TWM454913U

TWM454913U - 機械手臂

Info

Publication number: TWM454913U
Application number: TW101220313U
Authority: TW
Inventors: Zhao-Shu Liu; Guan-Zhi Lin
Original assignee: Univ Nat Kaohsiung Applied Sci
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-06-11

Description

機械手臂

本創作係屬一種機械手臂之技術領域，尤指一種改變機構重量之配置方式，使本身結構設計可降低轉動所需力矩，並改善水平移動之機構，使其成本降低並可達成快速穩定移動之要求。

按，機械手臂的應用場合及範圍不勝枚舉，以工業機械手臂而言，常用於載重、精密定位及快速移動等廠合，因此機械臂之穩定度、準確性、速度等性能就成了重要的關鍵。一般機械手臂的結構，採用高剛性材質，並搭配大減速比之減速機及採用較大扭力之馬達等，所以成本高較不符合經濟效益。另外，影像開發微近期發展的趨勢，早期機械手臂於伺服系統上需要裝設不少感測元件，裝設太多的零件組裝、維修之拆卸都會增加複雜性，且會造成成本的提高。

由上所述，本創作人有鑑於習知機械手臂的缺點，藉由多年經驗進行設計，並經過多次研究與修正，終於創作出一種機械手臂。

習知的機械手臂有下列缺點：

一、採用高剛性材質，搭配大減速比之減速機及採用較大扭力之馬達，導致成本較高之缺點。

二、伺服系統上需要裝設不少感測元件，感測元件的組裝維修等，都會導致成本的提高。

本創作提供一種機械手臂，其係包括：一平台，該平台上之左、右兩側間設有一滑軌；一滑座，該滑座藉由數滾輪滑設於滑軌上，使得該滑座能在平台左、右兩側間移動，該滑座上設有四隔板，使得滑座上形成一第一區域、一第二區域及一第三區域；其中該第一區域及第三區域分別設至有一減速齒輪組，而該第一區域、第二區域及第三區域上方設有一穿設各隔板之轉動桿，該轉動桿則由第一區域及第二區域之減速齒輪組分別帶動正轉與反轉；其中該轉動桿位於第一區域之位置上設有一剎車器，且該轉動桿位於第一區域及第三區域之外側設有一編碼器；另該第二區域設有一支撐座，該支撐座兩側邊分別設有一朝上且往前方微微傾斜之支撐臂，該兩支撐臂由轉動桿穿設並於其間設有第一皮帶輪，該兩支撐臂之頂端間則設有一傳動桿，該傳動桿上設有一第二皮帶輪，並於第一皮帶輪及第二皮帶輪間繞設有一皮帶，另該傳動桿兩側分別樞設有一活動臂，該活動臂再朝下設有一夾具，使得該減速齒輪組與該活動臂形成傳動，而能帶動活動臂朝上或朝下轉動；一鍊條傳動組，該鍊條傳動組包括有一設於平台下方之可調式馬達，且於平台左、右兩側各設有一鍊輪，該鍊輪連接有一編碼器；其中該鍊條由可調式馬達所驅動，並使該鍊條之兩端分別伸張至平台左、右兩側之鍊輪，且該鍊條兩端之端部分別伸張並固接於滑座之左、右兩側下緣，而能由可調式馬達驅動鍊條並帶動滑座移動；以及，一鏡頭，該鏡頭裝設於夾具前端，並連接至一電腦作為回授信號之一用來辨識特定物體之位置，並可定位及追蹤目標物，影像畫面由鏡頭擷取後經由USB傳至電腦執行影像辨識並計算出與目標物之誤差量，藉由計算出之誤差量再經由電腦傳送命令與機械手臂，使其移動至目標點，如此反覆循環達成機械手臂自主追蹤目標物之功能。

根據上述之設計，本創作之該減速齒輪組包括：一第一桿體，該第一桿體分別設於第一區域及第三區域(間之下方，該第一傳動桿上設有一傘齒輪組及一第一齒輪，該傘齒輪組由一馬達進行驅動；其中該第三區域外側設有一位於第一桿體上之第一剎車器；一第二桿體，該第二桿體上設有一與第一齒輪嚙合之第二齒輪而能藉由第一齒輪傳動；以及，一第三齒輪，該第三齒輪係設於轉動桿上並與第二齒輪形成嚙合。

根據上述之設計，本創作之該支撐座包括有一凹口朝上之弧形本體，該弧形本體之後方朝上延伸形成一弧口朝下之第一弧形部再延伸形成一弧口朝上之第二弧形部，並使該第二弧形部位於弧形本體之中段處，且讓轉動桿剛好穿設於第二弧形部上方之弧口中；另該弧形本體之上緣設有一第一滾輪，並使該第一滾輪架設於兩支撐臂之間；又該第一弧形部與第二弧形部相接處之下緣設有一第二滾輪，並使該第二滾輪架設於兩支撐臂間。

根據上述之設計，本創作之該兩活動臂係設有第一活動桿，該第一活動桿係穿設於活動臂外側並分別裝設有一小齒輪與一編碼器，且該活動臂間藉由一ㄩ形體樞接上述之該夾具，並藉由一第二活動桿穿設於活動臂及ㄩ形體，而能於第二活動桿之外設設一大齒輪與小齒輪形成嚙合。

根據上述之設計，本創作之該鏡頭為CCD鏡頭。

本創作提供一種機械手臂，係利用低成本之材料進行結構上的設計，並改變機構重量之配置方式，使本身結構設計可降低轉動所需力矩，並改善水平移動之機構，使其成本降低並可達成快速穩定移動之要求；且以視覺感測取代裝設過多的感測器，可減少成本。

本創作係提供一種機械手臂，請參閱第一圖至第五圖所示，其係包括：

一平台(10)，該平台(10)上之左、右兩側間設有一滑軌(101)。

一滑座(20)，該滑座(20)藉由數滾輪(201)滑設於滑軌(101)上，使得該滑座(20)能在平台(10)左、右兩側間移動，該滑座(20)上設有四隔板(202)，使得滑座(20)上形成一第一區域(203)、一第二區域(204)及一第三區域；其中該第一區域(203)及第三區域(205) 分別設至有一減速齒輪組(206)，而該第一區域(203)、第二區域(204)及第三區域(205)上方設有一穿設各隔板(202)之轉動桿(207)，該轉動桿(207)則由第一區域(203)及第二區域(204)之減速齒輪組(206)分別帶動正轉與反轉；其中該轉動桿(207)位於第一區域(203)之位置上設有一剎車器(208)，且該轉動桿(207)位於第一區域(203)及第三區域(205)之外側設有一編碼器(209)。另該第二區域(204)設有一支撐座(210)，該支撐座(210)兩側邊分別設有一朝上且往前方微微傾斜之支撐臂(211)，該兩支撐臂(211)由轉動桿(207)穿設並於其間設有第一皮帶輪(212)，該兩支撐臂(211)之頂端間則設有一傳動桿(213)，該傳動桿(213)上設有一第二皮帶輪(214)，並於第一皮帶輪(212)及第二皮帶輪(214)間繞設有一皮帶(215)，另該傳動桿(213)兩側分別樞設有一活動臂(216)，該活動臂(216)再朝下設有一夾具(217)，使得該減速齒輪組(206)與該活動臂(216)形成傳動，而能帶動活動臂(216)朝上或朝下轉動。

一鍊條傳動組(30)，該鍊條傳動組(30)包括有一設於平台(10)下方之可調式馬達(301)，且於平台(10)左、右兩側各設有一鍊輪(303)，該鍊輪(303)連接有一編碼器(304)；其中該鍊條(302)由可調式馬達(301)所驅動，並使該鍊條(302)之兩端分別伸張至平台(10)左、右兩側之鍊輪(303)，且該鍊條(302)兩端之端部分別伸張並固接於滑座(20)之左、右兩側下緣，而能由可調式馬達(301)驅動鍊條(302)並帶動滑座(20)移動。

上述之該減速齒輪組(206)分別包括：

一第一桿體(2061)，該第一桿體(2061)分別設於第一區域(203)及第三區域(205)間之下方，該第一桿體(2061)上設有一傘齒輪組(2062)及一第一齒輪(2063)，該傘齒輪組(2062)由一馬達(2064)進行驅動；其中該第三區域(205)外側設有一位於第一桿體(2061)上之第一剎車器(2065)。

一第二桿體(2066)，該第二桿體(2066)上設有一與第一齒輪(2063)嚙合之第二齒輪(2067)而能藉由第一齒輪(2063)傳動；

一第三齒輪(2068)，該第三齒輪(2068)係設於轉動桿(207)上並與第二齒輪(2067)形成嚙合。

上述之該支撐座(210)包括有一凹口朝上之弧形本體(2101)，該弧形本體(2101)之後方朝上延伸形成一弧口朝下之第一弧形部(2102)再延伸形成一弧口朝上之第二弧形部(2103)，並使該第二弧形部(2103)位於弧形本體(2101)之中段處，且讓轉動桿(207)剛好穿設於第二弧形部(2103)上方之弧口中；另該弧形本體(2101)之上緣設有一第一滾輪(2104)，並使該第一滾輪(2104)架設於兩支撐臂(211)之間；又該第一弧形部(2102)與第二弧形部(2103)相接處之下緣設有一第二滾輪(2105)，並使該第二滾輪(2105)架設於兩支撐臂(211)間。

上述之該兩活動臂(216)係設有第一活動桿(2161)，該第一活動桿(2161)係穿設於活動臂(216)外側並分別裝設有一小齒輪(2162)與一編碼器(2163)，且該活動臂間(216)藉由一ㄩ形體(2164)樞接上述之該夾具(217)，並藉由一第二活動桿(2165)穿設於活動臂(216)及ㄩ形體(2164)，而能於第二活動桿(2165)之外設設一大齒輪(2166)與小齒輪(2162)形成嚙合。

藉由上述之設計，本創作機械手臂之鍊條傳動組(30)作動，係由可調式馬達(301)驅動鍊條(302)，再由鏈條(302)傳動拉動滑座(20)，而能控制滑座(20)左、右移動到所需之位置。

而本創作之支撐臂(211)作動，係由減速齒輪組(206)之馬達(2064)驅動傘齒輪組(2062)，再依序傳動第一齒輪(2063)、第二齒輪(2067)及第三齒輪(2068)，而使轉動桿(207)轉動，並由第一皮帶輪(212)帶動皮帶(215)及第二皮帶輪(214)，使活動臂(216)形成傳動，而能帶動活動臂(216)朝上或朝下轉動。

上述本創作之編碼器(209)、(2163)、(304)用來做為各軸之位置回授信號，為增量式光學編碼器，基本功能為每3600pulse，而本創作使用上將編碼器做四倍頻，每區基本功能為每14400pulse，本創作之編碼器(209)、(2163)、(304)能換算成實際運動距離及可轉換成目前所轉動的角度值。

另外，可將一CCD鏡頭(40)裝設於夾具(217)前端，並連接至一電腦(50)，作為回授信號之一用來辨識特定物體之位置，並可定位及追蹤目標物，影像畫面由CCD鏡頭(40)擷取後經由USB傳至電腦(50)執行影像辨識並計算出與目標物之誤差量，藉由計算出之誤差量再經由電腦(50)傳送命令與機械手臂，使其移動至目標點，如此反覆循環達成機械手臂自主追蹤目標物之功能。

由於本創作利用低成本之材料進行結構上的設計，並改變機構重量之配置方式，使本身結構設計可降低轉動所需力矩，並改善水平移動之機構，使其成本降低並可達成快速穩定移動之要求；且以視覺感測取代裝設過多的感測器，可減少成本。

歸納上述所說，本創作同時具有上述眾多效能與實用價值，並可有效的提升整體效益，因此本創作確實為一創意極佳之創作，且在相同技術領域中未見相同或近似之產品公開使用，應已符合創作專利之要件，乃依法提出申請，並請賜與本創作專利。

(10)‧‧‧平台

(101)‧‧‧滑軌

(20)‧‧‧滑座

(201)‧‧‧滾輪

(202)‧‧‧隔板

(203)‧‧‧第一區域

(204)‧‧‧第二區域

(205)‧‧‧第三區域

(206)‧‧‧減速齒輪組

(2061)‧‧‧第一桿體

(2062)‧‧‧傘齒輪組

(2063)‧‧‧第一齒輪

(2064)‧‧‧馬達

(2065)‧‧‧第一剎車器

(2066)‧‧‧第二桿體

(2067)‧‧‧第二齒輪

(2068)‧‧‧第三齒輪

(207)‧‧‧轉動桿

(208)‧‧‧剎車器

(209)‧‧‧編碼器

(210)‧‧‧支撐座

(2101)‧‧‧弧形本體

(2102)‧‧‧第一弧形部

(2103)‧‧‧第二弧形部

(2104)‧‧‧第一滾輪

(2105)‧‧‧第二滾輪

(211)‧‧‧支撐臂

(212)‧‧‧第一皮帶輪

(213)‧‧‧傳動桿

(214)‧‧‧第二皮帶輪

(215)‧‧‧皮帶

(216)‧‧‧活動臂

(2161)‧‧‧第一活動桿

(2162)‧‧‧小齒輪

(2163)‧‧‧編碼器

(2164)‧‧‧ㄩ形體

(2165)‧‧‧第二活動桿

(2166)‧‧‧大齒輪

(217)‧‧‧夾具

(30)‧‧‧鍊條傳動組

(301)‧‧‧可調式馬達

(302)‧‧‧鍊條

(303)‧‧‧鍊輪

(304)‧‧‧編碼器

(40)‧‧‧CCD鏡頭

(50)‧‧‧電腦

第一圖係本創作之立體組合圖。

第二圖係本創作之局部結構放大立體圖。

第三圖係本創作之左右移動操作示意圖。

第四圖系本創作角度伸展操作示意圖。

第五圖係本創作配合一連結電腦的鏡頭使用之實施例圖。