TWM540031U

TWM540031U - 機械手臂裝置

Info

Publication number: TWM540031U
Application number: TW105218396U
Authority: TW
Inventors: 林信璋; 王國漲; 吳仁煒; 吳添財; 巫萬枝; 黃安弘
Original assignee: 台灣日立股份有限公司
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2017-04-21

Description

機械手臂裝置

本新型創作係關於一種機械手臂裝置，特別關於一種可提供至少二個滑移運動及二個旋轉運動的機械手臂裝置。

市面上的機械手臂，普遍由多軸關節所組成，例如：六軸關節型機械手臂，藉由六個旋轉軸以及六個機械臂彼此連動，以達到在三維空間中自由操作的目的。

然而，六軸關節型機械手臂是將第二至第六旋轉軸以及機械臂附加於第一機械臂上，使得所有的重量負荷累積於第一機械臂上，且機械手臂於操作時機械臂轉角的誤差會累積，使得位置精度較難控制。

有鑑於此，如何改善上述缺失，乃為業界有待解決的問題。

本新型創作之一目的在於提供一種機械手臂裝置，其可提供至少二個滑移運動及二個旋轉運動，且於垂直軸上具有較佳的剛性及/或精度。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置包含一底座結構、一支撐結構、一旋轉結構以及一機械臂結構。該底座結構包含一固定座、一水平滑動台及一第一致動器，該水平滑動台及該第一致動器設置於該固定座上、且相互連接；該支撐結構包含一垂直支撐柱、垂直滑動台及一第二致動器，該垂直支撐柱固定地設置於該水平滑動台上，該垂直滑動台及該第二致動器設置於該垂直支撐柱上、且相互連接；該旋轉結構包含一承載座、一旋轉台及一第三致動器，該承載座固定地設置於該垂直滑動台上，該第三致動器設置於該承載座上，該旋轉台之一近端連接至該第三致動器；該機械臂結構包含一旋轉臂及一第四致動器，該旋轉臂與該第四致動器設置於該旋轉台、且相互連接，該旋轉臂之一近端更設置於該旋轉台之一遠端；其中，該旋轉臂及該旋轉台各具有垂直的一旋轉軸向。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該第一致動器包括一馬達、一傳動機構、一旋轉桿及一滑軌，該馬達及該旋轉桿藉由該傳動機構相互連接，該滑軌係設置於該固定座上，該水平滑動台連接該旋轉桿且可滑動地設置於該滑軌上。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該第二致動器包括一馬達、一傳動機構、一旋轉桿及一滑軌，該馬達及該旋轉桿藉由該傳動機構相互連接，該滑軌係設置於該垂直支撐柱上，該垂直滑動台連接該旋轉桿且可滑動地設置於該滑軌上。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該第三致動器包括一馬達、一減速機及一軸連接器，該馬達及該減速機藉由該軸連接器相互連接，該減速機更連接至該旋轉台。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該減速機包含一凸塊，該軸連接器具有一軸向貫穿孔，該馬達具有一馬達軸，該凸塊及該馬達軸分別從該軸連接器之兩側插置於該貫穿孔中。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該軸連接器更具有複數個徑向貫穿孔，而該等徑向貫穿孔從該軸連接器之一外緣面延伸至該軸向貫穿孔；該第三致動器更包含複數個固定銷，分別設置於該等徑向貫穿孔中，並抵靠該減速機。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該等徑向貫穿孔係等角度地分佈於該軸連接器之該外緣面上。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該第四致動器包括一馬達、一蝸桿及一蝸輪，該馬達及該蝸輪透過該蝸桿相互連接，且該馬達及該蝸輪分別設置於該旋轉台之該近端及該遠端。

為達上述目的，本新型創作所揭露的一種機械手臂裝置，其中，該第四致動器更包括一迫緊件，抵接該蝸桿。

藉此，本新型創作整體上至少能提供以下的有益效果：

1、垂直軸上的支撐結構設置於底座結構上，使得支撐結構可直接受力於底座結構；換言之，支撐結構之重量及負荷主要是沿著垂直軸來傳遞至底座結構，故支撐結構較不會朝水平軸撓曲。因此，與習知的多關節機械手臂相比，本機械手臂裝置整體上於垂直軸上具有較少的撓曲、變形。此外，支撐結構可設置成具有較佳的剛性(例如重量較大、截面積較大等)，以更減少撓曲的可能；然後，此較佳剛性的支撐結構不需擺動，故不需擔心支撐結構的擺動會造成其他構件的撓曲。

2、本機械手臂裝置主要是透過支撐結構的垂直滑動台來提供垂直運動，並不是如習知透過多個手臂的旋轉加總間接地提供之(此舉易有誤差累積的問題)，且機械臂及旋轉台之旋轉軸向皆為垂直者而非水平者，故本機械手臂裝置所提供的垂直運動有較佳之精度。

3、藉由軸連接器的徑向貫穿孔與固定銷，可校正減速機於軸連接器內的中心位置，使得減速機與軸連接器互相中心對準。此外，該等固定銷共同地抵靠減速機，故每一個固定銷所承受的力道較小，減少固定銷斷裂的可能性。另外，減速機部分地插置於軸連接器中，減少減速機佔據的空間。

4、藉由蝸桿及蝸輪的設置，可使馬達平放於旋轉臂上，減少馬達佔據的空間。此外，藉由迫緊件的設置，可減小蝸桿及蝸輪之間的背隙。

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。

10‧‧‧機械手臂裝置

100‧‧‧底座結構

110‧‧‧固定座

111‧‧‧上表面

112、312‧‧‧下表面

113、213‧‧‧側面

120‧‧‧水平滑動台

130‧‧‧第一致動器

131、231、340、440‧‧‧馬達

132、232‧‧‧傳動機構

133、233‧‧‧旋轉桿

134、234‧‧‧滑軌

200‧‧‧支撐結構

210‧‧‧垂直支撐柱

211‧‧‧前表面

212‧‧‧後表面

220‧‧‧垂直滑動台

221‧‧‧前表面

230‧‧‧第二致動器

300‧‧‧旋轉結構

310‧‧‧乘載座

313‧‧‧穿孔

314‧‧‧上端

315‧‧‧下端

320‧‧‧旋轉台

321‧‧‧近端

322‧‧‧遠端

323‧‧‧側邊

330‧‧‧第三致動器

341‧‧‧馬達軸

350‧‧‧減速機

351‧‧‧上部

352‧‧‧下部/凸塊

360‧‧‧軸連接器

361‧‧‧上側

362‧‧‧下側

363‧‧‧軸向貫穿孔

364‧‧‧外緣面

365‧‧‧徑向貫穿孔

370‧‧‧固定銷

380‧‧‧殼體

390‧‧‧固定件

400‧‧‧機械臂結構

410‧‧‧旋轉臂

420‧‧‧檔牆

430‧‧‧第四致動器

450‧‧‧蝸桿

451‧‧‧一端

452‧‧‧另一端

460‧‧‧蝸輪

470‧‧‧迫緊件

471‧‧‧凸柱

AA‧‧‧旋轉軸向

第1圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置的立體圖；第2圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置的另一立體圖；第3圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置的又一立體圖(殼體及固定件未顯示)；第4圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之軸連接器的立體圖；第5圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之第三致動器的平面爆炸圖；第6圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之第三致動器的平面組合圖；第7圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之第三致動器之軸連接器與固定銷的立體組合圖；第8圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之旋轉結構以及機械臂結構的立體示意圖(殼體未顯示)；及第9圖為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置之第四致動器之迫緊件的立體圖。

本新型創作之機械手臂裝置主要應用於工業製造上，例如：裝配、加工、熔接、切削、加壓、貨物搬運、檢測，亦可應用於農業耕種、軍事保全以及基礎建設等等，具有廣泛的用途。

請參閱第1圖及第2圖所示，其為依據本新型創作之較佳實施例之機械手臂裝置10之不同視角的立體圖。機械手臂裝置10可包含一底座結構100、一支撐結構200、一旋轉結構300以及一機械臂結構400，而該些元件的技術內容將依序說明如下。

底座結構100在結構上可包含一固定座110、一水平滑動台120及一第一致動器130，固定座110可固定於其他結構、裝置或地面(圖未示)上而保持固定、不相對移動，而水平滑動台120及第一致動器130皆設置於固定座110上，且相互連接。第一致動器130用以驅動水平滑動台120，使水平滑動台120沿水平軸(X軸)、相對於固定座110滑動。

在一種實施態樣中，第一致動器130可包含一馬達131、一傳動機構132、一旋轉桿133以及一滑軌134，馬達131設置於固定座110的下表面112，旋轉桿133(例如可為螺桿)位於固定座110的上方，而傳動機構132 (例如可為齒輪、皮帶輪、減速機等)則設置於固定座110的側面113，也就是，位於下方的馬達131與上方的旋轉桿133之間，連接有該傳動機構132。另，滑軌134固定地設置於固定座110的上表面111，而水平滑動台120則可滑動地設置於滑軌134上、並與旋轉桿133連接(例如水平滑動台120可包含一螺帽構件，供旋轉桿133穿設、齧合)。

藉此，馬達131之動力可經由傳動機構132傳遞至旋轉桿133，使旋轉桿133旋轉，進而導致水平滑動台120在滑軌134上滑動。

支撐結構200整體上設置於底座結構100的水平滑動台120上，與水平滑動台120一起滑動。支撐結構200於結構上可包含一垂直支撐柱210、一垂直滑動台220及一第二致動器230，垂直滑動台220及第二致動器230設置於垂直支撐柱210上，且相互連接，故第二致動器230用以驅動垂直滑動台220於垂直支撐柱210上、沿垂直軸(Z軸)滑動。

與第一致動器130的實施類似，第二致動器230可包含一馬達231、一傳動機構232、一旋轉桿233及一滑軌234，馬達231固定地設置於垂直支撐柱210的後表面212，旋轉桿233位於垂直支撐柱210相對於後表面212的前方，而傳動機構232則設置於垂直支撐柱210的側面213，也就是，位於後方的馬達231與前方的旋轉桿233之間，連接有傳動機構232。

另，滑軌234固定地設置於垂直支撐柱210的前表面211上，而垂直滑動台220可滑動地設置於滑軌234上，並與旋轉桿233連接。

藉此，馬達231之動力可經由傳動機構232傳遞至旋轉桿233，使旋轉桿233旋轉，進而使垂直滑動台220在滑軌234上滑動。

就XYZ三維空間而言，底座結構100之水平滑動台120的滑動方向是屬於X軸，而支撐結構200之垂直滑動台220的滑動方向屬於Z軸。

請配合參閱第3圖的機械臂裝置10的另一立體圖，其中，為方便審視旋轉結構300及機械臂結構400，部分構件被省略顯示(如第2圖所示的殼體380及固定件390)。旋轉結構300整體上設置於垂直滑動台220上，以與垂直滑動台220一起滑動，而旋轉結構300於結構上可包含一承載座310、一旋轉台320及一第三致動器330，第三致動器330用以驅動旋轉台320。

承載座310固定地設置於垂直滑動台220的前表面221，且承載座310於垂直軸上具有一穿孔313，第三致動器330可貫穿該穿孔313且固定地設置承載座310上。第三致動器330會從穿孔313的上端314及下端315露出，而自上端314露出的部分可與旋轉台320連接。

第三致動器330用以驅動旋轉台320，而與第一及第二致動器130、230不同的是，第三致動器330可包含一馬達340、一減速機350及一軸連接器360，軸連接器360位於減速機350及馬達340之間，與減速機350及馬達340連接。

詳細而言，請配合參閱第4圖至第6圖，軸連接器360為一中空構件，即具有一軸向貫穿孔363，以供減速機350及馬達340插置。減速機350包含可旋轉的一上部351及一下部352，下部352又包含一凸塊352；馬達340具有一馬達軸341。減速機350的凸塊352可從軸連接器360的上側361插設於軸向貫穿孔363中，而馬達軸341可從軸連接器360的下側362插設於軸向貫穿孔363中；換言之，凸塊352及馬達軸341分別從軸連接器360的兩側插入軸向貫穿孔363中。此外，減速機350的下部352可固定於穿孔313中，而減速機350的上部351可自穿孔313的上端314露出，並與旋轉台320的一近端321(即，靠近垂直滑動台220的一端)固定地連接。

藉此，馬達340的動力可經由軸連接器360傳遞至減速機350上，俾以減速機350的上部351及旋轉台320一起轉動。此外，由於旋轉台320在水平面上轉動，因此具有一垂直的旋轉軸向AA。

請進一步參閱第7圖，為使軸連接器360與減速機350有較好的中心對準，軸連接器360具有複數個徑向貫穿孔365。具體而言，徑向貫穿孔365從軸連接器360的外緣面364貫穿、延伸至軸向貫穿孔363；較佳地，徑向貫穿孔365為三個，並以等角度圓周分布於軸連接器360之外緣面364上，也就是，各徑向貫穿孔365之間的夾角為120度。

接著，在徑向貫穿孔365內分別插入固定銷370，由於減速機350的凸塊352插設於軸向貫穿孔363中，固定銷370可抵靠至凸塊352。藉由等角度的設置，固定銷370可校正凸塊352於軸向貫穿孔363的位置，以使兩者的中心對準，減少旋轉的震動。固定銷370可共同地、平均地抵靠凸塊352，以避免單支固定銷370因受力不均或過大而斷裂。

請參閱第8圖，其為旋轉結構300及機械臂結構400之局部示意圖。機械臂結構400設置於旋轉結構300上，俾以機械手臂裝置10具有更大的操作範圍。機械臂結構400可包含一旋轉臂410及一第四致動器430，旋轉臂410之遠端上可裝設夾具、焊槍等工具，俾以對其他物品執行一特定工作。

第四致動器430用以驅動旋轉臂410。結構上，第四致動器430包含一馬達440、一蝸桿450及一蝸輪460，馬達440設置於旋轉台320之近端321上，且可平放於旋轉台320上；蝸輪460設置於一檔牆420前方、且樞接於旋轉台320上，而檔牆420及蝸輪460皆位於旋轉台320之遠端322上；蝸桿450的一端451與馬達440連接，蝸桿450的另一端452則穿過檔牆420而與蝸輪460連接。

另一方面，旋轉臂410位於旋轉台320之遠端322上，且與蝸輪460相固定。因此，馬達440的動力可經由蝸桿450傳遞至蝸輪460，使蝸輪460與旋轉臂410一起轉動，此處，旋轉臂410較佳地可旋轉90度。

因此，旋轉台320可藉由第三致動器330的驅動，以在水平面上轉動，而旋轉臂410可藉由第四致動器430的驅動，在水平面上轉動，由於旋轉台320及旋轉臂410皆在水平面旋轉，故兩者均具有垂直的旋轉軸向AA。

由於馬達340及440皆位於旋轉台320之近端321處，距離支撐結構200較近，故馬達340及440本身的重量所造成的力矩較小，減少支撐結構200的撓曲/變形，進而增加旋轉臂410的精度。

請配合參閱第9圖，其為機械手臂裝置10之迫緊件470之示意圖。由於蝸桿450與蝸輪460之間可能有較大之背隙，造成動能損耗、精確度低以及接觸不良等缺點，第四致動器430較佳地具有一迫緊件470，以減少該背隙。具體而言，迫緊件470可具有一凸柱471，且迫緊件470可設置於旋轉台320之側邊323，而迫緊件470所具有的凸柱471可插入至檔牆420中；由於蝸桿450貫穿檔牆420，凸柱471可抵靠蝸桿450；凸柱471旋轉時可推動蝸桿450，以縮小蝸桿450與蝸輪460之間的距離，減少背隙。

藉由上述設置，底座結構100之水平滑動台120可乘載支撐結構200、旋轉結構300及機械臂結構400而水平滑動；支撐結構200之垂直滑動台220可乘載旋轉結構300及機械臂結構400而垂直滑動；旋轉結構300之旋轉台320及機械臂結構400可在水平面上擺動。

綜合上述，本新型創作之機械手臂裝置可提供至少二滑移運動及二旋轉運動，以控制機械臂之遠端在三維空間中移動至一特定位置執行工作，且至少於垂直軸上具有較佳之剛性及/或精度。本新型創作之機械手臂裝置所能提供的有益效果可參閱上述新型內容所述者。

上述之實施例僅用來例舉本創作之實施態樣，以及闡釋本創作之技術特徵，並非用來限制本創作之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本創作所主張之範圍，本創作之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。