CN105252545A - 水平关节机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平关节机械手臂，主要透过基座上的第一轴马达带动第一臂于水平方向上转动，第二臂上再设置第二轴马达并结合于第一臂，使第二轴马达带动第二臂于水平方向上转动，而第二臂上更固定设置第三轴棒状线性马达作为垂直方向线性位移的驱动源，第三轴棒状线性马达的线性马达动子再连动第四轴马达，第四轴马达可受带动于垂直方向上位移并同时驱转一旋转杆，据此提供三个旋转动量及一个垂直位移动量；且各移动动量的驱动源均为直接传动的独立驱动源，除了能显著提升驱动的精准度、即时性之外，藉此更能简化透过间接传动方式需配置的构件组成，并能同时降低维护保修成本，提高附加价值。

Description

水平关节机械手臂

技术领域

本发明涉及水平关节机械手臂，其是与机械手的结构有关。

背景技术

SCARA(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)选择方向具有柔顺性的机器人手臂，为一种广泛使用的平面关节型机器人手臂，由于该机器人手臂具有三个水平转动关节以及一个垂直位移关节，因此可适用于同时需求水平方向定位以及垂直方向位移或旋转驱动的作业。

而一般的平面关节型机械手臂10如图1所示，其主要包含于一基座11上设置第一马达111以第一转轴112带动一大臂12水平转动；一小臂13设置第二马达131并以一第二转轴132可转动地结合于该大臂12，则该第二转轴132可带动该小臂13水平转动；该小臂13内又设置一第三马达133及一螺杆134，该第三马达133驱动一第三转轴135旋转，而该第三转轴135与该螺杆134之间透过一传动皮带14以带动该螺杆134旋转，而该螺杆134上再穿套结合一螺帽15，而该当该螺杆134转动时，该螺帽15即能带动一第四转轴16垂直位移，而该第四转轴16又可同时受一第四马达17带动转动。

以上为一般平面关节型机械手臂10的主要结构组态，而由于该机械手臂10中第三转轴135与该螺杆134间是透过一传动皮带14带动，该传动皮带14的结构特性除了使其无法长时间维持一定的张力之外，更有磨耗的额定寿命限制，因而必须定期拆换该传动皮带14，然而要拆换该传动皮带14时又必需拆解该小臂13及相关零组件，拆换工序繁杂而增加保修成本；此外，透过该传动皮带14带动该第三转轴135及该螺杆134属于间接传动，其传动效能、精度均无法达到最佳状态，故仍有亟待改善的必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种水平关节机械手臂，其是改善一般平面关节型机械手臂具有传动效能、精度不高且维护成本高的缺点。

为解决上述问题，本发明提供一种水平关节机械手臂，包含：

一基座，固定设置一第一轴马达；

一第一臂，一端结合于该第一轴马达受该第一轴马达带动于一水平方向上转动；

一第二臂，一端固定设置一第二轴马达，该第二轴马达再结合于该第一臂的另一端，该第二轴马达带动该第二臂于该水平方向上转动；

一第三轴棒状线性马达，包含一线性马达定子及一线性马达动子，该线性马达定子沿垂直于该水平方向的一垂直方向延伸长度并固定设置于该第二臂上，而该线性马达动子可沿该垂直方向位移地穿套于该线性马达定子外；以及

一第四轴马达，与该线性马达动子连动设置；且该第四轴马达结合一旋转杆的一端带动该旋转杆转动，该旋转杆的另一端穿出该第二臂。进一步地，所述第四轴马达透过一第四轴马达固定板固定于一连动件上，而该连动件同时固定于该线性马达动子，据此使该线性马达动子能与该第四轴马达连动。

进一步地，所述第二臂上更固定设置一线性导引单元导引该第四轴马达线性位移，该线性导引单元包含一线性导引部及一线性滑移部，该线性导引部固定设置于该第二臂上，而该线性滑移部结合于该第四轴马达并受该线性导引部导引产生线性位移。

进一步地，所述线性导引部为线性滑轨，线性滑移部为线性滑块，该线性导引部是透过一线轨固定板固定于该第二臂上，而该第四轴马达固定于一第四轴马达固定板上，该线性滑移部设置于该第四轴马达固定板上与该第四轴马达形成连结。

进一步地，所述线性导引部是透过一线轨固定板固定于该第二臂上，且该线性导引部为一线性槽，而该线性滑移部则为一凸块，该线性导引部贯穿开设于该线轨固定板上，而该第四轴马达固定于一第四轴马达固定板上，该线性滑移部设置于该第四轴马达固定板上与该第四轴马达形成连结。

进一步地，所述第二臂上更设置一线性位置控制单元以感测该第四轴马达位置。

进一步地，所述线性导引单元更配合设置一轨道箝制器，该轨道箝制器相对该线性导引部并固定设置于该线性滑移部上。

进一步地，所述第二臂上更固定设置一导线架，多个电气配线一端分别结合于该线性马达动子及该第四轴马达，另端则承靠于该导线架上。

进一步地，所述第二臂上更固定设置一导线架，多个电气配线一端分别结合于该线性马达动子及该第四轴马达，另端则承靠于该导线架上，且各该电气配线两端之间固定于该连动件上。

进一步地，所述第三轴棒状线性马达的该线性马达定子上穿套一撑靠件，限制该线性马达动子的位置位于正确的电机角位置，该撑靠件为圈形弹簧。

本发明能提供三个水平转动动量及一个垂直位移动量，且各位移动量的驱动源均为直接传动，因此传动效能、精度皆能高于一般以间接传动的驱动方式，同时，由于各位移动量的驱动均为直接传动，因此能简化因间接传动而需配合设置的繁杂结构组态，并能据此降低构件的保修成本。

附图说明

图1为一般水平关节型机械手臂的示意图。

图2为本发明水平关节机械手臂的立体外观示意图。

图3为本发明水平关节机械手臂的另一视角立体外观示意图。

图4为本发明水平关节机械手臂的剖视图。

图5为本发明水平关节机械手臂的线性导引单元设置于不同位置的实施例图。

图6为本发明水平关节机械手臂的线性导引单元为不同形式的示意图。

附图标记说明

平面关节型机械手臂10基座11

马达111第一转轴112

大臂12小臂13

第二马达131第二转轴132

第三马达133螺杆134

第三转轴135传动皮带14

螺帽15第四转轴16

第四马达17

基座20第一轴马达21

第一驱转轴211第一减速机构22

第一臂30第二臂40

第二轴马达41第二驱转轴411

第二减速机构42第三轴棒状线性马达50

线性马达定子51撑靠件511

线性马达动子52第四轴马达60

第四轴马达固定板61连动件62

连轴器63旋转杆64

滚珠轴承65线性导引单元70

线性导引部71线性滑移部72

线轨固定板73线性位置控制单元80

位置感测器81轨道箝制器82

导线架90电气配线A

水平方向X垂直方向Y

具体实施方式

本发明一种水平关节机械手臂的较佳实施例如图2至6所示，包含：

一基座20，供以固定配置于地面或固定平面上，且该基座20固定设置一第一轴马达21，该第一轴马达21驱动一第一驱转轴211转动，该第一驱转轴211是沿一垂直方向Y延伸，垂直该垂直方向Y定义为水平方向X，该第一驱转轴211并结合带动一第一减速机构22，藉此使该第一轴马达21透过该第一减速机构22输出动力。

一第一臂30，一端结合于该第一轴马达21上的第一减速机构22，据此使该第一臂30与该第一轴马达21结合，则该第一臂30即能受该第一轴马达21带动转动，且使该第一臂30可以该第一驱转轴211为转轴轴于水平方向X上转动。

一第二臂40，一端固定设置一第二轴马达41，该第二轴马达41驱动一第二驱转轴411转动，且该第二驱转轴411结合带动一第二减速机构42，藉此使该第二轴马达41透过该第二减速机构42输出动力，且该第二减速机构42更结合于该第一臂30的另一端，据此使该第二臂40可受该第二减速机构42带动转动，且该第二臂40是以该第二驱转轴411为转动轴于水平方向X上转动。

一第三轴棒状线性马达50，固定设置于该第二臂40上，且该第三轴棒状线性马达50包含一线性马达定子51及一线性马达动子52，该线性马达定子51沿垂直方向Y延伸长度并固定设置于该第二臂40上，而该线性马达动子52与一驱动控制器(图中未示)电性连接并穿套于该线性马达定子51外，该线性马达动子52受该驱动控制器驱动而能相对该线性马达定子51沿垂直方向Y线性位移；而该第三轴棒状线性马达50更可配合一霍尔效应感测器(HallSensor)使用，透过该霍尔效应感测器于该第三轴棒状线性马达50启动时顺利寻找电机角，确保运作顺畅；当然，也可如图2至4所示于该线性马达定子51上穿套一撑靠件511，据以限制该线性马达动子52的位置位于正确的电机角位置，而不需于启动时重新寻找电机角，提高该第三轴棒状线性马达50的运作顺畅性；本实施例的该撑靠件511为圈形弹簧。

一第四轴马达60，与该线性马达动子52连动设置，本实施例的第四轴马达60是透过一第四轴马达固定板61固定于一连动件62上，即该第四轴马达60固定于该第四轴马达固定板61上，而该第四轴马达固定板61固定于该连动件上62，而该连动件62同时固定于该线性马达动子52，透过该连动件62使该线性马达动子52能与该第四轴马达60连动；且该第四轴马达60透过一连轴器63结合一旋转杆64的一端以带动该旋转杆64转动，且该旋转杆64的另一端通过一固定于该第二臂40上的滚珠轴承65穿出该第二臂40。

一线性导引单元70，固定设置于该第二臂40上导引该第四轴马达60线性位移，该线性导引单元70包含一线性导引部71及一线性滑移部72，该线性导引部71是透过一线轨固定板73固定于该第二臂40上，即该线轨固定板73固定设置于该第二臂40上，而该线性导引部71再固定设置于该线轨固定板73上；而该线性滑移部72结合于第四轴马达固定板61与该第四轴马达60形成连结并受该线性导引部71导引产生线性位移，如图1例的线性导引部71为线性滑轨，线性滑移部72为线性滑块。

而确保该第四轴马达60线性位移的装置并不限于如图1的线性导引单元70的结构形态，如图1例的线性导引部71是设置于该线轨固定板73面对该第四轴马达60的一面；而如图5例则显示该线性导引部71设置于该线轨固定板73的侧面，而只要确保该连动件62确实连动该线性马达动子52与该第四轴马达60即可达成与图1例相同的目的及功效；而该线性导引单元70除了如图1、图5所示的线性滑轨的配合构件之外，更能如图6所示的形态，如图6所示的线性导引单元70的线性导引部71为一线性槽，而该线性滑移部72则为一凸块，该线性导引部71贯穿设置于该线轨固定板73上，而该线性滑移部72设置于该第四轴马达固定板61上与该第四轴马达60形成连结，据此同样地能透过该连动件62带动该第四轴马达60位移，且确保该第四轴马达60受该线性导引单元70导引而沿线性位移。

一线性位置控制单元80，包含一位置感测器81以及一轨道箝制器82，该位置感测器81与该驱动控制器、轨道箝制器82控制连接，且该位置感测器81固定设置于该第二臂40上的该线轨固定板73以感测该第四轴马达60的线性位置，该位置感测器81的形态不限；而该轨道箝制器82相对该线性导引单元70的线性导引部71并固定设置于该线性滑移部72上；该位置感测器81感测该第四轴马达60的位置并反馈讯号至该驱动控制器以控制该第三轴棒状线性马达50的驱动动作以及控制该轨道箝制器82作动；以及

一导线架90，固定设置于该第二臂40上，而多个电气配线A一端分别结合于该线性马达动子52、该第四轴马达60及该轨道箝制器82，另端则承靠于该导线架90上，且结合于该第四轴马达60、该轨道箝制器82的电气配线是越过该连动件62承靠于该导线架90上，使各该电气配线A接触该连动件62之处是固定于该连动件62上，据此使越过该连动件62的电气配线A随该连动件62位移，而当各该电气配线A位移时，各该电气配线A的另端是承靠于该导线架90上，藉此降低各该电气配线A随意甩动的状况发生。

以上为本发明水平关节机械手臂的结构组态及特征，而其运作时，透过该第一轴马达21可驱动控制该第一臂30转动，而透过该第二轴马达41则可驱动控制该第二臂40转动，接着该第三轴棒状线性马达50的运作则可使该线性马达动子52相对该线性马达定子51于垂直方向Y上位移。

而当该线性马达动子52于垂直方向Y上位移时，由于该线性马达动子52与该第四轴马达60之间固定连结该第四轴马达固定板61及该连动件62，因此该线性马达动子52位移而能透过该连动件62、第四轴马达固定板61同步带动该第四轴马达60于垂直方向Y上位移，而结合于该第四轴马达60上的旋转杆64亦同时产生同步的垂直方向Y位移；而此时只要同时驱动该第四轴马达60，则该旋转杆64即能同时产生于垂直方向Y上的线性位移及于水平方向X上的旋转动作；据此，本发明即能提供三个水平转动动量及一个垂直位移动量。

值得说明的是，由于本发明中驱动产生垂直方向Y上位移的驱动源为该第三轴棒状线性马达50，该第三轴棒状线性马达50的内部构造为非接触式的传动方式，因此能降低运作噪音。

此外，本发明提供垂直方向Y上位移的驱动源是由该第三轴棒状线性马达50直接驱动，且提供该旋转杆64转动的驱动源是由该第四轴马达60直接驱动，直接驱动的驱动模式能够显著提高驱动的精准度、稳定性及即时性，且两者之间更不需透过链条、皮带或其他传动结构间接传动，据此则又能简化结构组成，并能完全免除因间接传动构件产生的维护费用，提高附加价值。

另外，由于该第四轴马达60、轨道钳制器72均会产生垂直方向Y上的位移，因此结合于该第四轴马达60、轨道箝制器82的电气配线A只要越过该连动件62使各该电气配线A的另端靠抵于该导线架90上，则各该电气配线A随各构件垂直位移的同时是靠抵于该导线架90上位移，在不需使用链条护管的状态下就能避免各该电气配线A另端随意甩动的状况发生；而若能在各该电气配线A越过该连动件62的同时定位于该连动件62上，则就能更确保各该电气配线A与该连动件62的同步动作，更提高运作的顺畅性。

Claims (10)

1.一种水平关节机械手臂，其特征在于：包含：

一基座，固定设置一第一轴马达；

一第一臂，一端结合于该第一轴马达受该第一轴马达带动于一水平方向上转动；

一第二臂，一端固定设置一第二轴马达，该第二轴马达再结合于该第一臂的另一端，该第二轴马达带动该第二臂于该水平方向上转动；

一第三轴棒状线性马达，包含一线性马达定子及一线性马达动子，该线性马达定子沿垂直于该水平方向的一垂直方向延伸长度并固定设置于该第二臂上，而该线性马达动子可沿该垂直方向位移地穿套于该线性马达定子外；以及

一第四轴马达，与该线性马达动子连动设置；且该第四轴马达结合一旋转杆的一端带动该旋转杆转动，该旋转杆的另一端穿出该第二臂。

2.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第四轴马达透过一第四轴马达固定板固定于一连动件上，而该连动件同时固定于该线性马达动子，据此使该线性马达动子能与该第四轴马达连动。

3.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第二臂上更固定设置一线性导引单元导引该第四轴马达线性位移，该线性导引单元包含一线性导引部及一线性滑移部，该线性导引部固定设置于该第二臂上，而该线性滑移部结合于该第四轴马达并受该线性导引部导引产生线性位移。

4.如权利要求3所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述线性导引部为线性滑轨，线性滑移部为线性滑块，该线性导引部是透过一线轨固定板固定于该第二臂上，而该第四轴马达固定于一第四轴马达固定板上，该线性滑移部设置于该第四轴马达固定板上与该第四轴马达形成连结。

5.如权利要求3所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述线性导引部是透过一线轨固定板固定于该第二臂上，且该线性导引部为一线性槽，而该线性滑移部则为一凸块，该线性导引部贯穿开设于该线轨固定板上，而该第四轴马达固定于一第四轴马达固定板上，该线性滑移部设置于该第四轴马达固定板上与该第四轴马达形成连结。

6.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第二臂上更设置一线性位置控制单元以感测该第四轴马达位置。

7.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述线性导引单元更配合设置一轨道箝制器，该轨道箝制器相对该线性导引部并固定设置于该线性滑移部上。

8.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第二臂上更固定设置一导线架，多个电气配线一端分别结合于该线性马达动子及该第四轴马达，另端则承靠于该导线架上。

9.如权利要求2所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第二臂上更固定设置一导线架，多个电气配线一端分别结合于该线性马达动子及该第四轴马达，另端则承靠于该导线架上，且各该电气配线两端之间固定于该连动件上。

10.如权利要求1所述的水平关节机械手臂，其特征在于：所述第三轴棒状线性马达的该线性马达定子上穿套一撑靠件，限制该线性马达动子的位置位于正确的电机角位置，该撑靠件为圈形弹簧。