TWI778891B

TWI778891B - 機械手臂裝置

Info

Publication number: TWI778891B
Application number: TW110147263A
Authority: TW
Inventors: 德拉馬; 林健安
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-09-21
Also published as: TW202325507A

Abstract

本發明之機械手臂裝置包含有一機械手臂、一線材組和一收線模組。機械手臂具有一基座、一第一臂和一第二臂，線材組鄰設於第一臂和第二臂，收線模組設於第一臂，並具有一滑軌、一滑塊和一復位彈性件，滑塊可上下滑移地設於滑軌並與線材組及復位彈性件相連接。藉由收線模組的配置，本發明之機械手臂裝置可以達到提升走線便利性、降低走線干涉度及節省配線時間的效果。

Description

機械手臂裝置

本發明與機械手臂有關，特別是指一種可提升走線便利性之機械手臂裝置

多軸機械手臂的開發應用對於節省人力、取代人力進入危險工作環境及提升精密加工品質等方面有很大的幫助。由於多軸機械手臂呈現快速且高度複雜的作動方式，所以在佈線上需要預留一段長度，以免線路因過度拉扯而損壞，但是也因此造成機械手臂在運轉時的空間需求變大，過長的線路也容易和周圍物件發生纏繞或干涉的情況。

US 10,989,282專利案所揭露的電纜收縮系統具有一個導輪和一組恆力彈簧總成，當機械手臂的作動角度拉動電纜時，導輪會被電纜推動而沿著導軌往前位移，在導輪往前位移的過程中會同時抵抗恆力彈簧所提供的彈力；反之，當機械手臂的作動角度鬆放電纜時，恆力彈簧所提供的彈力會帶動導輪往後位移，使導輪在後退的過程中同時將鬆弛的電纜收緊。

US 9,399,299專利案所揭露的導引系統具有一個底座與一個配置供應管線之托架構件，其中的托架構件可以在轉向位置和回動位置之間位移，導引系統更具有一個用以促使托架構件自動回到回動位置之回動裝置，當機械手臂的作動角度拉動托架構件時，變向元件會被托架構件推動而沿著導軌往前位移，在托架構件往前位移的過程中會同時抵抗回動裝置所提供的回動力；反之，當機械手臂的作動角度鬆放托架構件時，回動裝置所提供的回動力會帶動托架構件回到回動位置。

然而，前述二個專利文獻皆具有體積大且成本高的問題，因為體積大的關係，可能會限縮機械手臂的運動範圍和降低機械手臂的轉動慣量，因此在結構上仍有改善的空間。

本發明之主要目的在於提供一種機械手臂裝置，其能提升走線便利性和降低走線干涉度，並節省運轉空間。

為了達成上述主要目的，本發明之機械手臂裝置包含有一組機械手臂、一條線材組，以及一收線模組。該機械手臂具有一個基座、一個第一臂和一個第二臂；該線材組鄰設於該機械手臂之該第一臂和該機械手臂之該第二臂，該線材組之一端固定於該機械手臂之該第二臂；該收線模組設於該機械手臂之該第一臂，並具有一個滑軌、一個滑塊和一個復位彈性件，該滑塊可上下滑移地設於該滑軌並該線材組及該復位彈性件相連接。

由上述可知，該線材組會根據該機械手臂的作動角度而被拉動或鬆放，當該機械手臂拉動該線材組時，該線材組透過該滑塊沿著該滑軌往上位移，並同時蓄積該復位彈性件的彈性回復力；反之，當該機械手臂鬆放該線材組時，該復位彈性件所產生的彈性回復力會帶動該滑塊往下位移，並拉動該線材組，使其復歸原位。換言之，藉由該收線模組所提供的自動收線功能，使該線材組在被拉動或鬆放的過程中都能緊鄰於該機械手臂，除了可以避免該線材組干涉到周圍物件，還能節省該機械手臂在運轉時所需要的空間，進而提升走線便利性。

較佳地，該線材組具有一線材及一包覆該線材的配線導管，該配線導管之一端固定於該機械手臂之該基座，該配線導管之另一端固定於該機械手臂之該第二臂的前端。

較佳地，該機械手臂還具有一第一關節座及一第二關節座，該第一關節座樞設於該基座之頂端，該第一臂之底端樞設於該第一關節座，該第二關節座樞設於該第一臂之頂端，該第二臂之後端樞設於該第二關節座。

較佳地，該收線模組還具有一護蓋及一導管固定件，該護蓋設於該機械手臂之該第一臂，該滑軌設於該護蓋內，該導管固定件連接該滑塊和該配線導管，該復位彈性件之頂底二端分別固定於該導管固定件和該護蓋。

較佳地，該導管固定件具有一個定位板與一個扣環，該定位板連接該滑塊和該復位彈性件之頂端，該扣環設於該定位板且固定該配線導管。藉此，該導線固定件透過該扣環帶動該配線導管上下位移。

較佳地，該定位板具有一個第一定位部、一個第二定位部和一個第三定位部，該第二定位部和該第三定位部垂直連接該第一定位部之二相對側邊，該第一定位部連接該滑塊，該第二定位部連接該扣環，該第三定位部連接該復位彈性件之頂端，且該第三定位部的長度大於該滑塊的長度，如此可以縮短該復位彈性件的無效行程。

較佳地，該第一臂之底端相對於一第一旋轉中心相對該第一關節座樞轉，該第二關節座相對於一第二旋轉中心相對該第一臂樞轉，該第一旋轉中心與該第二旋轉中心之間的最短距離所形成的連線平行該滑塊之運動軌跡。藉由上述技術特徵，可提升該滑塊的作動穩定度。

較佳地，該配線導管之一端固定於一導管固定頭，該導管固定頭可轉動地設於一保持架，該保持架連接於一末端連接座，該末端連接座樞設於一第三關節座，該第三關節座樞設於該第二臂之前端。藉由該導管固定頭的可旋轉設計，可避免該配線導管在該第二臂的作動過程中受力扭轉而損壞。

較佳地，該滑軌固設於一個滑軌固定座，該滑軌固定座設於該護蓋。藉此，該收線模組可以一整個從該機械手臂拆下來，以實現模組化的效果。

較佳地，該滑軌固設於一個滑軌固定座，該滑軌固定座固設於該機械手臂之該第一臂，使該滑軌固定座與該第一臂形成一體式結構，以提升結構強度。

較佳地，該收線模組更具有二個擋片及二個導輪，其中一該擋片固設於該護蓋之頂端，該等導輪可拆卸地設於該等擋片之間並允許該配線導管穿過該等導輪之間。藉此，一方面對該配線導管提供導引及限位效果，另一方面，藉由拆卸一該導輪，使該配線導管方便進行拆換。

較佳地，該復位彈性件的拉伸力介於0.8kg-1.3kg之間，若低於0.8kg，在該機械手臂快速作動時，該配線導管的回收會不夠快，若高於1.3kg，容易造成馬達的負載上升，導致該配線導管及其內部的線材受損。

較佳地，該滑塊的行程介於320mm-400mm，如此可因應該機械手臂在多軸旋轉角度的作動。

有關本發明所提供對於機械手臂裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

申請人首先在此說明，於整篇說明書中，包括以下介紹的實施例以及申請專利範圍的請求項中，有關方向性的名詞皆以圖式中的方向為基準。其次，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之元件標號，代表相同或近似之元件或其結構特徵。

請先參閱圖1，本發明第1實施例之機械手臂裝置10包含有一組機械手臂20、一條線材組以及一個收線模組40。

機械手臂20在本實施例中為六軸機械手臂，但不以此為限。機械手臂20具有一個基座21、一個第一關節座22、一個第一臂23、一個第二關節座24、一個第二臂25、一個第三關節座26和一個末端連接座27。第一關節座22以可轉動的方式樞設於基座21之頂端；第一臂23之底端以可上下樞轉的方式設於第一關節座22；第二關節座24以可上下樞轉的方式設於第一臂23之頂端；第二臂25之後端以可轉動的方式設第二關節座24；第三關節座26以可上下樞轉的方式設於第二臂25之前端；末端連接座27以可轉動的方式樞設於第三關節座26。

線材組具有一線材（圖未示）及一包覆線材的配線導管30，前述的線材可為(但不限於)傳輸電力的電線、傳輸訊號的訊號線或著電線和訊號線的組合，配線導管30在材質方面以可伸縮的彈性管材為主，例如塑膠浪管。配線導管30以其一端固定於機械手臂20之基座21，接著反折180度後固定於機械手臂20之第一關節座22，然後沿著機械手臂20之第一臂23的後側面往上延伸，再沿著機械手臂20之第二臂25的右側面往前延伸，最後以其另一端穿接於一個可原地轉動之導管固定頭32，導管固定頭32固設於一個保持架34，保持架34以其一端鎖固於末端連接座27。值得一提的是，也可以使用束帶取代配線導管30，只要可將線材固定的結構即可。

如圖4及圖5所示，收線模組40具有一護蓋41、一個滑軌固定座50、一滑軌51、一滑塊52、一導管固定件60和一復位彈性件70，其中:

護蓋41具有一個前蓋42、一個後蓋43、一個上端蓋44、一個下端蓋45、一個上支撐架46和一個下支撐架47，其中，前蓋42具有一個第一側板422、一個相對第一側板422之第二側板424及一個連接第一側板422和第二側板424之第一連接板426，第一連接板426的頂底二端分別具有一個上嵌槽427和一個下嵌槽428；後蓋43具有一個第三側板432、一個第四側板434及一個連接第三側板432和第四側板434之第二連接板436，後蓋43之第三側板432疊設於前蓋42之第一側板422且透過滑軌固定座50固定在一起，後蓋43之第四側板434和前蓋42之第二側板424之間具有一間隙48；上端蓋44組裝於前蓋42之頂端與後蓋43之頂端；下端蓋45組裝於前蓋42之底端與後蓋43之底端；上支撐架46嵌設於前蓋42之上嵌槽427內且固定於滑軌固定座50之頂端；下支撐架47嵌設於前蓋42之下嵌槽428內且固定於滑軌固定座50之底端。如圖3所示，護蓋41利用螺絲鎖固的方式將上支撐架46和下支撐架47組裝於機械手臂20之第一臂23。

滑軌51設於護蓋41內且固定於滑軌固定座50，滑塊52可上下滑移地組設於滑軌51。

導管固定件60具有一個定位板61，定位板61具有一個第一定位部62、一個第二定位部63和一個第三定位部64，第二定位部63和第三定位部64一體地垂直連接第一定位部62之二相對側邊。如圖5所示，定位板61以第一定位部62連接滑塊52，使定位板61能與滑塊52同步作動，定位板61之第二定位部63經由間隙48伸出護蓋41外。此外，導管固定件60更具有一個扣環65，扣環65一方面連接定位板61之第二定位部63且位於護蓋41外，另一方面扣住配線導管30，使扣環65能與定位板61和配線導管30同步作動。

復位彈性件70（在此以拉伸彈簧為例）之頂端固定於一根第一螺栓71，第一螺栓71鎖設於定位板61之第三定位部64的頂端，復位彈性件70之底端固定於一根第二螺栓72，第二螺栓72鎖設於一個擋片73，擋片73固定於滑軌固定座50之底端。藉此，定位板61跟著滑塊52沿著滑軌51往上位移時，復位彈性件70即可被定位板61所拉伸以蓄積彈性回復力。在此值得一提的是，如圖5所示，定位板61之第三定位部64的長度大於滑塊52的長度，如此可以縮短復位彈性件70的無效行程。

由上述可知，在機械手臂20作動的過程中，配線導管30會根據機械手臂20的作動角度而被拉動或鬆放。當配線導管30被拉動時，如圖6及圖7所示，配線導管30會透過扣環65帶動滑塊52沿著滑軌51往上位移，並同時透過定位板61拉伸復位彈性件70，以蓄積復位彈性件70的彈性回復力，一旦機械手臂20鬆放配線導管30時，復位彈性件70的彈性回復力會透過定位板61帶動滑塊52往下位移，並同時透過扣環65拉動配線導管30，使其復歸原位，如此不斷地進行收放，直到機械手臂20停止作動為止。在持續收放的過程中，配線導管30都會緊鄰於機械手臂20之第一臂23和第二臂25，不但可以避免配線導管30和周圍物件干涉，還可以節省機械手臂20的運轉空間。

另外需要補充說明的是，如圖8所示，第一臂23之底端相對於一第一旋轉中心P1相對第一關節座22樞轉，第二關節座24相對於一第二旋轉中心P2相對第一臂23樞轉，第一旋轉中心P1與第二旋轉中心P2之間的最短距離所形成的連線L平行滑塊52之運動軌跡，使滑塊52能穩定作動，並且在作動過程中達到整線效果。其次，由於配線導管30會根據機械手臂20的作動角度而被拉伸，一旦配線導管30被拉伸，滑塊52會沿著滑軌51往上位移，亦即，滑塊52的行程會取決於配線導管30被拉伸的長度，在本實施例中，滑塊52的行程介於320mm-400mm，如此即可因應配線導管30的最大拉伸長度，配線導管30的最大拉伸長度通常是發生在第二臂25旋轉90度且第三關節座26旋轉120度且末端連接座27旋轉360度的狀況下。此外，復位彈性件70的拉伸力在本實施例中介於0.8kg-1.3kg之間，若低於0.8kg，在機械手臂20快速作動時，配線導管30的回收會不夠快，進而影響後續的收放，若高於1.3kg，容易造成馬達的負載上升，導致配線導管30及其內部的線材受損。

請繼續參閱圖9及圖10，本發明第2實施例更提供二個擋片80及二個導輪81、82，其中一個擋片80固定於護蓋41之頂端，各導輪81、82分別以一根輪軸83樞設於二個擋片80之間，其中一根輪軸83之二端分別以一個螺帽84和一個C形扣85進行固定，另外一根輪軸83之二端分別以一個螺帽86和一個螺絲87進行固定。藉此，二個導輪81、82之間允許配線導管30穿過，一方面對配線導管30提供導引及限位效果，另一方面，藉由拆卸導輪82，使配線導管30及其內部線材方便進行維修更換。

請再參閱圖11及圖12，本發明第3實施例所提供之收線模組90與上述第1實施例大致相同，主要差異在於第1實施例所提供的收線模組40是以模組化的方式外掛於第一臂23，至於在第3實施例中，滑軌固定座91以一體成形的方式設於第一臂23，護蓋92以螺絲鎖固的方式設於第一臂23且將滑軌固定座91蓋住，如此可以進一步提升結構強度。至於走線模組90的其他元件（例如滑軌51、滑塊52、導管固定件60和復位彈性件70）與上述第1實施例相同，在此容不贅述其結構關係及作動原理。

綜上所陳，本發明之機械手臂裝置10藉由收線模組40、90所提供的收線功能，使線材組（配線導管30）在被拉伸或鬆放的過程中盡可能的服貼於機械手臂20的外表面，除了讓整體結構外觀更加簡潔以外，還能避免線材組（配線導管30）干涉到周圍物件和節省機械手臂20在運轉時所需要的空間，進而提升走線便利性。

10:機械手臂裝置 20:機械手臂 21:基座 22:第一關節座 23:第一臂 24:第二關節座 25:第二臂 26:第三關節座 27:末端連接座 30:配線導管 32:導管固定頭 34:保持架 40:收線模組 41:護蓋 42:前蓋 422:第一側板 424:第二側板 426:第一連接板 427:上嵌槽 428:下嵌槽 43:後蓋 432:第三側板 434:第四側板 436:第二連接板 44:上端蓋 45:下端蓋 46:上支撐架 47:下支撐架 48:間隙 50:滑軌固定座 51:滑軌 52:滑塊 60:導管固定件 61:定位板 62:第一定位部 63:第二定位部 64:第三定位部 65:扣環 70:復位彈性件 71:第一螺栓 72:第二螺栓 73:擋片 P1:第一旋轉中心 P2:第二旋轉中心 L:連線 80:擋片 81:導輪 82:導輪 83:輪軸 84:螺帽 85:C形扣 86:螺帽 87:螺絲 90:收線模組 91:滑軌固定座 92:護蓋

圖1為本發明第1實施例之機械手臂裝置的立體圖。圖2為本發明第1實施例之機械手臂裝置在另一視角的立體圖。圖3為本發明第1實施例之機械手臂裝置的局部立體分解圖。圖4為本發明第1實施例之機械手臂裝置所提供的收線模組的立體圖。圖5為本發明第1實施例之機械手臂裝置所提供的收線模組的立體分解圖。圖6為本發明第1實施例之機械手臂裝置的後視局部剖視圖。圖7類同圖6，主要顯示滑塊沿滑軌上移的狀態。圖8為本發明第1實施例之機械手臂裝置的側視局部剖視圖。圖9為本發明第2實施例之機械手臂裝置的立體圖。圖10為本發明第2實施例之機械手臂裝置的局部立體分解圖。圖11為本發明第3實施例之機械手臂裝置的立體圖。圖12為本發明第3實施例之機械手臂裝置的局部立體分解圖。

10:機械手臂裝置

20:機械手臂

21:基座

22:第一關節座

23:第一臂

24:第二關節座

25:第二臂

26:第三關節座

27:末端連接座

30:配線導管

32:導管固定頭

34:保持架

40:收線模組

Claims

一種機械手臂裝置，包含：一機械手臂，具有一基座、一第一臂和一第二臂；一線材組，鄰設於該機械手臂之該第一臂和該機械手臂之該第二臂，該線材組之一端固定於該機械手臂之該第二臂；以及一收線模組，設於該機械手臂之該第一臂，該收線模組具有一滑軌、一滑塊和一復位彈性件，該滑塊可上下滑移地設於該滑軌並與該線材組及該復位彈性件相連接；其中，該線材組具有一線材及一包覆該線材的配線導管，該配線導管之一端固定於該機械手臂之該基座，該配線導管之另一端固定於該機械手臂之該第二臂的前端；其中，該收線模組更具有一護蓋及一導管固定件，該護蓋設於該機械手臂之該第一臂，該滑軌設於該護蓋內，該導管固定件連接該滑塊和該配線導管，該復位彈性件之頂底二端分別固定於該導管固定件和該護蓋；其中，該收線模組更具有二擋片及二導輪，其中一該擋片固設於該護蓋之頂端，該等導輪可拆卸地樞設於該等擋片之間並允許該配線導管穿過該等導輪之間。
如請求項1所述之機械手臂裝置，其中，該機械手臂還具有一第一關節座及一第二關節座，該第一關節座樞設於該基座之頂端，該第一臂之底端樞設於該第一關節座，該第二關節座樞設於該第一臂之頂端，該第二臂之後端樞設於該第二關節座。
如請求項2所述之機械手臂裝置，其中，該第一臂之底端相對於一第一旋轉中心相對該第一關節座樞轉，該第二關節座相對於一第二旋轉中心相對該第一臂樞轉，該第一旋轉中心與該第二旋轉中心之間的最短距離所形成的連線平行該滑塊之運動軌跡。
如請求項1所述之機械手臂裝置，其中，該導管固定件具有一定位板與一扣環，該定位板連接該滑塊和該復位彈性件之頂端，該扣環設於該定位板且固定該配線導管。
如請求項4所述之機械手臂裝置，其中，該定位板具有一第一定位部、一第二定位部和一第三定位部，該第二定位部和該第三定位部垂直連接該第一定位部之二相對側邊，該第一定位部連接該滑塊，該第二定位部連接該扣環，該第三定位部連接該復位彈性件之頂端，且該第三定位部的長度大於該滑塊的長度。
如請求項1所述之機械手臂裝置，其中，該配線導管之一端設於一可轉動之導管固定頭，該導管固定頭固設於一保持架，該保持架連接於一末端連接座，該末端連接座樞設於一第三關節座，該第三關節座樞設於該第二臂之前端。
如請求項1所述之機械手臂裝置，其中，該滑軌固設於一滑軌固定座，該滑軌固定座設於該護蓋。