TWI765135B - 工業機器人手臂 - Google Patents

Abstract

一種用於端末執行器動作的機器人手臂，該機器人手臂包含一第一致動器(4)以及一從第一致動器至端末執行器平台的第一運動鏈，這提供定位端末執行器平台的第一自由度。機器人手臂亦包含一第二致動器(5；5b)以及一從第二致動器至端末執行器平台的第二運動鏈，這提供定位端末執行器平台的第二第二自由度。機器人手臂更包含一第三致動器(6；6b、512)以及一從第三致動器(6；6b)至端末執行器平台的第三運動鏈，這提供定位端末執行器平台的第三自由度。機器人手臂亦包含一第四致動器(50；150)以及一設置來傳輸第四致動器的移動至端末執行器(28)的對應定向軸(65)。第四運動鏈包含一經由至少一個軸53、55；265)裝設至內臂組合件的定向連桿組(52、57、59；202、204、207、209；284,286；251、256、258)，以及一裝設至端末執行器平台的定向傳動器(64B、64A、216；64C、64D、64E；100、64A；281、279、275；260、262、264、266、271、270)，其中定向連桿組包含一端末執行器轉動連桿(59；209；258；281)以及提供至少兩個自由度於端末執行器轉動連桿的接頭(58、60；208、210；257、259；257、259；282、280)。

Description

工業機器人手臂

本發明相關於工業機器人手臂的技術領域，且更相關於輕型機器人手臂，可實現快速流程，極快的物體移動和高安全性機器人安裝。

例如在人類和機器人之間的直接合作且當使用無圍欄機器人裝置是有利時，需要高安全性安裝。綜觀技術狀態，有著並聯運動機器人(如WO1987003528A1中描述的並聯式三軸機器人手臂)，該等並聯式運動機器人全部具有裝設在固定座上的啟動器因此能獲得輕量結構。然而，這些並聯式運動機器人具有缺點：手臂系統佔據很大的空間且相對於需用於手臂系統的空間工件很小。因此，這些機器人僅可使用於手臂系統有大空間的應用，以及工作空間特別是在垂直方向的非常有限的應用。如此，並聯式三軸機器人手臂主要使用於在平面上方的取放操作，該平面例如是對於機器人手臂結構具有充足的空間的輸送帶。

在專利申請號WO2014187486中，提出細長並聯式結構，與例如並聯三軸機器人手臂相比，能夠實現與手臂系統所需空間相關的更大工作空間。在此機器人結構中，第一致動器係圍繞第3軸驅動第一手臂，第3運動鏈係設置來將第一手臂的轉動傳輸給端末執行器的移動且第一運動鏈具有第一桿及第一手臂和第一桿之間的第一接頭。第一接頭具有至少兩 個自由度(DOF)且第二接頭係裝設在第一桿和端末執行器之間。為了在不失去對端末執行器的六個DOF的限制的情況下工作，依據WO2014187486的設計仰賴第一桿的扭轉剛度。然而，這意味著第一桿的第一接頭和第二接頭兩者具有兩個自由度且不會再多，這依次意味著不可能比工作空間的中間位置處更多地獲得端末執行器的恆定的傾斜角度。因此，甚至在水平表面上簡單的取放操作，依據WO2014187486的細長機器人概念需要兩個自由度的腕部。然而，此一腕部會增加可觀重量且機器人不會具有同於例如並聯式三軸機器人手臂的輕型手臂系統。再者，將需要佈線來傳輸電力並控製腕部的致動器。

在專利申請案WO2015188843中，一並聯式運動機器人包含一基座以及一可相對於基座移動的端末執行器。一第一致動器係貼附於基座並經由第一運動鏈連接於端末執行器，該第一運動鏈包含一第一手臂、一第一桿、一第一手臂和第一桿之間的第一接頭以及一第一桿和端末執行器之間的第二接頭。一第二致動器係貼附於基座並經由一第二運動鏈連接於端末執行器，該第二運動鏈包含一第二手臂、一第二桿、一第二手臂和和第二桿之間的第三接頭以及一第二桿和端末執行器之間的第四接頭。一第三致動器係貼附於基座或貼附於第一手臂且經由一第三運動鏈連接於端末執行器，該第三運動鏈包含一第一齒輪以及一第二齒輪，第一和第二齒輪係被軸承支承在端末執行器且相互交織。第三運動鏈的至少一個元件建構一具有第一運動鏈的至少一個元件的運動對。負責端末執行器平移運動的運動鏈係藉此使用為負責端末執行器的轉動運動的運動鏈的支撐結構。

與WO2014187486中的細長結構成鮮明對比， WO2015188843敘述需很大空間於它的手臂系統的機器人結構。該機器人結構內含直接將三個致動器連接待移動的端末執行器平台的三個分離的運動鏈且因此需要可觀的空間來於三個不同方向擺動三個手臂。更且，WO2015188843中的機器人結構的工作空間係遠小於本發明中的機器人結構的工作空間。

WO2015188843包括轉動裝設在端末執行器平台上的工具的配置。WO2015188843的第1圖中的配置由串聯工作連桿以及齒輪組成。這些連桿係裝設在三個將致動器連接端末執行器平台的分離運動鏈中的兩個上且限制已經有限的定位能力。這些限制取決於連桿係裝設在兩個分離的運動鏈的事實，取決於並聯工作連桿的連接裝置如何製作，且取決於當手臂係轉離它們的零位置時連桿的工作範圍係可觀地減少的事實。在WO2015188843的第1圖中工具繞著第一軸的轉動會同時轉動繞著第二軸轉動工具並對此進行補償，第二軸的轉動範圍將喪失。更且，轉動能力將嚴重減少並獲得大偏移，更將端末執行器平台移離工作空間的中心。然而，WO2015188843的第2圖中的配置會給予大轉動範圍但會較WO2015188843的第1圖中所述的概念減少甚至更多的限制工作空間。對於此的一個原因係手臂和端末執行器平台之間的連桿中需要萬象接頭。更且，在使用來轉動工具的運動鏈中需要一些並聯連接裝置的齒輪級。這將增加手臂以及端末執行器的重量，增加反彈以及摩擦，並增加維護的需要。

如此，本發明的目的係減輕了現有技術的至少一些缺點。本發明的另一目的係提供適合例如物體極快速移動和/或高安全性機器人裝 設的極快速製程的輕量機器人手臂。這些目的以及其它目的係藉由依據獨立項的機器人手臂以及依據附屬項的實施例至少部分達成。

依據第一觀點，本發明相關於一種用於端末執行器動作的機器人手臂。機器人手臂包含一設置來繞著第一轉動軸轉動內臂組合件的第一致動器。內臂組合件連接樞接於第二轉動軸的外臂連桿組，且外臂連桿組係連接於端末執行器平台，藉此從第一致動器至端末執行器平台形成一第一運動鏈，該第一運動鏈給予定位端末執行器平台的第一自由度。機器人手臂包含一第二致動器，該第二致動器設置來繞著第二轉動軸轉動外臂連桿組，藉此從第二致動器至端末執行器平台形成一第二運動鏈，該第二運動鏈給予定位端末執行器平台的第二自由度。機器人手臂更包含一第三致動器，該第三致動器設置來繞著第三轉動軸轉動一軸桿，使得外臂連桿組經由一接頭轉動，藉此從第三致動器至端末執行器平台形成一第三運動鏈，該第三運動鏈給予定位端末執行器平台的第三自由度。機器人手臂亦包含一第四致動器以及一第四運動鏈，該第四運動鏈設置來傳輸第四致動器的動作至對應的端末執行器的定向軸。第四運動鏈包含一經由至少一軸承裝設於內臂組合件的定向連桿組，以及一裝設於端末執行器平台的定向傳動裝置。定向連桿組包含一端末執行器轉動連桿以及提供至少兩個自由度予端末執行器轉動連桿的每一端末接頭。

如此，因為揭示的機器人手臂係具有保持恆定的端末執行器的傾斜角度，控制端末執行器的傾斜角度，控制具有恆定端末執行器的傾斜角度以及控制端末執行器的傾斜角度和轉動兩者的能力，它可工業應用，所有都不包括手臂結構中的任何致動器。這些重要特徵係利用一很細 長的機器人結構且用於一很大工作空間同時獲得。

依據一些實施例，定向傳動裝置包含一至端末執行器的連接裝置，該連接裝置給予端末執行器動作的至少四個自由度。如此，藉此端末執行器可於至少四個自由度移動而不在手臂結構中具有任何致動器。

依據一些實施例，定向傳動裝置包含至少一個外齒輪機構，該外齒輪機構係配置來在由外齒輪機構的齒輪比所決定的角度範圍內轉動端末執行器。藉此當內臂組合件係配置來繞著一垂直軸轉動時端末執行器可被控制來獲得一程式化轉動角或當內臂組合件係配置來繞著水平軸轉動時端末執行器可被控制來獲得一程式化傾斜角。

依據一些實施例，定向連桿組包含至少一個內齒輪機構，該內齒輪機構配置來在一由內齒輪機構的齒輪比決定的角度範圍內轉動端末執行器，而不是由外臂連桿組限制。因此，大端末執行器的再定向可提供於所有的大工作空間。

依據一些實施例，定向連桿組和定向傳動裝置係配置來繞著一定向軸轉動端末執行器而無轉動角度限制。藉此端末執行器可經常被轉動，使得最短的可能路徑(以及最小的循環時間)可被選擇。

依據一些實施例，第二運動鏈包含內臂連桿組，該內臂連桿組包含至少一個經由連接軸承連接外臂連桿組的連桿，且其中第二致動器係設置來經由至少一個連接至少一個連桿的內連接接頭移動該至少一個連桿。第二致動器因此可位於機器人支架處，不隨著手臂結構移動。

依據一些實施例，外臂連桿組包含一連接端末執行器的外並聯連桿對。內臂連桿組包含一連接外臂連桿組的外並聯連桿對的內並聯連 桿對。亦且，第二運動鏈係傳輸一槓桿的轉動至對應的端末執行器平台的移動。因為外並聯連桿對防止端末執行器平台的不希望的轉動，所以例如在取放操作的四個自由度的工業性重要情形，不需要任何額外的腕部的動作(增加成本和重量的致動器和傳動器)。

依據一些實施例，外並聯連桿對以及內並聯連桿對係利用一個各自的連桿的每一連桿連接裝置的連接軸承連接，且其中連接軸承的轉動軸係與外並聯連桿對的每一各自連桿的軸中心線成直角。藉此外臂連桿組係由內臂連桿組確實控制而相對於內和外臂連桿組的連桿之間的連接點的運動無任何不確定性。外臂連桿組係經由兩個接頭連接內臂組合件，使得在定位期間通過這兩個接頭的中心的轉動線保持垂直(或水平，取決於手臂定向)。

依據一些實施例，機器人手臂包含一將連接軸承彼此機械連接的剛性樑。以此方式獲得更精確的機械解決方案以經由串聯連接的內和外連桿組傳輸內臂組合件的轉動軸的方向至端末執行器的轉動軸。在一變化實施例中，第二對軸承的軸承係利用一平行於端末執行器樑的樑連接彼此。

依據一些實施例，內並聯連桿對經由偏移樑上的球窩接頭裝設至剛性樑。因為球窩接頭可以容易製造出很高的精確度，所以這更增加經由串聯連接的內和外臂連桿組傳輸內臂組合件的轉動軸的方向至端末執行器的轉動軸的精確度。

依據一些實施例，第三運動鏈包含一連接於第三致動器和外並聯連桿對的致動連桿的內傳動器。因此，機器人手臂的內部和最大承載 部分可以製造得堅固但纖薄，第三運動鏈的內部部分得到很好的保護。

依據一些實施例，機器人手臂包含一沿著外並聯連桿對裝設的連桿軸承。連桿軸承的轉動軸與外並聯連桿對的致動連桿的中心一致。連桿軸承被使用以便避免由內傳動器的轉動所導致的端末執行器的不需要的傾斜角錯誤。如此，連桿軸承使能經常以恆定的端末執行器傾斜角度於兩個方向擺動內連桿組對。

依據一些實施例，機器人手臂包含連接外並聯連桿對和端末執行器平台的端末執行器軸承，其中端末執行器軸承的轉動軸係垂直於外並聯連桿對的中心。這使得極纖細的機械人手臂可具有輕量的端末執行器平台。因為端末執行器軸承，外臂連桿組將約束端末執行器平台的所有六個自由杜且不再需要其它的機器人結構和端末執行器平台之間的連桿。

依據一些實施例，端末執行器軸承的轉動軸係平行於連接軸承的轉動軸。藉此得到轉動工具軸的正確的控制。

依據一些實施例，機器人手臂包含連接外並聯連桿對的連桿和內並聯連桿對的連桿的連接軸承，其中每一連接軸承的轉動軸與外並聯連桿對的各自連桿的中心一致。外臂連桿組和內臂連桿組之間的接頭連接裝置藉此可得到較低的自由度且藉此得到較低的製造成本。

依據一些實施例，內並聯連桿對的連桿包含成對的並聯連桿，且這些對的並聯連桿係裝設有球窩接頭於外並聯連桿對的連桿的每一側上。這將使能更增加外臂連桿組和內臂連桿組之間的連接的精確度。更且，較簡單的連桿和接頭的解決方案可以與一對的插座一起使用。

依據一些實施例，內臂組合件包含一中空的臂連桿以及一與 軸承軸向裝設於中空臂連桿內的軸桿。軸桿係配置來利用第三致動器轉動。藉此利用接合外臂連桿組的內部內傳動器獲得極精簡的內臂解決方案。更且，包含兩個軸承的內傳動器將被從環境完全保護。在一些實施例中，為了繞著垂直於軸承對的轉動線或軸的一軸轉動軸承對的轉動線或軸，軸承對可裝設於於轉動於中空臂連桿內的軸桿上並由一轉動的致動器經由一90度齒輪致動。

依據一些實施例，機器人手臂包含複數個定向連桿組，每一定向連桿組包含一定向傳動器。複數個定向連桿組係設置成對應的複數個同心輸出軸桿可用於配置至端末執行器平台上的一或數個端末執行器致動數個端末執行器定向。例如由第四及第六運動鏈致動的一個以上的端末執行器定向因此可致動很大的定向。

依據一些實施例，機器人手臂包含複數個定向連桿組，具有連接的定向傳動器的每一個定向連桿組設置成對於配置至端末執行器平台的一個或數個端末執行器完成每一個對應的端末執行器定向。藉此，習知的鉸接式機器人的典型的現有的機器人腕部(具有通常來自機器人肘部處的馬達的轉動軸桿)則可被用於這種較重的設計適合應用的情況。

依據一些實施例，機器人手臂包含至少兩個裝設至端末執行器的定向傳動器且其中該至少兩個定向傳動器中之一個的外齒輪機構係配置來轉動該至少兩個定向傳動器中之至少另一個。如此，可以以分離和模組化的方式添加第二腕部運動。

依據一些實施例，機器人手臂包含一第五致動器以及一第五運動鏈，該第五運動鏈設置來傳輸第五致動器的移動至經由至少一個另外 的定向傳動器配置至端末執行器平台上的端末執行器的對應動作。以此方式在機器人手臂的整個工作空間中可得到同時工具轉動和傾斜。第五運動鏈將永遠有效於傳送連接傳動器的需要的動作以獲得特定的端末執行器轉動或傾斜。

依據一些實施例，機器人手臂包含至少一個另一致動器以及至少一個另一運動鏈，該另一運動鏈設置來傳輸至少一個另一致動器的移動至配置至端末執行器平台上的端末執行器的對應移動，該對應移動給予端末執行器動作至少六個自由度。

依據一些實施例，外齒輪機構包括配置來於一個自由度來轉動工具的第一齒輪。

依據一些實施例，第一齒輪係裝設至端末執行器平台，以此方式第一齒輪的轉動軸係平行於第一轉動軸。藉此，在內臂組合件係配置來繞著一垂直軸轉動的情形中端末執行器將永遠垂直於工作空間中的水平平面，且當內臂組合件繞著一水平軸轉動時端末執行器將永遠繞著一水平軸傾斜。這些特徵使機器人手臂在揀貨，放置，包裝和碼垛應用的應用中非常有用。

依據一些實施例，外齒輪機構包括一第二齒輪，且第一齒輪係由第二齒輪接合，該第二齒輪係配置來由齒輪連桿經由一連接第二齒輪的槓桿轉動。因為齒輪、槓桿以及齒輪連桿皆可由碳增強環氧樹脂或複合材料製成，藉此可得到輕量的配置來轉動工具。這傳動解決方案亦使能得到規定的工具的旋轉範圍或傾斜範圍，該旋轉範圍或傾斜範圍藉由選擇第二和第一齒輪的半徑之間的合適比例得到，比例通常選擇大於1。當端末執 行器平台的端末執行器樑係垂直時為了控制工具轉動且當端末執行器樑係水平時為了控制工具的一個傾斜角度，一例如齒輪傳動器的外齒輪機構被使用，該齒輪傳動器包含旋轉齒輪傳動器或線性齒輪傳動器中之任何一個。齒輪傳動器係裝設於端末執行器平台上，現在包括第一端末執行器樑和可選結構，其中另一個端末執行器樑與第一端末執行器樑平行。在兩種情形中，第一旋轉齒輪係經由一個或多個軸承裝設在該另一個端末執行器樑上，該等軸承具有與該另一個端末執行器樑的中心一致。第一旋轉齒輪係經由一軸桿機械地連接工具。在一示例實施例中，齒輪連桿利用每端末中的至少兩個自由度的接頭實施以經由運動鏈連接齒輪傳動器至致動器。在旋轉齒輪傳動器的情形中，具有平行於端末執行器樑的中心或與其一致的第二旋轉齒輪係經由一槓桿連接齒輪連桿，藉此齒輪連桿的移動將轉換為旋轉齒輪傳動器的第二旋轉齒輪的轉動。第一旋轉齒輪被迫使由第二旋轉齒輪轉動且第一旋轉齒輪的直徑可以是小於第二旋轉齒輪的直徑。

依據一些實施例，第一齒輪係由齒條接合，該齒條係配置來由連接齒條的齒輪連桿移動。以此方式，相對於使用具有兩個齒輪的傳動器，得到更節省空間齒輪傳動器。此乃因為無任何裝設於第二齒輪上的槓桿的需要以及因為可讓線性齒條更薄於圓形齒輪。在線性齒輪傳動器的情形中，線性齒輪(例如齒條，具有由小齒輪的大小決定的齒輪比)係經由具有兩個自由度的接頭連接齒輪連桿，藉此，齒輪致動連桿的移動將轉換為線性齒輪傳動器的第一旋轉齒輪的轉動。這第一旋轉齒輪(充當一小齒輪)被迫使由齒條的線移動來轉動且有利地，第一旋轉齒輪的圓周係小於線性齒輪的長度。

依據一些實施例，機器人手臂包含至少兩個裝設至端末執行器的齒輪傳動器且其中第一齒輪傳動器的第一齒輪係配置來轉動至少一個第二齒輪傳動器。以此方式，將可控制端末執行器的傾斜角度和轉動角度，這在很多應用上是重要的。

依據一些實施例，至少一個第二齒輪傳動器係齒條和小齒輪傳動形式的，且其中齒條連接齒條軸承，其轉動軸係平行於齒條的移動方向。以此方式，第一齒輪傳動器的控制將獨立於第二齒輪傳動器的控制，意味著若端末執行器的傾斜角度係利用第一齒輪傳動器改變，轉動角度將不改變且反之亦然。為了控制具有兩個自由度的端末執行器的轉動，第一齒條和小齒輪傳動器係裝設於第一旋轉齒輪上。線性齒輪(如齒條)係經由齒條軸承和槓桿配置連接第二齒輪連桿。

依據一些實施例，至少一個第二齒輪傳動器的至少一個小齒輪係連接端末執行器以得到工具轉動。藉此可以使第二齒輪傳動裝置轉動末端執行器，而不依賴於第一齒輪傳動器執行工具的傾斜，反之亦然。換言之，第一齒條和小齒輪傳動器的小齒輪係連接成端末執行器可被傾斜或轉動。

依據一些實施例，至少一個齒條軸承具有與第一齒輪的轉動軸相一致的它的轉動軸。齒條軸承在此是必不可少的以便讓轉動控制獨立於端末執行器的傾斜控制且藉由裝設齒條軸承的轉動軸與第一齒輪的轉動軸相一致，得到至第二齒輪傳動器的更正確的機械傳輸。換言之，齒條軸承的轉動中心與承載第一齒條和小齒輪傳動器的旋轉齒輪的轉動中心相一致。

依據一些實施例，機器人手臂包含至少一個第二齒輪傳動器的一個小齒輪，該小齒輪經由直角齒輪連接端末執行器。藉此將可得到端末執行器的兩個傾斜角以及一個轉動角的控制。以此方式，得到六軸機器人手臂而無手臂結構中的任何致動器以及固定於機器人支架的所有裝設的致動器。

依據一些實施例，機器人手臂包含少一個第二齒輪傳動器的一個小齒輪，該小齒輪係連接端末執行器軸桿，端末執行器經由軸承裝設在該軸桿上，軸承的轉動軸與端末執行器軸桿的轉動軸相一致。為了經由直角齒輪且同時傾斜角得到轉動角，端末執行器軸桿係裝設在連接第二齒輪傳動器的小齒輪的軸承上。轉動第二齒輪傳動器的小齒輪將以此方式傾斜軸承，端末執行軸桿係裝設在該小齒輪上。

依據一些實施例，機械人手臂包含一個齒條和小齒輪傳動器，該齒條和小齒輪傳動器包含兩個經由一般小齒輪連接的齒條且其中兩個齒條係配置成相對於彼此以直角移動。藉此可致動彼此不相關的兩個傾斜角和一個轉動角，這意味著致動任何傾斜角或轉動角將不會改變其它角度。這意味著傾斜角度和轉動角度的限制的角度工作範圍可在機器人手臂的工作空間中的任何地方完全使用且無關於端末執行器的真正傾斜和轉動角度。

依據一些實施例，機器人手臂包含兩個經由齒條軸桿和齒條軸承彼此連接的齒條。藉此當一第三齒條連接第一齒條時第三齒條可由第二齒條小齒輪轉動，這讓端末執行器的轉動角與端末執行器的傾斜角中之一個無關。

依據一些實施例，齒條軸桿係配置來自由移動於一屬於另一齒條和小齒輪傳動器的小齒輪的軸向通孔中。藉此當第三齒條連接第一齒條時第三齒條可由第二齒條小齒輪轉動，這讓端末執行器的轉動角獨立於端末執行器的傾斜角中之一個。

依據一些實施例，機器人手臂包含至少一個經由裝設在端末執行器上的固定齒條和小齒輪傳動器連接第五致動器的齒條軸承。藉此對於第五運動鏈得到較簡單的連桿結構。

依據一些實施例，齒條軸承係連接固定齒條和小齒輪傳動器的齒條。以此方式，固定齒條和小齒輪的使用以便簡化第五運動鏈將仍然使能執行傾斜角和轉動角的獨立控制。

依據一些實施例，固定齒輪和小齒輪傳動器的小齒輪包括一槓桿，一齒輪連桿係經由至少兩個自由度的接頭裝設在該槓桿上。對於第五運動鏈得到有效的傳輸，其中端末執行器轉動或轉動範圍的工作範圍可由固定齒條和小齒輪傳動器的小齒輪的直徑界定。

依據一些實施例，外臂連桿組的致動連桿係經由一對軸承連接第三致動器，該軸承的共同轉動軸線可繞著與內臂組合件的中心軸線平行的軸線轉動。藉此，機器人手臂將特別適合高剛度傳輸係需要用於端末執行器於第一軸的轉動軸的方向的動作的應用。在另一實施例中齒輪連桿係在連接槓桿的一端，該槓桿亦裝設在具有平行端末執行器樑的它的轉動軸的軸承上。槓桿係經由兩個更多的槓桿及一連桿連接一旋轉致動器。為了繞著垂直於軸承對的轉動線或軸的軸轉動軸承對的轉動線或軸，軸承對係以一個設計裝設在一軸承上，該軸承的轉動軸平行於內臂連桿組的中空 連桿的中心軸，且一槓桿係使用來繞著軸承的轉動軸轉動軸承對，該軸承對係裝設在該轉動軸上。槓桿係經由具有在每一端的接頭的連桿連接致動器。

依據一些實施例，還節傳動器包括具有一端中的槓桿的轉動軸桿且其中槓桿係經由至少兩個自由度的接頭連接齒輪連桿。此實施例係特別有用於需要纖細內臂組合件的應用，意味著機器人手臂需要在一限制的環境中工作。更且，這個解決方案將具有最高的傳輸效率來控制端末執行器的轉動角或任何傾斜角。在一例示實施例中，齒輪傳動器經由運動鏈連接致動器且齒輪連桿的一端連接到安裝在第二旋轉軸桿上的槓桿，該第二旋轉軸桿的轉動軸平行於內臂組合件的中空連桿。

依據第二觀點，本發明相關於用於利用恆定傾斜角定位端末執行器於三個自由度中的機器人手臂。機器人手臂包含配置來接收端末執行器的執行器平台。機械人手臂包含一設置來繞著第一轉動軸轉動內臂組合件的第一致動器。內臂組合件連接繞著第二轉動軸樞轉的組合件。外臂連桿組包含一外對的經由端末執行器軸承連接端末執行器平台的並聯連桿，藉此從第一致動器至端末執行器平台形成第一運動鏈。機器人手臂包含設置來繞著第二轉動軸轉動外臂連桿組的第二致動器。外臂連桿組經由包括連接軸承的萬向接頭連接包含一內並聯連桿對的內臂連桿組，藉此從第二致動器至端末執行器平台形成第二運動鏈。機器人手臂亦包含設置來繞著第三轉動軸轉動一軸桿的第三致動器，使得外臂連桿組經由肘接頭繞著第三轉動軸轉動，藉此從第三致動器至端末執行器平台形成第三運動鏈。

1‧‧‧內臂組合件

1A‧‧‧中空連桿

10、14‧‧‧接頭

100‧‧‧定向傳動器

11A、11B；12A、12B‧‧‧並聯連桿對

12‧‧‧連桿

13、14‧‧‧接頭

15、16‧‧‧接頭

16A、16B、16C‧‧‧軸承

16D、16E‧‧‧銷

16F’、16G‧‧‧附接件

16H‧‧‧樑

161‧‧‧接頭

17、18‧‧‧致動連桿

19、20‧‧‧端末執行器軸承

2‧‧‧槓桿

209‧‧‧端末執行器轉動連桿

21、22‧‧‧連接軸承

21A、22A‧‧‧連接軸承

23、24‧‧‧樑

25‧‧‧剛性樑

250‧‧‧第五致動器

251‧‧‧軸桿

253A、253B‧‧‧軸承

256、260、262‧‧‧槓桿

257、259‧‧‧球窩接頭

258‧‧‧齒輪連桿

260、262、264、266‧‧‧定向傳動器

261‧‧‧軸承

263‧‧‧軸承

264‧‧‧連桿

265‧‧‧球窩接頭

267‧‧‧軸承

269‧‧‧樑

258、264、266‧‧‧傳動配置/連桿配置

27‧‧‧軸桿

270、271‧‧‧定向傳動器/齒條和小齒輪配置

275‧‧‧水平轉動軸桿

277‧‧‧直角齒輪

28‧‧‧端末執行器定向軸/工具

280‧‧‧第二萬向接頭

281‧‧‧軸桿

282‧‧‧第一萬向接頭

283‧‧‧直角齒輪

284‧‧‧軸桿

285‧‧‧轉動致動器

286‧‧‧連桿

288‧‧‧最後直角齒輪

29‧‧‧第一轉動軸

290‧‧‧小齒輪

291‧‧‧軸承

297‧‧‧軸承

299‧‧‧直角齒輪傳動器

200‧‧‧槓桿

201‧‧‧軸承

202、209‧‧‧連桿

203‧‧‧軸承

204‧‧‧第二槓桿

205‧‧‧突起

206‧‧‧軸承

207‧‧‧第三槓桿

208‧‧‧球窩接頭

209‧‧‧連桿

210‧‧‧球窩接頭

211‧‧‧第四槓桿

21A、22A‧‧‧連接軸承

213‧‧‧軸桿

214‧‧‧軸承

216‧‧‧軸桿

250‧‧‧第五致動器

257、259‧‧‧接頭

260、262、264、266‧‧‧定向傳動器

266‧‧‧彎曲桿

267‧‧‧軸承

251、256、258‧‧‧定向連桿組

257、259‧‧‧接頭

270、271‧‧‧線性軸承組合件

275、278、281‧‧‧定向傳動器

280、282‧‧‧接頭

284、286‧‧‧定向連桿組

293、294‧‧‧定向傳動器

3‧‧‧軸桿

30‧‧‧軸

31、32‧‧‧軸

311、3122、313‧‧‧定向傳動器

315、316‧‧‧定向傳動器

33‧‧‧第三轉動軸

34、35‧‧‧轉動中心

36、37‧‧‧轉動軸

351、362‧‧‧槓桿

362、360、353‧‧‧內傳動器

4‧‧‧第一致動器

40‧‧‧第二轉動軸

41‧‧‧端末執行器平台

41A‧‧‧樑

5‧‧‧第二致動器

5b‧‧‧第二致動器

50、150‧‧‧第四致動器

51‧‧‧90度角齒輪

52‧‧‧軸桿

53、55‧‧‧軸承

54、56‧‧‧桿

57、61‧‧‧槓桿

58、60‧‧‧接頭

58A、58B‧‧‧軸承

59‧‧‧端末執行器轉動連桿

500‧‧‧機器人手臂

501‧‧‧槓桿

503‧‧‧軸承

504‧‧‧樑

505‧‧‧連桿

506‧‧‧軸承

510‧‧‧支架

511‧‧‧軸桿

512‧‧‧致動器

514‧‧‧致動器

6、6b‧‧‧第三致動器

6c‧‧‧外殼

62‧‧‧垂直軸桿

63‧‧‧軸承

64A、64B‧‧‧定向傳動器

64C、64E‧‧‧皮帶輪

64D‧‧‧皮帶

65‧‧‧軸桿

65、390‧‧‧連接裝置

65C‧‧‧軸桿

66、67‧‧‧軸承

68‧‧‧樑

69、70‧‧‧桿

7A、7B‧‧‧附接部分

71‧‧‧垂直軸

8‧‧‧樑

803、10B、802、8、9C/10C、805/806‧‧‧反鏟機構

804、17、18‧‧‧外臂連桿組

811、812‧‧‧連桿

9‧‧‧接頭

99‧‧‧轉動軸

第1圖顯示依據一些實施例的機器人手臂結構，該機器人手臂結構可使端末執行器被致動以繞著一垂直於水平平面的軸轉動；第2A圖顯示依據一些其它實施例的機器人結構；第2B圖顯示裝設在第2A圖中的內傳動器的旋轉軸桿上的一類型的萬向接頭的細節；第3A圖顯示依據第一實施例的工業機器人手臂，該工業機器人手臂使端末執行器能被致動以繞著垂直於水平平面的軸轉動；第3B圖顯示依據第二實施例的工業機器人手臂，該工業機器人手臂包括替代的齒輪傳動器以轉動端末執行器；第3C圖顯示依據一些實施例的定向連桿組；第3D圖顯示依據一些實施例的萬向接頭；第4A圖顯示依據第三實施例的工業機器人手臂，其中主結構係配置有旋轉致動器的水平共同轉動軸；第4B圖顯示依據第三實施例的變化例的工業機器人手臂；第4C圖顯示依據第三實施例的另一變化例的工業機器人手臂；第4D圖顯示具有皮帶驅動器的替代實施例；第5A圖顯示依據第四實施例的工業機器人手臂，其中端末執行器係可控制來轉動及傾斜兩者；第5B圖顯示齒條的替代實施例以傾斜具有兩個自由度的端末執行器；第6A和6B圖顯示依據第五實施例的工業機器人手臂，該工業機器人手臂包括具有傳動器的第5A和5B圖中的齒條和小齒輪概念的組合，該傳 動器包括直角齒輪和萬向接頭以獲得具有固定到機器人支架的所有致動器的六個自由度機器人臂；第7圖顯示顯示具有兩個齒條和小齒輪配置的實施例，該等配置由齒輪轉動以便得到具有僅一個直角齒輪且無任何萬向接頭的六個自由度；第8圖顯示具有三個齒條和小齒輪配置的實施例，該等配置由齒輪轉動以避免直角齒輪以及萬向接頭於六個自由度的機器人手臂中；第9A圖顯示依據第六實施例的工業機器人手臂，該工業機器人手臂具有替代的傳動器至第5圖中的齒條和小齒輪配置；第9B圖顯示依據一些實施例的替代定向連桿組；第10A和10B圖顯示依據第七和第八實施例的工業機器人手臂，該機器人手臂具有旋轉致動器的水平共用轉動軸；第11圖顯示旋轉致動器係配置來得到共用轉動軸而無使用如第1至6圖中所顯的中空軸桿馬達的實施例；第12A圖顯示第2A圖的工業機器人手臂的主結構；第12B顯示現興致動器可如何被使用，在此情形中在一連桿組中而不具有如第12A圖中所呈現的槓桿；第13圖顯示一替代的傳動器；第14A圖顯示作為第二運動鏈的一部分的關節類型，允許的關節偏移量和反鏟機構的變化例；以及第14B圖顯示徑向增加機器人手臂的工作空間的替代反鏟設置。

為了得到工業機器人的輕型機器人結構，本發明使用並聯機 器人結構和傳動器的新組合。機器人手臂的致動器可裝設於固定的機器人支架上且致動器的大重量則不需要由手臂結構移動。機器人的手臂結構則可僅利用例如碳管、碳齒輪和探軸承的輕型構件實施。這使得機器人的設計具有最小慣性，可用於高速，加速和加速度導數。更且，當無或較少致動器放置在手臂結構本身時，可遠較容易建構能工作於例如在石油和天然氣平台以及處理爆炸物的工業中的具有爆炸風險的環境的機器人。也可以更容易地建構可以在如室外處理設備，隧道檢查和車輛清潔系統的惡劣環境中工作的機器人。

揭示的工業機器人手臂解決以下問題：如何得到工業機器人手臂的端末執行器的恆定傾斜角並同時得到機器人手臂的纖細設計。這使得可能讓機器人手臂執行具有於一水平面上的有限空間需求的取放操作而無任何增加的腕部用於補償端末執行器傾斜錯誤。更且，依據本發明的機器人手臂可包括包括最多六個自由度(DOF)，所有執行器都固定在支架上。端末執行器亦可被稱為工具。

為了清楚說明如下，我們指的是相對於末端執行器平台的機器人支架(未示出)在x，y和z方向上定位的正常和較佳配置，這提供一個或數個自由度中的工具定向的基礎。工具定向包括由某個刀具傳動器致動的工拒轉動，不是繞著端末執行器平台處的工具連接軸桿就是繞著垂直於工具連接軸的某一軸，或對於五個自由度係繞著兩者。對於六個自由度，可加入傾斜工具轉動，或所需的工具傾斜可形成軸4或軸5中之一個。在任何情形中，非常希望使末端執行器平台定位而沒有(在這種情況下是不希望的)傾斜動作，藉此將工具定位從工具定向分離。原則上，但為清楚起 見省略數個端末執行器和工具定向機構/傳動器可附接至端末執行器平台上，例如定向不同方向以及具有不同類型的裝設工具，藉此為了不同目的負載不同工具，且避免使用工具交換器的需要。從以下描述中可以明顯看出，不同的工具定向傳動器可被組合，使得所有的致動器仍能固定至機器人支架。如此，多於6個自由度係可能的，但為了簡化起見，沒有詳細解釋。

在此揭示的工業機器人手臂包刮四軸或五軸的方案，在一些實施例中該等者往往彼此平行。該結構可以以這樣的方式裝設，即所有軸都是垂直或水平(或任何其它角度)，包括以下一個或多個：

- 在一例示實施例中，其中該等軸係垂直，端末執行器的獲得的移動係使得端末執行器往往垂直於整個工作空間中的一水平面。

- 在一例示實施例中，其中該等軸係垂直，繞著垂直軸的端末執行器的轉動係可經由加入的鏈接傳動器和齒輪控制，藉此控制端末執行器轉動的致動器可固定於機器人支架。

- 在一例示實施例中，其中該等軸加上一第五軸係水平的，該結構內含一加入的鏈接傳動器加上一齒輪以保持端末執行器垂直於整個工作空間中的一水平面。

- 在一例示實施例中，其中該等軸加上一第五軸係水平的，加入的鏈接傳動器加上齒輪可使用來控制整個工作空間中的端末執行器的一個傾斜角。控制端末執行器的傾斜角的致動器可固定於機器人支架。

- 在一例示實施例中，其中該等軸加上一第五軸係水平的，一第二加入的鏈接傳動器加上一齒條和小齒輪可使用來同時利用端末執行器的傾斜控制端末執行器的轉動。控制端末執行器的傾斜角和轉動角的致動 器可固定於機器人支架。亦且，利用一第三連桿，端末執行器可被控制來以三個自由度轉動。

更且，因為在連接端末執行器平台和內臂組合件的鏈接結構中僅需要兩個並聯連桿，依據本發明的實施例的機器人手臂較之於依據WO2014187486和WO2015188843的機器人設計更可做出纖細的設計。

在本發明中，一機器人係界定來包含一機器人手臂和一機器人控制器。機器人手臂包含完成端末執行器移動的致動器。機器人控制器或一連接機器人控制器的電腦可包含具有依據程式移動端末執行器的指令的程式。機器人控制器和/或電腦包含記憶體以及處理器，程式係儲存在記憶體中。機器人手臂如此係一可程式記憶體。然而，機器人可為各種類型，例如工業機器人或伺服器機器人。

第1圖顯示機器人手臂500的基本實施例，包含一依據一些實施例的結構以得到工具轉動，但不包括工具傾斜。

機器人手臂包含一設置來繞著一第一轉動軸29轉動一內臂組合件1的第一致動器4。內臂組合件1係連接一外臂連桿組，此處包含一致動連桿18。外臂連桿組係繞著一第二轉動軸40樞轉。外臂連桿組係連接一端末執行器平台41，藉此形成一從第一致動器至端末執行器平台的第一運動鏈。這給予定位端末執行器平台的第一自由度，且亦藉此給予端末執行器動作的第一自由度。

第1圖中的機器人手臂500亦具有一設置來繞著第二轉動軸40轉動外臂連桿組的第二致動器5，藉此形成一從第二致動器至端末執行器平台的第二運動鏈。這給予定位端末執行器平台的第二自由度。第二運動 鏈可以以不同方式設計。一個可能性係具有第二致動器5和致動連桿18之間的連桿的第二運動鏈。可能性係以致動連桿例示於第1圖中，該致動連桿藉由接頭16的一部份的一對軸承(繞著第二轉動軸40轉動)且利用裝設於繞著第一轉動軸29轉動的第二致動器5的輸出軸桿的槓桿2連接內臂組合件1。槓桿2利用包含具有在每一端的接頭10、14的連桿12的內臂連桿組連接致動連桿。

接頭10、14係描繪為具有至少兩個自由度的球窩接頭，但當然，其它運動學上等同的實施例是可能的，如以下對於端末執行器轉動連桿(以及第3C圖)所解釋。

換言之，第二運動鏈包含內臂連桿組，該內臂連桿組包括槓桿2以及連接外臂連桿組的連桿12，外臂連桿組包含此處(第1圖中)係穩固連接至端末執行器平台41和樑41A的致動連桿18。如此，第二運動鏈包含內臂連桿組，該內臂連桿組包括經由連接軸承14連接外臂連桿組的至少一個連桿12。第二致動器係設置來經由連接至少一個連桿12的至少一個內連接接頭10移動至少一個連桿12。致動第二自由度的另一替代配置係具有裝設在具有平行於第二轉動軸40的第二致動器的轉動軸桿的內臂組合件1的端部處的第二致動器。因為不是較佳實施例，第二致動器被稱為5b的這種替代配置用陰影線顯示，此乃因為致動器與手臂結構一起移動，但它不需要內臂連桿，從而提供更精簡的內臂設計。在此替代配置中，第二運動鏈包含具有轉動的第二致動器5b和致動連桿18之間的可選傳動器的機械連接裝置。如此，第二致動器5、5b於一個方向移動端末執行器平台41，這結合第一運動鏈給予用於定位端末執行器平台且藉此此亦用於端末執行器動作 的第二自由度。

第1圖中的機器人手臂500亦包含一設置來繞著一第三轉動軸33轉動一軸桿3的第三致動器6。第三致動器6係配置來繞著第三轉動軸轉動軸桿3，使得外臂連桿組經由一接頭161轉動，藉此形成一從第三致動器至端末執行器平台的第三運動鏈。這給予定位端末執行器平台的第三自由度。

第三運動鏈能以不同的方式設計。依據一個例示實施例，一90度角齒輪(未圖示於第1圖但用於致動以下的第四自由度的如以元件號碼51顯示的相同概念)於內臂組合件1內的第三致動器6和轉動軸桿3之間。這軸桿3則將繞著轉動軸33上下轉動致動連桿18，且如此端末執行器平台41將上下移動。另一替代實施例係使用第三致動器(在這種情形6b，固定於機器人支架，因為不是較佳替代實施例，所以以陰影線顯示)來繞著垂直於第一轉動軸29的轉動軸99轉動其它致動器(裝設於一外殼6c上，第二致動器5b替代地在內臂組合件1的端部處)，根據定義垂直於轉動軸29的轉動軸99容許兩個不同配置，該等配置可能具有配置成分別繞著x軸和y軸轉動的雙致動器6b(假設軸29定向z方向)，當外臂連桿一直伸入或一直伸展時(接近或是單一的，在較佳實施例中不允許)，這可用於保持末端執行器的可操縱性。在任何情形中，第三運動鏈包含內臂組合件1以及一僅由附接於端末執行器樑41A的致動連桿18組成的外臂連桿。總的來說，描繪在第1圖中的實施例將實現最大瘦手臂的設計，但它將展現在大部分工作空間中不希望的傾斜，且因此進一部的實施例(第2圖和進一步)需要用於工業應用。

第1圖中的機器人手臂500亦包含一第四致動器50以及一第 四運動鏈。第四運動鏈設置來傳輸第四致動器的移動至相關的端末執行器的定向軸28。定向軸係由軸桿65界定。第四運動鏈包含經由至少一個軸承53裝設至內臂組合件的定向連桿組52、57、59。第四運動鏈亦包含裝設至端末執行器平台的定向傳動器64B、64A。定向連桿組包含端末執行器轉動連桿59和提供端末執行器連桿的每一端末接頭兩個自由度的接頭58、60。在一實施例中，端末執行器轉動連桿59係在端末執行器連桿59的每一端部處分別連接一接頭58、60。當然，例如如第3C圖所描繪，接頭58、60可以利用至少兩個自由度以數個運動學上對等於至少兩個自由度的方式完成。

定向連桿組可利用不同的連桿結構實施。在第1圖中，第四致動器50連接驅動軸桿52的90度角齒輪51，一槓桿57係裝設在該軸桿52上。

定向傳動器亦可以不同的方式實施，例如藉由齒條和小齒輪或藉由反鏟連桿組。在第1圖中，定向傳動器係利用包含裝設至端末執行器平台41的齒輪64A、64B的定向傳動器實施。利用顯示在第1圖中的定向連桿組以及定向傳動器的實施，定向連桿組係裝設至具有槓桿臂57的接頭58且定向傳動器係經由裝設在齒輪64B上的槓桿臂61裝設至接頭60。如此，因為第二運動鏈，第四致動器50將能轉動齒輪64A。甚至當第一、第二和第三致動器於三個不同方向x、y和z方向移動端末平台時這將是可能的。齒輪64A連接一轉動於軸承67中的軸桿65。定向傳動裝置包含至末端執行器28的連接裝置，在該實施例中稱為軸桿65，其為末端執行器動作提供至少四個自由度。

第2A圖顯示內含於本發明的一些實施例的機器人手臂500的結構，該結構包括希望的恆定工具傾斜角，但排除工具轉動的第四運動 鏈。換言之，該結構使可能於x、y和z方向移動工具28而同時維持恆定傾斜角。三個致動器4、5和6具有一共用垂直轉動軸，此處該軸與第一轉動軸29相一致。該三個致動器係配置來移動工具28，使得端末執行器平台41的端末執行器樑41A將總是平行於致動器的共用轉動軸。更詳細地，機器人手臂500包含設置來繞著第一轉動軸29轉動內臂組合件1的第一致動器4。第一運動鏈在此係設置來傳輸內臂組合件1的轉動至端末平台41的移動。因此，依據本發明，端末執行器平台可遠較在參考的習知技術中簡單製造，該端末執行器平台僅包括一樑而不是更複雜的端末執行器平台。

第一運動鏈包含一包含一外並聯連桿對17、18的外臂連桿組，在一端的連桿係連接端末執行器平台41。外並聯連桿對17、18的第一連桿17在另端處連接內臂組合件1。此處內臂組合件1設計來於水平平面擺動，由對齊於垂直第一轉動軸29的第一致動器4致動。內臂組合件1負載兩個並聯連桿17和18。兩個並聯連桿17、18在它們的外端部連接端末執行器平台41的垂直端末執行器樑41A，該樑41A依次經由從此處為端末執行器樑41A的端末執行器平台41突出的軸桿27負載一在圖示中顯示為一真空夾持器的工具28。外連桿對的第一連桿17經由附接部分7A和7B利用球窩接頭15連接內臂組合件1。附接部分7A、7B係剛性機械部分，例如將接頭15的球剛性地連接內臂組合件1的碳桿。接頭15亦可實施為具有三個自由度的萬向接頭。在一些實施例中，一個、數個或所有的接頭9、10、13、14和15係球窩接頭或萬向接頭。在一些實施例中，接頭16係一萬向接頭。在一些實施例中，接頭19、20中的一個或兩個係鉸鏈接頭。

第2A圖中的機器人手臂500亦包含設置來繞著第一轉動軸 29轉動一槓桿2的第二致動器5。第二運動鏈係設置來傳輸槓桿2的轉動至對應的端末執行器平台41的移動。第二運動鏈包含一包含一內並聯連桿對11、12，該等內並聯連桿對11、12連接外臂連桿組，如此連接於外並聯連桿對17、18的端部之間。換言之，第二運動鏈包含內臂連桿組，該內臂連桿組包含一內並聯連桿對11、12以及一槓桿2。內並聯連桿對連接槓桿且連接包含外並聯連桿對17、18的外臂連桿組。第二致動器5配置來繞著第一轉動軸29轉動槓桿。亦且，在一些實施例中，外臂連桿組包含一連接端末執行器平台41的外並聯連桿對17、18。第二運動鏈設置來傳輸槓桿2的轉動至對應的端末執行器平台的移動。

機器人手臂500更包含一第三致動器6。一第三運動鏈設置來傳輸第三致動器6的移動至對應的端末執行器平台41的移動。第三運動鏈包含第三致動器6和外臂連桿組的致動連桿18的另端之間的內傳動器3、16(161，第1圖)。換言之，第三運動鏈包含一連接於第三致動器和外並聯連桿對的致動連桿之間的內傳動器。外臂連桿組的致動連桿18在此利用一類型的萬向接頭16連接內傳動器的旋轉軸桿3。旋轉軸桿3配置來在內臂組合件1的中空連桿1A內轉動，其中它由每一端部處的一個軸承(圖未示)支撐。旋轉軸桿3利用在中空連桿1A的內端處的90度角齒輪(圖未示)連接第三致動器6。來自第三致動器6的輸出軸通過第二致動器5的中空軸桿組裝以達到90度齒輪。換言之，機器人手臂500包含一內臂組合件，該內臂組合件包括一個中空連桿1A，且第三運動鏈的內傳動器包括一與中空連桿1A內的軸承軸向裝設的軸桿3。軸桿3配置成利用第三致動斥6轉動。藉由轉動旋轉軸桿3，並聯連桿17和18上下擺動以得到工具28的垂直移動。為了擺動水平平面 中的外臂連桿組，槓桿2經由內臂連桿組連接外臂連桿組。槓桿2係配置成由第二致動器5致動並經由一樑8和第二接頭9和10連接連桿11和12。接頭9、10亦稱為內連接接頭。內臂連桿組利用接頭13和14、樑23和24以及連接軸承21和22連接外臂連桿組。在一例示實施例中，內並聯連桿對11、12經由偏移樑23、24上的球窩接頭13、14裝設至剛性樑25。在軸承21和22之間，樑25係連接於軸承21、22，該等軸承21、22約束端末執行器平台41的端末執行器樑41A總是垂直。同時，樑25可被使用來得到連接裝置上的預應力至外臂連桿組的連桿17和18，意味著軸承19、20、21、22以及接頭15和16的背隙減少。此乃是，軸承連接在外臂連桿組的連桿17、18的端部處。如此，在一例示實施例中，機器人手臂500包含將連接軸承21、22彼此機械性地連接的剛性樑25。

外臂連桿組利用端末執行器軸承19和20連接端末執行器樑41A。更且，端末執行器樑19、20連接外並聯連桿對17、18以及端末執行器平台41，其中端末執行器軸承19、20的轉動軸36、37係垂直於外並聯連桿對17、18的中心。

為了保證端末執行器平台41的端末執行器樑41A將具有橫性傾斜角，使得工具28，例如真空夾持器，將總是能以相對於水平平面的垂直角度取放物品，機器人手臂500的設計可包括以下中的一個或多個：

-第一致動器4、第二致動器5以及第三致動器6的共用第一轉動軸29係垂直的。

-樑8以及接頭9和10的裝設係組裝成通經接頭9和10的中心的軸30總是平行於第一轉動軸29。

-連桿11和12具有相同的長度，意味著接頭9和13之間的距離係相同於接頭10和14之間的距離。

-接頭13和14之間的距離係相同於接頭9和10之間的距離。

-接頭15和16的中心之間的距離係相同於軸承19的轉動中心36和軸承20的轉動中心37之間的距離。

-軸承21和22的轉動中心34和35之間的距離係相同於軸承19和20的轉動中心36和37之間的距離。

-軸承21和22的轉動中心34和35之間的距離係相同於接頭15和16的轉動中心之間的距離。

-連桿17的長度係相同於連桿18的長度，意味著接頭15的轉動中心和軸承19的轉動中心36之間的距離應該相同於旋轉軸桿3的轉動中心33和軸承20的轉動中心37之間的距離。

-軸承18的轉動中心36和軸承21的轉動中心37之間的距離係相同於軸承20的轉動中心37和軸承22的轉動中心35之間的距離。

-軸承19、20、21和22裝設成轉動軸36、37、34和35係平行且與平行於軸29、30和40的軸31和32成直角。如此，端末執行器軸承19、20的轉動軸36、37係平行於連接軸承21、22的轉動軸34、35。

-軸40通經接頭15和16的中心。當連桿18係水平時軸40亦由軸承16A和16B的中心界定。軸34和35亦係垂直於外臂連桿組的連桿17、18。換言之，外臂連桿組(外並聯連桿對17、18)以及內臂連桿組(內並聯連桿對11、12)係利用一個各自連桿11、12、17、18的每一連桿連接裝置的連接軸承21、22連接，且其中連接軸承21、22的轉動軸34、35係 與外臂連桿組的各自連桿17、18的軸中心線成直角。

第2B圖顯示裝設在第一傳動器的旋轉軸桿3上的萬向接頭16的類型的細節。這接頭16將旋轉軸桿3連接至外臂連桿組的致動連桿18並讓端末執行器平台41的端末執行器樑41A垂直移動。軸承16A和16B利用旋轉軸桿3上的銷16D和16E對稱裝設。因為轉動軸40由軸承16A和16B的共用轉動軸界定，致動連桿18繞著軸33轉動，且轉動軸40亦將繞著軸33轉動。更詳細地，外臂連桿組的致動連桿18經由一對的軸承16A、16B連接第三致動器6，軸承16A、16B的共用轉動軸32係可繞著與內臂組合件1的中空連桿的中心軸平行的一軸轉動。軸承16A和16B的轉動外部利用附接件16F和16G連接樑16H。附接件16F、16G係例如桿的剛性機械結構。附接件16F、16G以及樑16H可實施為一碳強化環氧樹脂製成的堅固叉。致動連桿18經由軸承16C連接樑16H，該軸承16C使致動連桿18可繞著它自己的軸轉動，將可保持軸31和32在工具28的整個工作空間垂直。連桿軸承16C能置放於接頭16和軸承22至外臂連桿組的致動連桿18的裝設位置之間的任何位置。如此，換言之，機器人手臂包含沿著外並聯連桿對17、18的致動連桿18裝設的連桿軸承16C，其中連桿軸承16C的轉動軸與外並聯連桿對的致動連桿18的中心相一致。這連桿軸承16C相對於WO2014187486是一個差異化的特徵。如此，在一例示實施例中，機器人手臂500可包含裝設至連接軸承22和致動連桿18與內傳動器3的連接裝置之間的外臂連桿組的致動連桿18的連桿軸承16C，且其中連桿軸承16C的轉動軸係與外臂連桿組的致動連桿18的中心相一致。另一特徵係將連桿17和18與軸承19和20裝設在端末執行器平台41的端末執行器樑41A上。因為僅兩個連桿17和18需要於內臂組合件1和端末執 行器平台41之間，這使可能建構一遠較WO2014187486所敘述的更纖細的機器人。端末執行器平台41此處包含端末執行器樑41A。端末執行器平台可使用於具有五個或六個自由度的機器人手臂。WO2014187486中所敘述的機器人需要三個連桿於它的第一手臂和端末執行器之間。相對於WO2014187486的另一個差別係使用一樑25以得到預應力於連桿17和18上。這亦將使能使用球窩接頭於外連桿對17、18和內連桿對11、12之間。更且，WO2014187486的第4圖中的提案需要兩個手臂(連桿組)且不僅一個手臂，如此如本發明中的內臂組合件1。此乃是，依據WO2014187486的機器人結構需要遠較大的手臂系統空間。本發明的機器人結構不具有三個WO2014187486的缺點，此乃因為本發明的機械人結構在連接一個(僅一個)對應於WO2014187486中的第一臂的內臂組合件(中空連桿1A)至對應於WO2014187486中的外臂連桿的接頭中以三個自由度工作。此一解決方案在WO2014187486的纖細結構中是不可能的，此乃因為從那以後，末端執行器將失去一個約束，並且不能在第一臂和第一桿之間增加自由度來控制。在WO2014187486的第4圖中有著一不纖細且需要一用於手臂系統的大空間的結構，但該結構能具有第一臂和第一桿之間的三個自由度的接頭。然而，不可能以WO2014187486的第4圖中的建議的解決方案得到纖細精簡的機器人結構，此乃因為在這種情況下，如在並聯式三軸機器人的情況下，垂直運動只能通過直接連接到端末執行器平台的獨立運動鏈來執行，且藉此需要很多空間用於手臂結構。因此，依據WO2014187486的接器人結構僅能利用固定在支架上的致動器來控制三個自由度。

應該提及的是第2A圖的軸承19、20、21和22可由依據第2B 圖中的軸承16A和16B的組裝的軸承對替代。反之亦然，軸承對16A和16B可由一單一軸承替代。軸承對的使用將給予較高剛度或更可能使用較輕中量的軸承。除了滾珠軸承之外，還可以使用滑動軸承，例如碳纖維軸承。

利用如上述的設計且當內臂組合件1和致動連桿18之間的角度係90度時，第一致動器4的輸出軸桿的無限小轉動將在水平平面中向一側移動工具28且第二致動器5的輸出軸的無限小轉動將在水平平面中將移入或移出工具28。第三致動器6的輸出軸的無限小轉動將移上或移下工具28。整個工作空間中的所有移動都將在軸32垂直的情況下進行，並且工具28將具有恆定的傾斜角。如此，機器人手臂500將具有相同於所謂的SCARA機器人的三個主軸的移動特徵。但對比於SCARA機器人，所有的致動器4、5、6可固定於機器人支架(未圖示)且因此能實施十分輕量的機器人手臂。機器人支架係一剛性機械結構，致動器係被剛性地裝設在該結構上。在此情形下機器人支架能製造為一具有固定第一致動器4的一個部分及固定第二和第三致動器5和6的另一部分的叉。機器人支架能不是剛性地裝設於地板上，一壁上，就是裝設於天花板上或另一機器人手臂上。

如此，本發明包括一機器人手臂500，用於以三個自由度定位端末執行器28，具有恆定傾斜角。本發明的第二觀點係至少揭示於第2A、2B、3A、4B、10A、10B、12A、12B、14A和14B圖中且在敘述這些圖式的說明中，或至少這些圖式的觀點中。機器人手臂包含配置成接收端末執行器的端末執行器平台41。機器人手臂包含設置來繞著第一轉動軸29、29A轉動內臂組合件1的第一致動器。內臂組合件1連接樞接第二轉動軸40的內臂連桿組17、18。外臂連桿組包含一外對的經由端部執行器軸承19、20連接 端末執行器平台41的外並聯連桿對17、18，藉此形成從第一致動器至端末執行器平台的第一運動鏈。機器人手臂500亦包含設置來繞著第二轉動軸40轉動外臂連桿組17、18的第二致動器5，外臂連桿組17、18經由包含連接軸承21、22連接包含一內睡的並聯連桿11、12；811、812(811、812見第12B圖)的內臂連桿組，藉此形成第二致動器至端末執行器平台的第二運動鏈。機器人手臂500亦包含設置來繞著第三轉動軸33轉動一軸桿3的第三致動器6，使得外臂連桿組17、18係經由肘接頭161繞著第三轉動軸轉動，藉此形成從第三致動器至端末執行器平台的第三運動鏈。

依據第二觀點的一些實施例，端末執行器軸承19、20係具有彼此平行的轉動軸36、37的鉸鏈接頭。

依據第二觀點的一些實施例，肘接頭161包含具有與第二轉動軸和第三轉動軸交叉的肘轉動軸的鉸鏈接頭。

依據第二觀點的一些實施例，肘接頭161連接致動連桿18，該致動連桿18係連接肘接頭161的外並聯連桿對17、18的連桿的其中之一。

依據第二觀點的一些實施例，致動連桿18係配備由沿著致動連桿裝設的至少一個連桿軸承16C，用於接受致動連桿端部相對於彼此的轉動。

依據第二觀點的一些實施例，連桿軸16C的轉動軸承與致動連桿18的轉動中心線相一致。

依據第二觀點的一些實施例，第二致動器5係設置來經由連接內並聯連桿對11、12的內連接接頭9、10移動內並聯連桿對11、12。

依據第二觀點的一些實施例，第二運動鏈設置來傳輸槓桿2 的轉動至對應的端末執行器平台41的移動。

依據第二觀點的一些實施例，外並聯連桿對17、18以及內並聯連桿對11、12利用各自的連桿11、17；12、18的每一連桿連接裝置的一個連接軸承21、22連接。連接軸承21、22的轉動軸34、35；31係與沿著外並聯連桿對17、18的每一各自連桿的連桿的轉動中心線成直角。

依據第二觀點一些實施例，機器人手臂500包含一將連接軸承21,22彼此機械連接的剛性樑25。

依據第二觀點的一些實施例，內並聯連桿對11、12經由偏移樑23、24上的球窩接頭13、14裝設於剛性樑25。

依據第二觀點的一些實施例，軸桿3經由肘接頭161連接於第三致動器6和外並聯連桿對17、18之間。

依據第二觀點的一些實施例，機器人手臂包含連接外並聯連桿對17、18和端末執行器平台41的端末執行器軸承19、20。端末執行器軸承的轉動軸36、37垂直於外並聯連桿對的每一連桿的轉動中心線。

依據第二觀點的一些實施例，端末軸承19、20的轉動軸36、37與連接軸承21、22的轉動軸34、35平行。

依據第二觀點的一些實施例，機器人手臂包含連接外並聯連桿對17、18的連桿和內並聯連桿對11、12的連桿的連接軸承21A、22A(第3D圖中的21A，對應21A但在連接軸承22中的22A)。每一連接軸承21A、22A的轉動軸與外並聯連桿對17、18的各自連桿的轉動中心線相一致。

依據第二觀點的一些實施例，內臂連桿組包含繞著第二轉動軸40轉動外臂連桿組804、17、18的反鏟機構803、10B、802、8、9C/10C、 805/806，其中反鏟機構經由連接軸承21、22連接外並聯連桿對17、18，該等連接軸承21、22容許繞著與第二轉動軸40平行的一軸31轉動。對於803、10B、802、8、9C/10C、805/806見第14A、14B圖。藉由熟習本行業技藝人士從第14B圖找出的適當尺寸，轉動軸31可被置放成它不與外並聯連桿對的兩個連桿的任一轉動軸交叉。反鏟機構可設置(見第14A和14B圖)成徑向增加第二運動鏈的操作範圍，甚至增加超過180度；這樣可以提供沒有任何奇異點的更大的工作空間。

依據第二觀點的一些實施例，內對的並聯11、12的連桿包含並聯連桿對11A、11B；12A、12B。這些並聯連桿對11A、11B；12A、12B係裝設有球窩接頭於外並聯連桿對17、18的連桿的每一側上。

依據第二觀點的一些實施例，內臂組合件1包含中空的手臂連桿1A以及軸向裝設有軸承於中空手臂連桿1A內的軸桿3。軸桿3配置成利用第三致動器6轉動。

第3A圖顯示能致動工具28繞著垂直於水平平面的一軸轉動的機器人手臂500的第一實施例。不同實施例當中的共用特徵的元件號碼係相同的，並且因此參考其它附圖，例如，第1、2A和2B圖，以供解釋它們。在這第一實施例中，一具有大於1的齒輪係數的旋轉齒輪傳動器64A、64B被概述以獲得目標的工具轉動。亦顯示旋轉齒輪傳動器如何經由從旋轉第四致動器50至旋轉齒輪傳動器的最大齒輪上的槓桿61的機械傳輸被致動。第3A圖中的機器人手臂500如此包含第四致動器50。第四運動鏈設置來傳輸第四致動器50的移動至裝設至此處包含部件41A、68、69、70的端末執行器平台41。第四運動鏈包含經由至少一個軸承53、55裝設至內臂組合件1的定 向連桿組52、57。定向傳動器64A、64B裝設至端末執行器平台41且定向連桿組經由具有在每一端處至少兩個自由度的接頭的端末轉動連桿59連接定向傳動器64A、64B。第3A圖顯示一個接頭58、60的端末執行器轉動連桿59連接定向傳動器64A、64B。第3A圖顯示亦得到具有所有共定裝設在機器人支架上的致動器的SCARA機器人的軸4的選擇。四個致動器4、5、6和50具有沿著垂直的第一轉動軸29的重合的轉動軸桿29。第四致動器50的輸出軸桿通經中空軸桿致動器50並連接內臂組合件1，以相同方式第三軸桿6的輸出軸桿通經第二致動器5並經由90度角齒輪(圖未示)控制軸桿3的轉動。第二至動器5控制槓桿2以及用於繞著垂直軸71轉動工具28的第四致動器5，利用90度角齒輪51(相同於使用於第三致動器6和軸桿3之間的90度角齒輪的類型)接合軸桿52。關於第2A圖，在機器人手臂的實施中有著以下的新特徵，一些還參照第1圖中的實施例：

-外臂連桿組的連桿17和18使用萬向接頭為連接軸承21、22直接連接內臂連桿組的連桿11和12。這些接頭係相同的並詳細顯現於第3D圖中。關於顯示在第3D圖中的標示為21的萬向接頭，軸承21係繞著第一連桿17裝設，且第一連桿17的轉動軸與連桿的中心相一致。具有垂直於軸承21A的轉動軸的重合轉動軸的軸承21B和21C係利用軸桿21D和21E裝設於軸承21A的外環上。換言之，外臂連桿組以及內臂連桿組係利用各自的連桿11、12、17、18的每一連桿連接裝置的此處為萬向接頭的一個連接軸承21、22被連接。這些連接軸承21、22的轉動軸34、35係與外臂連桿組的各自連桿17、18成直角。

-軸承21B和21C的外環係使用桿21F和21G裝設在樑21H上。桿21H則係 裝設在第一連桿11上。亦可增加一軸承，其轉動中心與樑21H和第一連桿11之間的第一連桿11的中心軸相一致但這不是必要的。關於標示為22的萬向接頭，軸承21A係繞著致動連桿18被裝設，使其轉動軸與連桿的中心相一致。換言之，連接軸承21A、22A連接外臂連桿組的連桿17、18和內臂連桿組的連桿11、12，其中每一連接軸承21A、22A的轉動軸與外臂連桿組的各自連桿17、18的中心相一致。

-桿21H則係裝設在第二連桿12上。亦可增加一連桿軸承，其轉動中心與樑21H和連桿12之間的第二連桿12的中心軸相一致但這不是必要的。接頭21和22應裝設在連桿17和18上，使得接頭15和21的中心之間的距離相同於接頭16和22的中心之間的距離。與第1圖中的解決方案相比，將內連桿對11、12連接到外連桿對17、18，這解決方案具有優點：機械系統將不會多餘，使得組裝將較容易。然而，當大尺寸連桿被使用時同時軸承21A將取得一大尺寸，且在故障時更換軸承21A將更加困難。那麼，當然，連桿17和18的預應力將不會發生。當然，與軸承25和軸承21和22的連接亦可使用於第3A圖中的4軸機器人手臂中。

-因為接頭22中的軸承配置，致動連桿18現亦被容許繞著其中心軸轉動至接頭22的右邊，且連桿軸承16C可沿著一沿著致動連桿18的致動軸中心線置放於任何處，例如如此處在第3A圖中所詳細描繪的在接頭20上的致動連桿18的端部處。更普遍地，理論上若這致動軸中心線與軸承22A的中心線(亦即，比如軸承21A但是用於接頭22，見第3D圖)平行，它可偏離致動連桿18，但在實施上，考慮動力，它亦應與轉動軸33交叉。亦即，致動軸中心線不必與轉動軸40交叉，雖然它在第3A圖中是 如此做。

-為了繞著軸71轉動工具28，該軸71係工具28的垂直軸，槓桿手臂57係裝設於軸桿52上以擺動於垂直平面中。以此方式，端末執行器轉動連桿59將利用槓桿61轉動齒輪64B。齒輪64B將依次轉動齒輪64A(亦即，gear wheel或teeth wheel)且以齒輪係數大於例如3，可轉動工具360度以及更多。如此，，齒輪傳動器64A、64B可包括配置來以一個自由度轉動工具28的第一齒輪64A。軸桿52係藉由軸承53和55裝設，該等軸承53和55依次利用桿54和56裝設於內臂組合件1上。槓桿臂57有利地成直角裝設在軸桿52上且端末執行器轉動連桿59利用一球窩接頭58裝設在手臂57上。在其另端端末執行器轉動連桿59亦利用球窩接頭60裝設在槓桿61上。換言之，機器人手臂500包含一包括第二齒輪64B的定向傳動器64A、64B、100、270、271，且第一齒輪64A由第二齒輪64B接合，該第二齒輪64B係配置來經由連接第二齒輪64B的槓桿61由端末執行器轉動連桿59轉動。當然，圖式中的所有球窩接頭能以兩個或三個自由度的萬向接頭取代，即使此等實施經常需要更多空間和重量。第二齒輪64B裝設在軸承63的外環上，該軸承63依次以它的內環裝設在裝設於於端末執行器樑41A上的垂直軸桿62上。第二齒輪64B接合裝設在垂直軸桿65上的較小的第一齒輪64A，該垂直軸桿65藉由中空的樑68軸向配置。軸桿65如此轉動地配置於中空梁68內。如此，換言之，第一齒輪64A裝設至端末執行器平台41，使得第一齒輪64A的轉動軸71與第一轉動軸29平行。軸桿65由依次裝設在樑68上的軸承66和67支撐。樑68利用桿69和70裝設在端末執行器樑41A上。工具28裝設在轉動軸桿65的端 部處，不是手動螺接至一端部凸緣(或軸桿65，圖未示)就是利用端部凸緣上的工具交換器，使得工具更換能夠自動化。

當在第3A圖中適用時，與第1至2B圖中相同的運動學要求是有效的。例如，所有軸29、30、31、32和40應平行和垂直且對於第3A圖，於軸71這亦是需要的，該軸71係由軸桿65的轉動中心界定。外連桿對的連桿17和18應平行和相同長度且對於內連桿對的連桿11和12也是如此。注意的是連桿9(第2A圖)和部分的第一連桿11係隱藏在第3A圖中的內臂組合件1之後。在WO201418748中沒解決方案來得到工具轉動。WO2015188843中的第1圖包括轉動裝設在具有三個手臂的機器人的端末執行器平台上的工具的配置。這機器人手臂系統需要一大空間且第四軸係實施來傾斜工具。工具轉動在此利用裝設在腕部上的分離的轉動致動器進行。更且，機器人的工作空間很小且它更被至腕部軸的傳動器減少。在本發明的第1和3A圖的解決方案中，具有經由端末執行器轉動連桿59連接槓桿臂61的槓桿臂57的轉動軸桿3使能在機器人手臂的整個定位工作空間中具有第四軸的完整工作區域。對於WO2015188843中的第四軸的傳動類型，這是不可能的，此乃因為在此，當腕部移離工作工作空間的中心愈來愈遠時傳輸工作範圍的偏移量會變大。WO2015188843的第1圖中的傳動解決方案的問題係腕部中所需的齒輪將接近第六軸的馬達且如此接近工具，提供笨拙的端末執行器平台，意味著可接近性問題。如可從第1和3圖看出，由於具有樑68的機器人手臂的設計總是垂直且從工具側分離齒輪側，軸承係遠離工具。

如此，在本發明中藉由裝設工具轉動的兩個串列工作傳動器，如此定向連桿組和定向傳動器僅在一個運動鏈上，且藉由使用經由具 有槓桿臂57的第二轉動軸桿52連接端末執行器平台41上的齒輪傳動器64A、64B的第四致動器50，該第二轉動軸52經由具有例如在每一端中的至少2個自由度的接頭的端末執行器轉動連桿59連接齒輪傳動器，避免WO2015188843的限制，藉此在第四致動器50和定向傳動器64A、64B之間得到最佳的傳輸效率。更且，兩種版本的定向傳輸器被引用，一個具有齒輪和一個具有齒條和小齒輪，兩者能得到+/- 180度的工具轉動能力。

第3B圖顯示依據一第二實施例的機器人手臂500，較之於第1和3A圖中的傳動器，本實施例包括替代的定向傳動器以轉動工具28。在這實施例中使用齒條和小齒輪傳動器100、64A，其中小齒輪形狀的齒輪64A轉動工具28。傳動器100、64A的齒條100係由經由機械傳動器連接第四致動器50的端末執行器轉動連桿59移動，換言之，第一齒輪64A接合配置成由連接齒條100的端末執行器轉動連桿59移動的齒條100。具有樑25以及軸承21和22的基本的三個自由度機器人結構與第圖中的相同且具有軸桿52、槓桿臂57和端末執行器連桿59的工具轉動的傳動器與第1和3A圖中的相同。在這實施中的新部分係第1和3A圖中轉動齒輪64B已由線性齒輪、齒條100取代以得到齒條和小齒輪傳動器。線性齒輪係由端末執行器轉動感59經由球窩接頭60移動。齒條在由元件號碼101和102概述的線性軸承中移動，該線性軸承經由桿103裝設在桿69上。如在第1和3圖中，桿69加上桿70係使用來裝設樑68於端末行器平台41的端末執行器樑41A上。亦且，如在第1和3A圖中，小齒輪64A係裝設於轉動軸桿65上以轉動工具28。

相對於第1和3A圖中的齒輪解決方案，使用第3B圖中的齒條和小齒輪的解決方案的優點係在工作空間中可保持端末執行器轉動連桿59 接近由外連桿對的並聯連桿17、18所界定的垂直平面。這將更增加軸桿52和軸桿65的轉動之間的傳輸效率。更且，解決方案將提供一種稍微纖薄的末端執行器平台配置。

第3C圖顯示依據一些實施例的定向連桿組。定向連桿組顯示可將接頭58和60的自由度分配到槓桿57、連桿59和槓桿61中。如此，軸承58A係利用與槓桿57的中心軸相一致的轉動軸裝設於槓桿57中，軸承58B的轉動軸垂直於軸承58A的轉動軸且軸承58C的轉動軸與連桿59的中心軸相一致。軸承60A垂直於連桿59的中心軸且軸承60B與槓桿57的中心軸相一致。

第1至3D圖顯示機器人手臂500如何設計以得到相同於SCARA機器人相同的動作特徵但因為所有致動器固定於機器人支架，具有遠較低的手臂結構的慣性。

第4A圖，顯示機器人手臂500的第三實施例，它表明機器人手臂亦能實施為從上方觸及物體的鉸接式機器人手臂。這意味著機器人手臂的結構不是擺動於水平平面中而是擺動於垂直平面中。這意味著第1至3圖中所有必須垂直的軸現將必須水平。然而，來自第1至3圖的大部分設計特徵仍能被使用。如此，看第4A圖，除了使用水平軸而不是垂直軸29、30、31、32、40和71之外，唯一可以舉例說明的新設計原理係用於至齒輪64B的傳輸。當然，相同於第1和3A圖中的傳輸原理亦能使用於這情形且第4A圖的傳輸原理亦能使用於第1和3A圖中。

看致動器，第4A圖的中空軸桿致動器，亦即第二致動器5，係配製成擺動槓桿2以擺入和擺出外連桿對17和18。第三致動器6，其輸出軸穿過第二致動器5，係配置來經由90度齒輪轉動軸桿3以側向擺動外連桿 對17和18。第一致動器4，其輸出軸桿通經第四致動器150，係配置來擺動內臂組合件1且如此上下擺動外連桿對17和18。第4A圖中的機器人手臂500的這實施例的新特徵係替代的第四致動器150，該第四致動器150係配置來擺動第一槓桿200的中空軸桿致動器。這第一槓桿200藉由兩個連桿202、209連接轉動齒輪64B，內含於定向連桿組。一個連桿200的一端裝設有軸承201於槓桿200上且其另一軸承203裝設於第二槓桿204上。第二槓桿204係裝設於軸承206的外環，該軸承206的內環依次經由突起205裝設於內臂組合件1。在軸承206的外環上亦裝設有第三槓桿207，使得當第二槓桿204的尖端於水平方向移動時，第三槓桿207的尖端移動於垂直方向。軸承206的轉動軸與軸40相一致，這提供齒輪64B的傳動更簡單的運動學。第三槓桿207的尖端經由球窩接頭208連接另一連桿209且另一連桿209的另一端係經由球窩接頭210連接第四槓桿211。應注意的是軸承201和203可由球窩接頭替代。現在，當擺動第一槓桿200時，第四槓桿211將上下(垂直)擺動且齒輪64A、64B將隨著第四槓桿211的擺動繞著它們的轉動軸來回轉動。在此圖中第二齒輪64B經由軸桿213和軸承214裝設在端末執行器樑41A上。為了保持工具28的恆定傾斜角且為了控制工具28的傾斜角至一目標角度，端末執行器平台41上的旋轉齒輪傳動器64A、64B在此係使用如在第1和3A圖中的。然而，傳動器的齒輪在此係垂直配置，而不是第1和3A圖中水平配置。如此，旋轉齒輪傳動器64A、64B係由旋轉第四致動器150經由連桿202、209以及槓桿200、204、207的配置控制。如第1和3A圖中，轉動第二齒輪64B將以齒輪放大率轉動第一齒輪64A。第一齒輪64A係經由軸桿65和軸承66裝設在軸承68上。轉動第一齒輪64A意味著固持齒輪64A的軸桿216轉動且配 置在軸桿216上的工具27、28將改變它的傾斜角(軸桿216在此係連接至端末執行器的裝置)。例如當在不同傾斜狀態取放物體時，這將被使用。例如當從輸送帶撿取物體時，它亦將使用來在整個工作空間保持恆定傾斜角。

第4B圖顯示依據第三實施例的變形的機器人手臂。利用這變形，較之於顯示在第4A圖中的實施例可增加槓桿200和211之間的傳動器的工作範圍。使用第4B圖中的解決方案，齒輪傳動器64B-64A的齒輪比可減少且在機器人手臂的工作空間的內和外對中齒輪64B的轉動能力將增加。此處，包含反鏟連桿組的內齒輪機構已引用，包含一長於槓桿204的額外槓桿501。槓桿501和204係由在其端部處具有軸承503和203的連桿505連接。當致動器150擺動槓桿200時，在其端部具有軸承201和506的連桿將繞著裝設在樑504上的軸承502擺動槓桿501。利用反鏟原理，槓桿204的角轉動將大於槓桿501的角轉動且齒輪64B將取得比第4A圖中的直接傳動中的大的轉動。如此，換言之，內齒輪機構係依據反鏟原理配置以於由內齒輪機構的齒輪比決定的角度範圍內轉動端末執行器28而不被外臂連桿組限制。亦即，沒有反鏟機構，使第二自由度的大角度範圍容易導致繞著軸40的大的定向的第四自由度的工作範圍的不期望的限制。這利用反鏟機構避免，該反鏟機構是挖掘機和各種起重機的眾所周知的機構。因此，標準的反鏟原理可應用於本發明內幾乎任何槓桿和桿連桿組，為簡潔起見，沒有進一步評論或描述。較之於第4A圖，第4B圖中的軸承206具有從軸40的偏移，這當然不是必需的，但可以使機械設計在力和/或工作空間方面更有效率。

在第4B圖中如此有著兩個具有不同原理的步驟來增加致動器150和齒輪64A之間的轉動比的放大。當然，在第4B圖中實施反鏟機構的 情況下具有槓桿211以及齒輪64A和64B的定向傳動器亦能使用且反之亦然。相同的概念能使用於第5A圖中的致動器150和齒輪64A之間的傳動以及第10B圖(具有如第3D圖中的符號)中的槓桿351和槓桿362之間的傳動。

第4C圖顯示依據第三實施例的另一變形的機器人手臂。依據這另一變形，致動器4、5、6和150係裝設在支架510上，該支架510可由一藉由軸桿511連接支架510的致動器512轉動。軸桿511的中心線係與致動器4、5、5和150的中心線成直角。使用致動器511，機器人手臂的敏捷性將會提高且因為用於控制機器人手臂的致動器4、5、6和150全部接近彼此，由致動器512轉動的質量慣性會是小的。如此，致動器512所需的扭矩和動力將遠低於具有分佈在機器人手臂中的致動器的習知串列機器人所需的。亦應提及的是依據一實施例，支架510可裝設於一線性致動器上以增加工作空間。第4C圖亦顯示使用工具28的轉動的致動器514的選用。當機器人手臂處理質量慣性很小的小物體時，致動器514會是輕量的且因為對於工具的轉動，機械複雜性低於第8圖中的解決方案，這解決方案可以是優點。

第4D圖顯示具有用於轉換動作至工具28的皮帶驅動裝置的替代解決方案，其中第4C圖的齒輪64B已由皮帶輪64C替代，且齒輪64A已由另一較小的皮帶輪64E代替。皮帶64D連接兩個皮帶輪，此一皮帶傳動器亦可取代反鏟機構。兩個輪子之間可使用金屬線代替皮帶。

一般而言，連桿用來轉換力，而槓桿用來轉換扭矩。

如第3B圖中的齒條和小齒輪解決方案當然能使用來取代齒輪傳動器64A、64B。裝設齒條的方向可以如第3B圖中的或利用與由外連桿對17、18所形成的平面成直角。

在WO201418748中沒有解決方案來得到從上方觸及物體的鉸接機器人且沒有解決方案顯示來得到第四軸而能傾斜工具或保持工具傾斜角度不變。

在一些應用，需要傾斜及轉動工具28。此的一個可能性係裝設社小致動器於連接例如第4A圖中的工具28的軸桿27上以轉動工具28。這將增加慣性以及電線路至手臂結構，而為避免此，具有齒條和小齒輪的傳動解決方案係使用如第5A所顯示的。軸桿27然後連接端末執行器。第5A圖顯示依據第四實施例的機器人手臂500，其中工具28被控制來轉動及傾斜兩者或被控制來以兩個自由度傾斜。在第5A圖中，為了有效率以兩個自由度轉動工具，齒條和小齒輪配置270、271係裝設於轉動第一齒輪64A且齒條271經由其轉動中心與負載齒條和小齒輪配置270、271的第一齒輪64A的中心相一致的軸承267連接傳動配置264、266。實施這些特徵使能繞著兩個彼此成90度的軸轉動工具+/- 180度。利用WO2015188843中的第1圖中所敘述的配置這是不可能的。更詳細地，齒條和小齒輪270連接工具28且配置來由旋轉齒輪傳動器64A、64B轉動，且齒條和小齒輪的齒條271經由軸承267以及連桿258、264、266和槓桿256、260、262的配置移動。

第一齒輪64A以與圖4A所述相同的方式致動但第一齒輪64A現係轉動線性軸承組合件270、271，在該線性軸承組合件中齒條271係平行於齒輪64A的轉動軸滑動。如此，機器人手臂500包含裝設至端末執行器平台41的至少兩個定向傳動器64A、64B；270、271；293、293；315、316；311、312、313(亦見其它圖式)，該端末執行器平台41包含部件41A、68、69、70且類似，取決於定向的實施例。定向傳動器的一第一齒輪64A係配置 來轉動至少一個其他定向傳動器270、271；293、294；315、316；311、312、313(亦見其它圖式)。如在第3B圖中，齒條轉動在此情形標示270的小齒輪，以經由軸桿65A(對應於第3B圖的65)轉動工具28.換言之，至少一個其他定向傳動器270、271；293、294；315、316；311、312、313的至少一個小齒輪270、294、316係連接工具28以得到工具轉動。在一些實施例中，機器人手臂包含裝設於端末執行器平台41的至少兩個定向傳動器270、271；293、294；315、316；311、312、313且其中至少兩個定向傳動器中之一個的外齒輪機構64B、64A；64C、64D、64E；100、64A；271、270係配置來轉動至少兩個定向傳動器270、271；293、294；315、316；311、312、313的至少其它一個。

齒條271的滑動係由彎曲桿266經由軸承267達成。軸承267較佳應使其轉動軸與齒輪64A的轉動軸相一致。線性軸承組合件270、271則可由齒輪64A轉動而沒有彎曲桿266的任何旋轉或平移。換言之，至少一個齒條軸承267使其轉動軸71與第一齒輪64A的轉動軸71相一致。

彎曲桿266由連桿264經由球窩接頭265移動。連桿264係經由軸承裝設於槓桿262上。軸承261的內環裝設於樑269上，該樑269依次裝設在從齒輪64B的軸承63的內環出來的軸桿62上。軸桿62係裝設在端末執行器樑41A上。桿260裝設在軸承261的外環上，槓桿262的情況也是如此。將配置與上述的槓桿204和207比較，當槓桿260的尖端垂直移動時，槓桿263水平移動。槓桿260的尖端的垂直移動經由齒輪連桿258從槓桿256的垂直移動得到。齒輪連桿258係利用球窩接頭257和259裝設在槓桿256和260上。比較第1和3B圖中的槓桿57的配置，槓桿256以大約90度角裝設在轉動軸桿261 上。如此，轉動軸桿251將上下擺動槓桿256並經由齒輪連桿258、兩個槓桿260和262、連桿264、桿266以及軸承267，且前後移動齒條271，提供工具28的轉動。換言之，機器人手臂500包含一包括具有一端的槓桿256的轉動軸桿251的定向連桿組251、256、264，且其中槓桿256經由至少兩個自由度的接頭257連接齒輪連桿258。軸桿251按裝在軸承253A和253B上。軸承253A經由樑255裝設在內臂組合件1上且樑253B經由軸承206的軸桿269裝設在內臂組合件上。軸承253B的軸桿269經由突起205裝設在內臂組合件1上。在圖中，軸桿251配置成藉由第五致動器250轉動。如此，機器人手臂500包含，第五運動鏈，該第五運動鏈設置來傳動第五致動器250的移動至經由此處包含第一齒輪64A的外齒輪機構裝設至端末執行器平台的工具28的對應的移動。第五運動鏈包含至少一個經由定向連桿組251、258、264連接第五致動器250的齒條軸承267、297。然而，其轉動軸與第一轉動軸29相一致的第五致動器可被使用，如第1和3B圖所示，經由90度角齒輪將軸桿251連接至第五致動器。當然，亦且，第四致動器150轉動齒輪64B所使用的傳動鏈配置可使用來上下移動槓桿260。轉動工具28的連桿鏈配置當然亦可放置於內臂組合件1的另側，且然後線性軸承配置270、271將反而裝設在在軸承66的左側的軸桿65上，使可設計更精簡的解決方案。更且，整個齒條和小齒輪配置可被置放於在齒輪64A的左側，但為了圖式的清楚起見未顯示更精簡的解決方案。亦可以以如第3B圖中的齒條和小齒輪配置取代齒輪傳動器64A、64B。

從致動器150至裝設在齒輪64B的槓桿的傳動不同於從致動器250至槓桿260的傳動，然而，可使用相同的傳動概念於兩種情形。當使 用於致動器150和裝設在齒輪64B上的槓桿之間的傳動概念被使用時，反鏟連桿組可被包括在內。如使用於第5A圖中的致動器250和槓桿260之間的相同傳動概念亦被使用於如將在以下顯示的第6A、9和10中。當然，這些傳動器可被第5A圖中的從致動器150至裝設在齒輪64B上的槓桿所使用的的傳動器類型取代且它們可包括第4B圖中的反鏟連桿組。

在第5B圖中，顯示齒條271的替代實施例，該齒條271已轉動90度，藉此齒指向下方。連接的小齒輪270現具有一水平轉動軸且軸桿65係水平。工具28以直角裝設至軸桿65A。如在第5A圖中，齒條270的線性軸承組合件273裝設在齒輪64A上且齒條27和傳動部分266之間的軸承267具有與齒輪64A的轉動中心相一致的其轉動中心。這個齒條和小齒輪的裝設產生控制工具28的兩個傾斜角度的可能性。

至目前為止已顯示具有固定至機器人支架的所有致動器的五軸機器人控制。為了得到6個自由度，一個解決方案係使用具有如第6A和6B圖中所顯示的轉動軸桿、萬向接頭以及90度齒輪的傳動器。

第6A和6B圖顯示依據第五實施例的機器人手臂500，包括依據第5A和5B圖的齒條和小齒輪的組合，包括值角齒輪和萬向接頭282、280的傳動器係使用來實施另一個運動鏈。亦即，這另一運動鏈係設置成傳輸來自致動器285的移動至各自的配置至端末執行器平台上的端末執行器移動，這提供至少六個自由度於端末執行器動作，所有致動器仍然固定於機器人支架。

機器人手臂500此處已分成兩個圖以便能更詳細顯示。第6A圖顯示從轉動具有其直角齒輪傳動器299的致動器285至端末執行器平台41 上的水平轉動軸桿275的傳動器。為了使此成為可能，來自直角齒輪傳動器299的輸出轉動軸桿284，該軸桿284係裝設在內臂組合件1(裝設未顯示)上。軸桿284接合直角齒輪283，直角齒輪283的輸出經由連桿286連接第一萬向接頭282，第一萬向接頭裝設成具有其中心於連桿40上。萬向接頭282的輸出轉動軸桿281，該軸桿281的另端經由連桿279連接第二萬向接頭280，第二萬向接頭280的中心具有其中心於軸32上。第二萬向接頭280的輸出驅動直角齒輪278，直角齒輪278依次轉動275。軸桿275與軸承一起裝設於樑68內並能在軸承66內自由轉動，該軸承66經由中空軸桿65支撐第一齒輪64A。軸桿275亦配置來自由轉動於軸桿65和第一齒輪64A內。如此，包含284和286的定向連桿組以及包含281、279和275的定向傳動器係配置來繞著定向軸71轉動端末執行器，由於軸桿65和其它地方內的自由轉動無停止，該定向軸71將無轉動角度限制。

第6B圖顯示顯示軸桿275連接直角齒輪277，該直角齒輪277在其輸出上轉動可於小齒輪290的軸承內自由轉動的軸桿65B。軸桿65B連接最後直角齒輪288，該齒輪288在其輸出上連接轉動工具28的軸桿65C。如此，端末執行器的連接裝置在此包含軸桿65C。亦且，至少一個第二齒輪傳動器270/271的一個小齒輪270經由直角齒輪288連接工具28。軸桿65C經由軸承291和軸承290連接小齒輪270。如第5A和5B圖中齒條和小齒輪270、271配置來由第一齒輪64A轉動。直角齒輪的輸出齒輪、軸桿278以及直角齒輪277的輸入齒輪的轉動中心係在共用軸711上。齒條271由經由樑266、齒條軸承267以及齒條附接件287連接齒條271的連桿264移動。如在第5A圖中，連桿264經由槓桿262連接連桿配置。

如從第6A圖可見，第一直角齒輪和兩個萬向接頭需從固定於機器人支架的致動器285得到工具28的轉動。這解決方案的優點係可得到無限工具轉動角度而缺點係因為萬向接頭280和282的工作範圍限制，喪失定位工作空間。

藉由觀察第6A圖中的軸桿275係一兩端開放的直軸桿(具有某形式的軸承66)，熟習本行業技藝人士將注意到根據許多現有產品，與機器人的外部機器人手臂段相似。這直接指向使軸桿275與其它軸承66和另一個軸桿275在內部中空，等等，用於多個同心軸桿。在本領域中通常的做法是具有三個這樣的同心軸桿。進入第6B圖所示的示例性腕部機構的這種多個同心軸275然後可以用於擴展/修改該機構(以各種方式，這裡不考慮)，或者用於將現有的標準機器人腕部裝設入根據本發明的新的末端執行器平台的定位。考慮同心軸275的另一端，內軸桿向外突出更遠(沿第6B圖中的中心線71向左)，並且對於每個軸添加另一個直角齒輪278，第六運動鏈的其餘部分(從直角齒輪一直到第二運動鏈285)可以複製，因此，可以添加多個運動鏈。機器人手臂則包含多個定向連桿組284、286，每個定向連桿組284、286包含定向傳動器281、279、275。

再者，如熟習本行業人士會找到的另一變形，多個定向連桿組可設置成對應的多個同心輸出軸桿275可致動數個端末執行器定向，該等定向不僅用於一個和數個例如於不同方向或彼此相鄰的配置到端末執行器平台上的端末執行器。如上述，因為很多標準鉸接機器人具有配置在它們的外臂連桿背後的腕部馬達，該腕部馬達具有平行或同心通過外臂連桿至具有2或3個自由度的腕部，本發明有選擇來將第2A圖的3個自由度類似 SCARA的動作組合標準3個自由度機器人腕部(不是第6B圖中所顯示的機構，而是使用現有的組件/介面)，該腕部被多個由多個馬達285驅動的，軸桿275致動，該多個馬達285所有係固定至機器人支架。配置軸桿275於標準SCARA機器人上需要昂貴和本重的伸縮軸桿以處理手腕的垂直放置(並且沒有有用的6個自由度SCARA存在)，這與第三運動鏈的特性能夠實現更精簡的解決方案的本發明形成對比。

第7圖顯示第6B圖中所顯示的齒條和小齒輪配置的替代示例實施例，提供得到六個自由度的可能性而無使用萬向接頭。此處引入第二或額外的齒條和小齒輪配置293、294，其中小齒輪294使用來經由直角齒輪288轉動工具28。亦且，至少一個第二定向傳動器293/294的一個小齒輪294係經由直角齒輪288連接工具28。如用於齒條和小齒輪配置270271的相同原理可使用來滑動齒條293，但現在改為通過第一齒輪64A連接到機器人支架(圖中未示出)上的致動器的傳動裝置。如此，連桿經由軸承29連接將藉由來回平移軸桿275移動的樑297。軸桿275將於軸承66內自由移動、並經由樑295連接齒條293。兩個齒輪和小齒輪配置將裝設在第一齒輪64A，且如第6B圖中軸桿65C經由軸承291和軸承290裝設至小齒輪270。為了清晰起見，現在顯示齒條271和293的線性齒輪，但這些係裝設在一平台(圖未示)以由第一齒輪64A轉動小齒輪270和294利用軸承裝設在相同的平台上且軸桿65能於支撐小齒輪270的軸承內自由轉動。直角齒輪組合件288裝設(圖未示)在小齒輪270上。如此，轉動齒輪64A將繞著軸71轉動工具(以及整個齒條按小齒輪傳動器)，移動樑266將繞著與軸71成直角的軸桿65的中心轉動工具28，且移動樑297將繞著軸桿65c的轉動中心轉動工具28。

第7圖中的配置的一個缺點係因為直角齒輪288的功能性，繞著軸桿65的中心的工具28的轉動將同時繞著軸桿65C的中心轉動工具28。為了避免此，第三齒輪和小齒輪配置可被依據第8圖引入。

第8圖顯示由齒輪64A轉動的第三齒條和小齒輪配置的實施例，完全避免直角齒輪和萬向接頭加入六個自由度的機器人。齒條和小齒輪配置中之一個包含兩個具有共用小齒輪的齒條，其中齒條係以相對於彼此成直角的方式裝設。此處，第7圖的直角齒輪288已被齒條和小齒輪配置315、316取代。小齒輪316經由軸桿65C轉動工具且齒條315經由軸桿65和軸承314連接齒條313。齒條313與齒條311共用小齒輪312，該齒條311經由樑310連接軸桿275。如此，移動齒條311將經由小齒輪312移動與齒條311的移動成直角的齒條313。換言之，一個齒條和小齒輪傳動器311、312、313在此包含兩個經由共用小齒輪312連接的齒條311、313且兩個齒條311、313配置來相對於彼此成直角移動。然後，齒條將被自由移動的軸桿64經由齒條軸承314移動。換言之，齒條軸桿65係配置來自由移動於屬於另一齒條和小齒輪傳動器270、271的小齒輪270的軸向通孔中自由移動。齒條271以相同於如第6B圖中的方式經由齒條附接件287和齒條軸承267移動。兩個齒條313、315可經由齒條軸桿65和齒條軸承314彼此連接。如此，這個節決方案使能得到所有致動器在機器人手臂上的機器人手臂的六個自由度移動而無任何工具的轉動軸之間的耦合。換言之，機器人手臂包含至少一個更多的致動器和至少一個更多的運動鏈，該運動鏈設置來傳輸該至少一個更多的致動器的移動至配置到端末執行器平台上的端末執行器的對應移動，這提供至少六個自由度於端末執行器動作。如在圖中可看出，轉動工具28的軸 桿65C裝設在小齒輪316的下側上。然而，它同樣可裝設在小齒輪316的上側上且可具有一個軸桿在小齒輪316的上側上的工具並同時具有裝設在小齒輪316的下側上的另一工具。裝設在1-3的主結構上並具有定向傳動器64A、64B且具有軸4-6的三個並聯連被傳動器和致動器的第8圖的配置可利用轉動具有致動器例如1-6的基座的致動器進一步發展成7個自由度機器人。若僅使用轉動密封，在衛生要求或骯髒環境的應用中較容易保護腕部軸4、5和6的組合件。為了密封例如第5圖中的配置，線性移動的密封件是需要用於桿266。圖式依據一第六實施例的的機器人手臂500的第9A圖顯示一種解決此問題的方法，因為在此僅需要一轉動密封。得到此特徵的方法係實施第二齒條和小齒輪配置，其中齒條被連接且其中小齒輪具有提供大係數大於1的不同尺寸。利用從第五致動器250至連桿258的垂直移動的如第5圖的相同傳動器，小齒輪302經由軸桿301被槓桿300轉動，該槓桿300的尖端經由球窩接頭259裝設於連桿258上。如此，固定的齒條和小齒輪傳動器的小齒輪302包括槓桿300，齒輪連桿258經由至少兩個自由度的接頭259裝設在該槓桿00上。

小齒輪302裝設在裝設於軸承303的內環中的軸桿301上。軸承303的外環與軸承304一起裝設在線性軸承組合件部分305上，該線性軸承組合件部分305依次裝設在軸桿63並如此穩定固定於端末執行器樑41A。如此，至少一個齒條軸承267、297經由裝設在端末執行器平台41上的固定的齒條和小齒輪傳動器302、307連接第五致動器250。如此，至少一個齒條軸承267、297經由裝設在端末執行器平台41上的第一齒條和小齒輪傳動器302、307連接第五致動器250。當小齒輪302轉動，齒條將水平移動且因為 由樑308所得的剛性耦合，齒條271亦將水平移動。樑308經由連桿309和軸承267連接齒條271。亦且，齒條軸承267、297連接固定的齒條和小齒輪傳動器302、307的齒條307。軸桿309裝設在軸承267的內環中且軸承267的外環裝設於齒條271上。在一實施例中，小齒輪302的直徑係大約三倍大於小齒輪270的直徑以得到工具28的轉動的至少360度。如此，第9A圖顯示至第5圖中的連桿和槓桿配置260、262、264的替代傳動器。此處，第二齒條和小齒輪係與第5圖中所示的齒條和小齒輪串接。以此方式連桿和槓桿的較簡單配置可與僅一個連桿258和兩個槓桿256和300一起使用。如此，機器人手臂500包含一第五致動器250以及一第五運動鏈，該第五運動鏈設置來傳輸第五致動器250的移動至經由第一齒輪64A裝設在端末執行器平台41上的工具的對應移動。第五運動鏈在此包含至少一個經由連桿傳動器251、258連接第五致動器250的齒條267、297。

第9B圖顯示依據一些實施例的替代定向連桿組。定向連桿組給予選擇來使用90度齒輪250A以便繞著垂直於內臂組合件1的中心軸的一軸轉動軸256B和槓桿256。這將增加槓桿250和齒輪傳動器之間的傳動器的工作範圍。

如從本發明可瞭解，在一些實施例中，機器人手臂包含複數個定向連桿組52、57、59；202、204、207、209；251、256、258。每個定向連桿組分別具有一連接定向傳動器64B、64A、216；64C、64D、64E；100、64A；260、262、264、266、271、270。該複數個定向連桿組係設置成每一對應的端末執行器定向係完成於一個或數個配置至端末執行器平台上的端末執行器。

第10A、10B圖顯示依據第七實施例的機器人手臂500，該機器人手臂具有旋轉致動器的共用第一轉動軸29。機器人手臂500分成第10A和10B圖以更容易瞭解運動結構。如此，第10A圖顯示具有運動鏈以控制工具28的傾斜角的完整機器人結構。在此情形中工具28由裝設在連接齒輪61B的水平軸桿65上的輕量致動器390轉動。齒輪61B由裝設在軸桿213上的齒輪64B接合，該軸桿213經由軸承214連接端末執行器樑41A。在此情形中端末執行器樑41A是端末執行器平台41的一部份，包括元件366以及中空的樑68，在該中空的樑68中軸桿65軸桿65與一個軸承一起裝設在中空樑68的每一端中。包括元件366的端末執行器平台41與裝設一起的桿一起形成框架以支撐接頭367、368和369、軸承214和軸桿65。軸桿213由一槓桿61轉動，該槓桿61藉由球窩接頭60連接端末執行器轉動連桿59。端末執行器轉動連桿59配製成由軸桿52轉動而上下擺動，該軸桿52裝設在軸承53和55上，該等軸承53和55依次利用軸承53和56裝設在內臂組合件1上。軸桿52配置來由轉動致動器50經由90度角齒輪51轉動。

在第10A、10B圖中所顯示的設計中，在繞著端末執行器樑41A的軸中的傾斜自由度的約束係由一第三連桿365得到，該第三連桿365利用球窩接頭367A連接端末執行器平台並利用球窩接頭367B連接內臂組合件1。第一連桿17利用接頭368連接端末執行器平台41並利用接頭15連接內臂組合件1且連桿18係利用接頭369連接端末執行器平台41.如第7B圖中可見，其中為了清晰起見，控制傾斜角度的傳動器已被移除，外連桿對的致動連桿18的上端經由軸承16C連接軸承對16A和16B。軸承16C的轉動中心與致動連桿18的軸中心相一致。軸承16A和16B裝設在軸承364上，使得軸承 16A和16B的轉動軸相一致且與軸承363的轉動角度成直角。現在在軸承16A的中心中並連接軸承363的外環的槓桿362係用來繞著軸承363擺動軸承對16A、16B且因此致動連桿18將繞著槓桿362擺動，該槓桿362與內臂組合件1的中空連桿的中心平行。軸桿363由連桿360致動而上下擺動，該連桿360在每一端中具有球窩接頭359和361。接頭359連接裝設在軸承356的外環上的槓桿358。軸承356的內環裝設在軸承357上，該軸承357依次裝設在內臂組合件1上。另一槓桿355於一相對於槓桿358大約90度的方向裝設在軸承356的外環上。槓桿355經由亦可以真正是球窩接頭的軸承354連接連桿353。連桿353的另端經由軸承352連接槓桿351。軸承352亦可以由球窩接頭取代。槓桿351由轉動致動器350迫使擺動。在一些應用中這個擺動連桿18的傳動優於如前面圖式中使用第一轉動軸桿3。例如，當內臂組合件1非常長並且僅用軸向力而不是具有轉動扭矩的軸桿3更容易在連桿353中獲得剛度。

圖式中所引入的新特徵係使用連桿對11A、11B以及12A、12B而不是如前面圖式中的單一連桿11和12。這使能使用簡單球窩接頭對，該等球窩接頭係與連桿對中的連桿之間的彈簧保持一起。如此，此處連桿系統包含第三連桿365，內臂連桿組包含一對的平行對的並聯連桿11A、燦12A、12B且現在通過僅採用軸向力的連桿353實現工具28的傾斜角度的致動。換言之，內臂連桿組的連桿(內並聯連桿對11、12)包含並聯連桿對11A、11B；12A、12B且這些並聯連桿對11A、11B；12A、12B係與球窩接頭一起裝設在外臂連桿組的連桿的每一側上。

在前面的圖式中，中空軸桿致動器已概述而讓圖式更容易瞭解。第11圖顯示如何利用沒有中空軸桿的標準馬達可以改為實現致動。第 11圖是驅動中空連桿1A和旋轉軸桿3的兩個致動器的剖視圖。中空連桿1A和軸桿3兩者係例如以碳加強環氧樹脂製成的管。中空連桿1A係裝設在環424的外側，該環424與外殼417組裝一起。這外殼裝設在軸桿416上，該軸桿416由馬達412經由軸桿413以及齒輪414和415轉動。齒輪415直接裝設在軸桿416的外表面上且齒輪414在軸桿413的的端部處。軸桿413配備有齒輪外殼430和軸桿416之間的軸承對426。

軸桿3裝設於內短軸桿422和外環423之間，外環依次經由軸承425裝設於外殼417中以支撐軸桿3的轉動。在另端中軸桿將與對應的軸承一起裝設於內臂組合件1的中空連桿1A的內部上。90齒輪421裝設於短軸桿422上。齒輪421由裝設於軸桿419的90度齒輪420驅動，該軸桿419由馬達418驅動。軸桿419由軸桿416和419之間的軸承對427支撐。第一轉動軸29(比較前面的圖式)由軸承425的轉動中心以及軸桿3的另端中的軸承的對應轉動中心界定。第一轉動軸29(亦顯示於前面的圖式中)由軸桿419的轉動中心界定。如此，第11圖顯示一實施例，其中旋轉致動器配置來得到共用轉動軸而無使用如第1-6圖中顯示的中空軸桿馬達。馬達412、418彼此並排裝設且中空軸桿416齒輪414、415被使用。

第12A圖顯示第1圖的替代版本。其中致動器的第一轉動軸29以分成兩個不同的並聯轉動軸29A和29B。以此方式無任何中空軸桿致動器是需要的。此處第二致動器5被移動而具有它自己的的轉動軸29B且如前所述，它被設置成擺動槓桿2，以便移動並聯的連桿11和12。第一致動器4以及第三致動器6具有一共用轉動軸29A.第一致動器直接裝設在內臂組合件1上且第三致動器6連接圖式中未顯示的直角齒輪，以轉動軸桿3。同時具 有致動器配置將更簡單的優點，將存在工作空間稍微減少且連桿11和12中的力的傳動將取決於內臂組合件1的轉動角度的缺點。在具有多餘三個致動器的圖式中當然將可具有不同的致動器之煙的並聯轉動軸。對於第12圖的進一步敘述將參考第1圖的敘述。

第12B圖顯示代替由轉動馬達組成的致動器(這裡是致動器5)，可以在輸出馬達軸桿上設置齒輪箱，以及第12A圖中的一輸送要求的動作以致動每一各自運動鏈的槓桿(此處為槓桿2)，連桿端部的期望動作可直接由線性致動器完成。第12A圖中的兩個連桿11和12的功能(移動接頭13和14)由分別在接頭13和14處終結的兩個滾珠螺桿811和812完成，藉此提供連桿11和12的功能。滾珠螺桿811和812係在此處經由萬向接頭809和810連接樑8的另端，該等萬向接頭8和810具有相同於接頭9和10相同的功能，但為了滾珠螺桿的最佳功能，不允許圍繞每個各自的連桿811和812旋轉。每一滾珠螺桿包含一滾珠螺帽811、812，該滾珠螺帽轉動地固定於809、810處的它的基座端，且它也可以根據需要相對於螺釘部分811B、812B轉動地固定，以實現線性運動，該線性運動來自從滾珠螺桿部分811A、812A延伸的螺釘811B、812B，藉此使連桿811和812較短或較長。此處，致動器5被複製且建構入或附接於811A和812A兩者，使得螺釘811B、812B轉動。此處致動器5(第12A圖)係與811A和812A形成一體且因此在圖式中不可看到。在第12A圖中單一致動器5和槓桿2移動樑8，但在第12B圖中兩個滾珠螺桿每一個具有一個致動器，且因此它們必須同步移動(利用提及的控制系統以保持30和33平行。一替代實施是使槓桿2繞著軸29B轉動但無致動器5，而是具有從中心線29A的附近作動至樑8的滾珠軸承。這方式僅需一個滾珠螺桿。 滾珠螺桿亦可從從中空連桿1A上的位置(未顯示)作動，然後不將力量傳播到機器人支架。

一般而言，使用線性致動器的另一方式係使用它們與槓桿一起來產生限制範圍的轉動。具體地說，它應用至所有附圖中所有致動器所展現的所有轉動，除了第6A、6B和12B圖外，該等動作由轉動致動器產生，依據現有機器人實施，該轉動致動器通常具有無限制的轉動能力。然而，對於揭示的機器人手臂，除了第6A和6B圖的複數個腕部動作外，沒有需要具有大範圍致動器。反而，依據本發明，每一致動器可配置以適合的槓桿。因此，除了滾珠螺桿，分別為了很低的機器人成本或為了很高的端末執行氣力，致動器可以是液壓或氣壓工具。

如在此使用的傳動器可以是齒輪傳動器，例如傳統的具有實際齒輪的小齒輪-小齒輪或齒條-小齒輪，但可由其它傳動器取代，該等其它傳動器基於對等的小齒輪-小齒輪或齒條-小齒輪傳動器的功能的金屬線或皮帶。如在此使用，術語“傳動器”意味著任何類似的如上述的齒輪傳動器的類型的功能性的傳動器。

第13圖顯示第1和3A圖的端末執行器轉動的傳動器的部件，但此處齒輪64A和64B已由連接皮帶64E的皮帶輪64C和64D取代。對於第12圖中的構件的進一步敘述，參考第1、3-3D的說明。皮帶傳動器通常以較齒輪傳動器簡單的機構製造。更且，若傳動器以塑膠材料製造，一便宜的皮帶傳動器可具有較塑膠製造的齒輪更長的壽命。

依據一些實施例，第14A和14B圖說明第二運動鏈的反鏟機構的使用(見第4B圖)。第14A圖首先顯示這樣的反鏟機構，其中連接軸承 仍然圍繞外並聯連桿對17、18的兩個連桿的旋轉中心線放置。反鏟機構的基軸承803置放在內臂組合件1的部分1A上。這意味著反鏟機構經由如第3A圖中的兩個連桿805、806和萬向接頭21、22操作。

置放軸承803於軸桿3上以在連接軸桿上產生較佳力方向將需要另一保持轉動軸31和32平行於軸33的方式，例如藉由引入額外的接頭於8和802之間且引入額外的連桿於8和7C之間(這未顯於圖式中)。反鏟的動機是增加第二個運動鏈的工作範圍，且藉此增加機器人手臂500的工作空間。特別地，大部分SCARA機器人的第二自由度具有多於180度的工作範圍。另一方面，根據WO2014187486的機器人設計受到基於內臂和外臂連桿的平行四邊形的限制，且不能在期望的180度範圍內操作。反鏟(引入於第4B圖中)可解決這個問題，藉此形成相對於WO2014187486的差異特徵。

如第14A圖所示的反鏟顯示基本原理，其中樑8現在更靠近肘部，現在通過繞著軸承803的槓桿802轉動，使得當手臂繞著與肘接頭161相交的第二轉動軸40增加的角度伸展時，作用於接頭9C和10C的致動力受到更好的導引。至少考慮於33的方向的端末執行器的能力，這提供一些工作空間增加，但它未到達具有競爭性的工作範圍，因為伸展出的手臂將到達奇點，其中外並聯連桿對繞著它們的轉動軸翻轉，如由軸承15C和16C所容許的那樣。注意的是軸承15A、15B、15C加在一起係對等於前面圖式中的接頭15。亦即，連桿部分804不是有關翻轉的問題；如第14B圖所示，接頭15被分成單一自由度接頭，作為解決方案的說明性準備。

在第14B圖中反鏟係設置來經由置放於定向連桿組的偏移部份的連接軸承21、22作動於外並聯連桿對上。亦即，連接軸承的共用轉 動軸31不再與外並聯連桿對17、18的轉動軸交叉。反而，連接軸承每一個置放成它們的內軸承(如第3D圖中的內軸承21A)繞著與第二轉動軸40交叉的一軸轉動。如熟習本行業技藝人士將容易決定的那樣(發現偏移-即軸40之間沿軸線33的距離直到與致動連桿18的轉動軸相交-應至少為致動連桿的長度乘以外臂連桿組相對於法線方向平行於軸40的平面的最大角度的正弦值)，該設計具有與連桿長度相比的所述偏移的適當尺寸。利用適當的偏移(例如致動連桿18的長度乘以sin(x)，其中x係外臂連桿組相對於法線方向平行於軸40的平面的最大容許轉動)，奇點將在工作空間之外(在z方向上允許的範圍與在控制系統中配置的最大允許x一致)，且第二運動鏈可以在外臂連桿的最伸出位置操作。

本發明不限於上述的實施例。各種替代型、修飾型和對等型可被使用。顯示在不同圖式中的原理當然可被組合，不僅本公開不限於上述實施例。可以使用各種替代，修改和等同物。當然，不同圖中所示的原理可以組合，不僅對於具體示出的運動鍊或實施例，而且對於技術人員而言在適用且顯而易見的臂結構的其他部分。因此，上述實施例不應視為限製本發明的範圍，本發明的範圍由所附權利要求限定。

1:內臂組合件

1A:中空連桿

10:接頭

12:連桿

14:接頭

161:接頭

18:致動連桿

2:槓桿

28:工具

29:第一轉動軸

3:軸桿

33:第三轉動軸

4:第一致動器

40:第二轉動軸

41:端末執行器平台

41A:樑

5:第二致動器

5b:第二致動器

50:第四致動器

500:機器人手臂

51:90度角齒輪

52:軸桿

53:軸承

57:槓桿

58:接頭

59:端末執行器轉動連桿

6:第三致動器

6b:第三致動器

6c:外殼

60:垂直軸桿

61:槓桿

62:垂直軸桿

63:軸承

64A:定向傳動器

64B:定向傳動器

65:軸桿

66:軸承

67:軸承

68:樑

69:桿

70:桿

99:轉動軸

Claims (22)

1. 一種用於端末執行器動作的機器人手臂(500)，其中該機器人手臂包含：-一第一致動器(4)，設置來繞著一第一轉動軸(29、29A)轉動一內臂組合件(1)，該內臂組合件連接繞著一第二轉動軸(40)樞轉的一外臂連桿組(17、18；18)，該外臂連桿組連接一端末執行器平台(41)，藉此形成從該第一致動器至該端末執行器平台的一第一運動鏈，該第一運動鏈提供定位該端末執行器平台的一第一自由度；-一第二致動器(5；5b)，設置成繞著該第二轉動軸(40)轉動該外臂連桿組(17、18；18)，藉此形成從該第二致動器至該端末執行器平台的一第二運動鏈，該第二運動鏈提供定位該端末執行器平台的一第二自由度；-一第三致動器(6；6b，512)，設置來繞著一第三轉動軸(33；99)轉動一軸桿(3)，使得該外臂連桿組(17、18；18)經由一接頭(16；161)轉動，藉此形成從該第三致動器(6；6b)至該端末執行器平台的一第三運動鏈，該第三運動鏈提供定位該端末執行器平台的一第三自由度；-一第四致動器(50；150)以及一第四運動鏈，設置來傳輸該第四致動器的一移動至一端末執行器(28)的一對應的定向軸(65)，該第四運動鏈包含：一定向連桿組(52、57、59；202、204、207、209；284、286；251、256、258)，經由至少一個軸承(53、55；206)裝設至該內臂組合件，以及 一定向傳動器(64B、64A、216；64C、64D、64E；100、64A；281、279、275；260、262、264、266、271、270)，裝設至該端末執行器平台，其中該定向連桿組包含一端末執行器轉動連桿(59；209；258；281)以及接頭(58、60；208、210；257、259；257、259；282、280)，提供至少兩個自由度於該端末執行器轉動連桿的每一端末接頭。
2. 如申請專利範圍第1項之機器人手臂，其中該定向傳動器包含一至該端末執行器的連接裝置(65；65、216、27；216、514、27；65A；65C；65B、65C；65、390)，該連接裝置提供至少四個自由度於該端末執行器動作。
3. 如申請專利範圍第1項之機器人手臂，其中該定向傳動器(64B、64A、216；64C、64D、64E；100、64A；260、262、264、266、271、270)包含至少一個外齒輪機構(64B、64A；64C、64D、64E；100、64A；271、270)，該外齒輪機構配置來在一由該外齒輪機構所決定的角度範圍之內轉動該端末執行器(28)。
4. 如申請專利範圍第1項之機器人手臂，其中該定向連桿組(52、57、59；202、204、207、209；251、256、258)包含至少一個內齒輪機構(501、502、503、504、505)，該內齒輪機構係配置來在由該內齒輪機構所決定的一角度範圍之內轉動該端末執行器(28)而不被該外臂連桿組(17、18)的轉動限制。
5. 如申請專利範圍第1項之機器人手臂，其中該定向連桿組(284、286)以及該定向傳動器(281、279、275)係配置來繞著一定向軸(71)轉動該端末執行器而無轉動角度限制。
6. 如申請專利範圍第1項之機器人手臂，其中該第二運動鏈包含一內臂連 桿組，該內臂連桿組包含至少一個連桿(11、12；12)，該至少一個連桿(11、12；12)經由連接軸承(14；21、22)連接該外臂連桿組(17、18、19)，且其中該第二致動器(5)係設置來經由連接該至少一個連桿(11、12；12)的至少一個內連接接頭(10；9、10)移動該至少一個連桿(11、12；12)。
7. 如申請專利範圍第6項之機器人手臂，其中該外臂連桿組包含一連接該端末執行器平台(41)的一外並聯連桿對(17、18)，該內臂連桿組包含一連接該外臂連桿組的該外並聯連桿對(17、18)的內並聯連桿對(11、12)，且其中該第二運動鏈係設置來傳輸一槓桿(2)的轉動至該端末執行平台的一對應移動。
8. 如申請專利範圍第7項之機器人手臂，其中該外並聯連桿對(17、18)以及該等內並聯連桿對(11、12)利用該各自連桿(11、17；12、18)的每一連桿連接器的一個連接軸承(21、22)連接，且其中該連接軸承(21、22)的該等轉動軸(34、35；31)係與該等外並聯連桿對(17、18)的每一各自連桿的一軸向中心線成直角。
9. 如申請專利範圍第8項之機器人手臂，包含一剛性樑(25)，將該等連接軸承(21、22)彼此機械性地連接。
10. 如申請專利範圍第9項之機器人手臂，其中該內並聯連桿對(11、12)經由偏移樑(23、24)上的球窩接頭(13、14)裝設至該剛性樑(25)。
11. 如申請專利範圍第7至10項中任一項之機器人手臂，其中該第三運動鏈包含一內傳動器(3；362、360、353)，連接於該第三致動器(6)和該外並聯連桿對(17、18)的一致動連桿(18)之間。
12. 如申請專利範圍第7至10項中任一項之機器人手臂，包含沿著該外並聯連桿對(17、18)的該致動連桿(18)裝設的一連桿軸承(16C)，其中該連桿軸承(16C)的轉動軸與該外並聯連桿對的該致動連桿(18)的一中心相一致。
13. 如申請專利範圍第7至10項中任一項之機器人手臂，包含連接該外並聯連桿對(17、18)和該端末執行器平台(41)的端末執行器軸承(19、20)，其中該等端末執行器軸承的轉動軸(36、37)垂直於該外並聯連桿對的中心。
14. 如申請專利範圍第8項之機器人手臂，其中該等端末執行器軸承(19、20)的該等轉動軸(36、37)與該等連接軸承(21、22)的該等轉動軸(34、35)平行。
15. 如申請專利範圍第7至10項中任一項之機器人手臂，包含連接該外並聯連桿對(17、18)的該等連桿和該內並聯連桿對(11、12)的該等連桿的連接軸承(21A、22A)，其中每一連接軸承(21A、22A)的一轉動軸與該外並聯連桿對(17、18)的該各自的連桿的該中心相一致。
16. 如申請專利範圍第7至10項中任一項之機器人手臂，其中該內連桿對(11、12)的該等連桿包含並聯連桿對(11A、11B；12A、12B)且這些並聯連桿對(11A、11B；12A、12B)與球窩接頭一起裝設在該外並聯連桿對(17、18)的每一側上。
17. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之機器人手臂，其中該內臂組合件(1)包含一中空臂連桿(1a)且該軸桿(3)與軸承一起軸向裝設於該中空臂連桿(1a)內，該軸桿(3)配置成利用該第三致動器(6) 轉動。
18. 如申請專利範圍第5至10項中任一項之機器人手臂，包含複數個定向連桿組(284、286)，每一該定向連桿包含一定向傳動器(281、279、275)，其中該複數個定向連桿組係設置成一對應的複數個同心輸出軸桿(275)可致動配置至該端末執行器平台的一個或數個端末執行器的數個端末執行器定向。
19. 如申請專利範圍第3、4以及6至10項中任一項之機器人手臂，包含複數個定向連桿(52、57、59；202、204,207、209；251、256、258)，每一該定向連桿與其連接的定向傳動器(64B、64A、216；64C、64D、64E；100、64A；260、262、264、266、271、270)係設置成每一對應的端末執行器定向係完成於配置至該端末執行器平台上的一個或數個端末執行器。
20. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之機器人手臂，包含裝設至該端末執行器平台(41)的至少兩個定向傳動器(64A、64B；270、271；293、294；315、316；311、312、313)，且其中該至少兩個定向傳動器中得一個的一外齒輪機構(64B、64A；64C、64D、64E；100、64A；271、270)係配置來轉動該至少兩個定向傳動器(270、271；293、294；315、316；311、312、313)中之至少該另一個。
21. 如申請專利範圍第2至10項中任一項之機器人手臂，包含一第五致動器(250)以及一又一第五運動鏈，設置來傳輸該第五致動器(250)的一移動至經由該至少一個另一定向傳動器配置至該端末執行器平台上的該端末執行器(28)的一對應的移動。
22. 如申請專利範圍第2至10項中任一項之機器人手臂，包含至少一個又一致動器(50；150；250；285)以及至少一個又一運動鏈，設置來傳輸該至少一個又一致動器得一移動至配置在該端末執行器平上的該端末執行器得一各自移動，這提供至少六個自由度於該端末執行器動作。

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