋轉動能傳遞至該第一皮帶輪30。

該第一彎桿20，包含一位於一端的一第一樞接部21、一位於另一端且相反該第一樞接部21的第二樞接部22、一通過該第一樞接部21的第一假想軸線L1、及一通過該第二樞接部22的第二假想軸線L2，該第一假想軸線L1與該第二假想軸線L2相交於一球形旋轉中心C；本實施例中，該第一樞接部21係與該傳動輪123同軸設置，並能受該第一驅動單元12的第一驅動皮帶輪121帶動而轉動，因此，該第一彎桿20係能受該第一驅動單元12驅動而以該第一假想軸線L1為中心轉動。該球狀連桿式機械手臂在作動過程中，該球狀連桿式機械手臂每一個能轉的部位可視在以該球形旋轉中心C為球心的假想球面上移動，藉由該球形旋轉中心C帶動該器械裝置，即可使該器械裝置繞該球形旋轉中心C擺動。

該第一皮帶輪30，樞設於該第一彎桿20的第一樞接部21，並具有一能重合該第一假想軸線L1且通過該球形旋轉中心C的第三假想軸線L3；本實施例中，該第一皮帶輪30係與該第一彎桿20的第一樞接部21同軸設置，因此，該第三假想軸線L3能與該第一假想軸線L1重合。

該減速機40，設於該第一彎桿20的第二樞接部22，並具有一穿置該第二皮帶輪60的第一軸部41、及一與該第一軸部41同步轉動的第二軸部42；本實施例中，透過該減速機40的輔助，可將該驅動裝置10輸出的旋轉動能減速到操作者所要的旋轉動能，以得到預定的扭矩，特別適用於空間受限的環境中，使該球狀連桿式機械手臂的動作能夠更佳確實、靈活與穩定，可高效率之輸出，有利於該球狀連桿式機械手臂的實施應用。

該第二彎桿50，樞設於該減速機40，並具有一樞設於第二軸部42的第三樞接部51、一相反該第三樞接部51的第四樞接部52、及一通過該第四樞接部52與該球形旋轉中心C的第四假想軸線L4；本實施例中，該第三樞接部51係能以該第二假想軸線L2為中心而相對該第一彎桿20的第二樞接部22轉動。

該第二皮帶輪60，套設於該減速機40的第一軸部41；本實施例中，該第二皮帶輪60係套固於該減速機40的第一軸部41，因而當該第二皮帶輪60轉動時，帶動該減速機40的第二軸部42同步轉動。

該第三皮帶輪70，設於該第一彎桿20的第二樞接部22，並套設於該減速機40的第二軸部42且位於該第二彎桿50的第三樞接部51與該減速機40之間；本實施例中，該第三皮帶輪70係固定於該第一彎桿20的第二樞接部22上，而且套設於該減速機40的第二軸部42；藉此，當該減速機40的第二軸部42轉動時帶動該第二彎桿50以該第二假想軸線L2為中心轉動，再透過該第三皮帶輪70的固定與該第二皮帶110的帶動，使該第三彎桿90以該第四假想軸線L4為中心轉動。

該比例輪80，樞設於該第二彎桿50的第四樞接部52且位於該第二彎桿50的第四樞接部52與該第三彎桿90之間，而且該比例輪80係固定於該第三彎桿90上，因而可與該第三彎桿90同步轉動。

該第三彎桿90，樞接於該比例輪80；本實施例中，該第三彎桿90包含一樞接該比例輪80的第五樞接部91、及一相反該第五樞接部91的安裝部92，透過該安裝部92可裝設一傳動裝置120，該傳動裝置120裝設一內視鏡140。

該第一皮帶100，繞設於該第一皮帶輪30與該第二皮帶輪60且貫穿該第一彎桿20，並在該第一皮帶輪30轉動時帶動該第二皮帶輪60與該第二彎桿50以該第二假想軸線L2為中心轉動；該第二皮帶110，繞設於該第三皮帶輪70與該比例輪80且貫穿該第二彎桿50，並在該第二彎桿50以該第二假想軸線L2為中心轉動時帶動該比例輪80與該第三彎桿90以該第四假想軸線L4為中心轉動；本實施例中，當該第一皮帶輪30受該第二驅動單元13的第二驅動皮帶輪131驅動而轉動時，該第一皮帶輪30會隨之轉動而帶動該第一皮帶100，並帶動該第二皮帶輪60與該第二彎桿50以該第二假想軸線L2為中心轉動，同時，該第二皮帶110會隨該第二彎桿50轉動而帶動該比例輪80及該第三彎桿90以該第四假想軸線L4為中心轉動；藉此，本發明以皮帶取代習知的鋼繩結構，故相較於習知的複雜化，本發明具有模組化之特點，以加速結構的組裝，有效縮短組裝工時，及降低工時成本等優點。

值得一提的是，本發明還包含一張力調整器130，該張力調整器130設於該比例輪80上，該第二皮帶110固定於該張力調整器130與該比例輪80之間，該張力調整器130提供操作者調整該第二皮帶110的張力，該比例輪80亦可不設有該張力調整器130，而使該第二皮帶110設置於該第二彎桿50上。

請參閱圖5及圖6所示，該第二彎桿50之樞接位置位於該第一彎桿20之樞接位置的上方，該第二彎桿50的長度大於該第一彎桿20的長度，該第一皮帶輪30的外徑與該第二皮帶輪60的外徑相等，且該比例輪80的外徑為該第三皮帶輪70的外徑的兩倍，如此一來，可提高醫務人員的工作空間A1與提高內視鏡的使用空間，與習知圖1B互相比較之下，改善習知該工作空間A狹小的缺陷，大幅地擴大該工作空間A1的範圍，使醫務人員在操作的過程中，相當符合人體工學，增加產品的競爭能力。

值得說明的是，本創作至少可達到下述功效。

其一、組裝簡單，提高組裝效率。本發明以皮帶取代習知的鋼繩結構，故相較於習知的複雜化，本發明具有模組化之特點，以加速結構的組裝，有效縮短組裝工時，及降低工時成本，且皮帶拉抗強度大可以吸收運轉的衝擊，使用時不易磨損與斷裂，因此具高度的適用性及簡易更換的作用，並提升使用壽命等功效。

其二、提高醫務人員的該工作空間A1。透過該第二彎桿50之樞接位置位於該第一彎桿20之樞接位置的上方且該第二彎桿50的長度大於該第一彎桿20的長度，改善習知工作空間狹小的缺陷，大幅地擴大該工作空間A1的範圍，使醫務人員在操作的過程中，相當符合人體工學，以提供醫務人員適當的該工作空間A1，故即使長時間使用，亦不致感到疲勞，達到操作之順暢性、便利性及安全性，進而積極提昇其實用性及產品之競爭力。

綜上所述，上述各實施例及圖式僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。

﹝習知技術﹞ A‧‧‧工作空間 C1‧‧‧球形旋轉中心 I1‧‧‧第一假想軸線 I2‧‧‧第二假想軸線 I3‧‧‧第三假想軸線 I4‧‧‧第四假想軸線 1‧‧‧第一彎桿 2‧‧‧第二彎桿 3‧‧‧器械桿 4‧‧‧第一比例輪 5‧‧‧第二比例輪 6‧‧‧第三比例輪 7‧‧‧第一撓性繩 8‧‧‧第一撓性繩 9‧‧‧內視鏡 ﹝本發明﹞ A1‧‧‧工作空間 C‧‧‧球形旋轉中心 L1‧‧‧第一假想軸線 L2‧‧‧第二假想軸線 L3‧‧‧第三假想軸線 L4‧‧‧第四假想軸線 10‧‧‧驅動裝置 11‧‧‧固定座 12‧‧‧第一驅動單元 121‧‧‧第一驅動皮帶輪 122、132‧‧‧皮帶 123‧‧‧傳動輪 13‧‧‧第二驅動單元 131‧‧‧第二驅動皮帶輪 20‧‧‧第一彎桿 21‧‧‧第一樞接部 22‧‧‧第二樞接部 30‧‧‧第一皮帶輪 40‧‧‧減速機 41‧‧‧第一軸部 42‧‧‧第二軸部 50‧‧‧第二彎桿 51‧‧‧第三樞接部 52‧‧‧第四樞接部 60‧‧‧第二皮帶輪 70‧‧‧第三皮帶輪 80‧‧‧比例輪 90‧‧‧第三彎桿 91‧‧‧第五樞接部 92‧‧‧安裝部 100‧‧‧第一皮帶 110‧‧‧第二皮帶 120‧‧‧傳動裝置 130‧‧‧張力調整器 140‧‧‧內視鏡

圖1A是中華民國申請第103102343號一種「球狀連桿式機械手臂」的其中一圖式。圖1B是習知一上視圖，顯示工作空間過於狹小。圖2是本發明實施例的立體組合圖(一)。圖3是本發明實施例的立體組合圖(二)。圖4是本發明實施例的立體組合圖(三)。圖5是本發明實施例的立體側視圖，顯示第二彎桿的長度大於第一彎桿的長度。圖6是本發明實施例的上視圖，顯示本發明的工作空間大於圖1B的工作空間。

C‧‧‧球形旋轉中心

L1‧‧‧第一假想軸線

L2‧‧‧第二假想軸線

L3‧‧‧第三假想軸線

L4‧‧‧第四假想軸線

10‧‧‧驅動裝置

11‧‧‧固定座

122、132‧‧‧皮帶

123‧‧‧傳動輪

13‧‧‧第二驅動單元

131‧‧‧第二驅動皮帶輪

20‧‧‧第一彎桿

21‧‧‧第一樞接部

22‧‧‧第二樞接部

30‧‧‧第一皮帶輪

40‧‧‧減速機

41‧‧‧第一軸部

42‧‧‧第二軸部

50‧‧‧第二彎桿

51‧‧‧第三樞接部

52‧‧‧第四樞接部

60‧‧‧第二皮帶輪

70‧‧‧第三皮帶輪

80‧‧‧比例輪

90‧‧‧第三彎桿

91‧‧‧第五樞接部

92‧‧‧安裝部

100‧‧‧第一皮帶

110‧‧‧第二皮帶

120‧‧‧傳動裝置

130‧‧‧張力調整器

140‧‧‧內視鏡

Claims

一種球狀連桿式機械手臂，包含：一第一彎桿，包含一位於一端的一第一樞接部、一位於另一端且相反該第一樞接部的第二樞接部、一通過該第一樞接部的第一假想軸線、及一通過該第二樞接部的第二假想軸線，該第一假想軸線與該第二假想軸線相交於一球形旋轉中心；一第一皮帶輪，樞設於該第一彎桿的第一樞接部，並具有一能重合該第一假想軸線且通過該球形旋轉中心的第三假想軸線；一減速機，設於該第一彎桿的第二樞接部，並具有一第一軸部、及一與該第一軸部同步轉動的第二軸部；一第二彎桿，樞設於該減速機，並具有一樞設於該第二軸部的第三樞接部、一相反該第三樞接部的第四樞接部、及一通過該第四樞接部與該球形旋轉中心的第四假想軸線，該第二彎桿樞接位置位於該第一彎桿樞接位置的上方；一第二皮帶輪，套設於該減速機的第一軸部；一第三皮帶輪，設於該第一彎桿的第二樞接部，並套設於該減速機的第二軸部且位於該第二彎桿的第三樞接部與該減速機之間；一比例輪，樞設於該第二彎桿的第四樞接部；一第三彎桿，樞接於該比例輪；一第一皮帶，繞設於該第一皮帶輪與該第二皮帶輪且貫穿該第一彎桿，並在該第一皮帶輪轉動時帶動該第二皮帶輪與該第二彎桿以該第二假想軸線為中心轉動；以及一第二皮帶，繞設於該第三皮帶輪與該比例輪且貫穿該第二彎桿，並在該第二皮帶輪轉動時帶動該第二彎桿以該第二假想軸線為中心轉動、及該比例輪與該第三彎桿同步以該第四假想軸線為中心轉動。
如請求項1所述之球狀連桿式機械手臂，其中該第二彎桿的長度大於該第一彎桿的長度。
如請求項1所述之球狀連桿式機械手臂，其中該第一皮帶輪的外徑與該第二皮帶輪的外徑相等。
如請求項1所述之球狀連桿式機械手臂，其中該比例輪的外徑為該第三皮帶輪的外徑的兩倍。
如請求項1所述之球狀連桿式機械手臂，其中還包含一張力調整器，該張力調整器設於該比例輪上，該第二皮帶固定於該張力調整器與該比例輪之間。