CN208289889U - 机械手臂结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种机械手臂结构，其包括架桥、移动架体、移动座体、伸缩杆体、至少一旋臂与工具件。移动架体设置于架桥，移动架体可相对于架桥的第一方向往复移动；移动座体设置于移动架体，移动座体可相对于移动架体的第二方向往复移动,第一方向与第二方向互相交错；伸缩杆体一端枢设于移动座体，伸缩杆体可相对于移动座体向第一方向与第二方向构成的平面上水平旋转，伸缩杆体可相对于移动座体向第三方向伸缩，第三方向垂直于第一方向与第二方向构成的平面；至少一旋臂一端枢设于伸缩杆体的另一端，至少一旋臂可相对于伸缩杆体枢转；工具件枢设于至少一旋臂的另一端，工具件可相对于至少一旋臂枢转。使用操作机械手臂结构可进行三维空间运动。

Description

机械手臂结构

技术领域

本实用新型涉及可进行三维空间作动的机械结构，尤其涉及一种机械手臂结构。

背景技术

一般而言，使用者进行精密控制制造或是在对人体有害的环境(如高强放射性辐射或是化学物质)下工作，其通常会利用机械结构代替人工进行操作。一般机械制造进行操作的动力机械手臂其所设计出的结构通常都是粗糙设计，而机械结构的密封性差，也不能进细微的移动于操作，其能够移动的角度有限制。再者，一般机械手臂无法耐受住恶劣的工作环境，特别是在高辐射环境下，容易造成内部电气元件损坏，导致动力机械手臂的寿命短。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题为无法通过习知技术解决。于习知技术中，机械手臂设计出的结构通常都是粗糙设计，而机械结构的密封性差，也不能进行精密操作与移动，其能够移动的角度有限制。再者，一般机械手臂无法耐受住恶劣的工作环境，特别是在高辐射环境下，容易造成内部电气元件损坏，导致动力机械手臂的寿命短。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种机械手臂结构，其包括架桥、移动架体、移动座体、伸缩杆体、至少一旋臂与工具件。所述移动架体设置于所述架桥，所述移动架体可相对于所述架桥的第一方向往复移动；所述移动座体设置于所述移动架体，所述移动座体可相对于所述移动架体的第二方向往复移动,所述第一方向与所述第二方向互相交错；所述伸缩杆体一端枢设于所述移动座体，所述伸缩杆体可相对于所述移动座体向所述第一方向与所述第二方向构成的平面上水平旋转，所述伸缩杆体可相对于所述移动座体向所述第三方向伸缩，所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向构成的平面；所述至少一旋臂一端枢设于所述伸缩杆体的另一端，所述至少一旋臂可相对于所述伸缩杆体枢转；所述工具件枢设于所述至少一旋臂的另一端，所述工具件可相对于所述至少一旋臂枢转。

根据本实用新型的一实施方式，上述的所述至少一旋臂包括第一旋臂与第二旋臂，所述第一旋臂枢设于所述伸缩杆体的另一端，所述第一旋臂可相对于所述伸缩杆体枢转，所述第二旋臂枢设于所述第一旋臂的另一端，所述第二旋臂可相对于所述第一旋臂枢转，所述工具件枢设于所述第二旋臂的另一端。

根据本实用新型的一实施方式，上述的所述工具件为伸缩夹钳，所述伸缩夹钳具有伸缩杆与夹头，所述伸缩杆一端枢设于所述第二旋臂的另一端，所述伸缩杆可相对于所述第二旋臂枢转或/及伸缩，所述夹头设置于所述伸缩杆的另一端。

根据本实用新型的一实施方式，上述的所述夹头嵌设所述伸缩杆的另一端，所述夹头相对于所述伸缩杆枢转。

根据本实用新型的一实施方式，上述的所述第一方向、所述第二方向与所述第三方向为互相垂直的XYZ三轴座标。

根据本实用新型的一实施方式，上述的更包括碰撞***，所述碰撞***包括多个感测器，所述多个感测器分布于所述至少一旋臂与所述工具件。

根据本实用新型的一实施方式，上述的更包括吊钩，所述吊钩设置于所述伸缩杆体的一端，并位于所述至少一旋臂的一侧。

根据本实用新型的一实施方式，控制***用于控制所述机械手臂结构，所述控制***包括电源供应装置、电性连接线、操控台与控制装置，所述电源供应装置连接所述电性连接线的一端，所述电性连接线的另一端分别电性连接于所述操控台与所述控制装置，所述控制装置电性连接于所述机械手臂结构。

根据本实用新型的一实施方式，所述机械手臂结构与所述控制装置设置于工作室，所述电源供应装置与所述操控台设置于控制室。

根据本实用新型的一实施方式，所述机械手臂结构的所述架桥的两端架设于所述工作室的二墙面。

通过此种机械手臂结构，其可用于对人体有害环境(如高强放射性辐射或是化学物质)进行相关机械操作(如加工对象或夹取对象等)。其中机械手臂结构为高强度的耐化学材质制作，其结构设计具有高密封性的优点，并且能够于三维空间内的进行精密的操作与移动。机械手臂结构也成模块化的设计，其方便组装拆卸，也可依据使用者需求更换结构的组装。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的示意图。

图2是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的立体图。

图3是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的作动示意图。

图4是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1到图3，其是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的示意图、立体图与作动示意图。如图所示，本实施方式提供一种机械手臂结构1，其可用于对人体有害环境(如高强放射性辐射或是化学物质)进行相关机械操作(如加工对象或夹取对象等)。机械手臂结构1包括架桥11、移动架体13、移动座体15、伸缩杆体17、至少一旋臂19与工具件21。

承上所述，移动架体13设置于架桥11，移动架体13可相对于架桥11的第一方向X往复移动。移动座体15设置于移动架体13，移动座体15可相对于移动架体13的第二方向Y往复移动，第一方向X与第二方向Y互相交错。伸缩杆体17一端枢设于移动座体15，伸缩杆体17可相对于移动座体15向第一方向X与第二方向Y构成的XY平面上水平旋转，伸缩杆体17可相对于移动座体15向第三方向Z伸缩，第三方向Z垂直于第一方向X与第二方向Y构成的XY平面。至少一旋臂19一端枢设于伸缩杆体17的另一端，至少一旋臂19可相对于伸缩杆体17枢转。工具件21枢设于至少一旋臂19的另一端，工具件21可相对于至少一旋臂19枢转。

于本实施方式中，机械手臂结构1的架桥11的二端是架设于二墙面的顶部，形成悬空的轨道。移动架体13是车架结构，其具有车体与设置于车体两侧的多个滚轮，移动架体13架设于架桥11的轨道上，移动架体13可移动于此架桥11上。移动架体13于此架桥11移动方向为第一方向X。移动架体13的车架为轨道结构，其轨道的两端架设于架桥11的轨道上，移动架体13的轨道方向与架桥11的轨道方向互相垂直。移动座体15设置于移动架体13的轨道上，移动座体15可移动于此移动架体13上。移动座体15于此移动架体13的移动方向为第二方向Y,第一方向X与第二方向Y互相垂直，如此机械手臂结构1透过架桥11、移动架体13与移动座体15可自由移动于XY平面上。

再者，伸缩杆体17为长型杆体，其枢设于移动座体15的下方。伸缩杆体17本身具有伸缩结构，其可相对于移动座体15伸缩，其中伸缩杆体17具有伸缩管与移动导向结构组成，伸缩管具体长度尺寸与节数，其可根据使用者的需求进行设计。伸缩管结构是无台阶设计，而且表面加工粗糙度小，以满足不易附着污染物的要求。伸缩杆体17的伸缩方向为第三方向Z，第三方向Z垂直于架桥11与移动架体13构成的移动XY平面，而第一方向X、第二方向Y与第三方向Z为互相垂直的XYZ三轴座标。如此透过上述架桥11、移动架体13、移动座体15与伸缩杆体17则可自由移动于XYZ座标平面(即三维空间)。另外，伸缩杆体17可相对于移动座体15进行枢转，即伸缩杆体17可相对于移动座体15向XY平面进行水平旋转。

于本实施方式中，至少一旋臂19一端枢设于伸缩杆体17的另一端。至少一旋臂19包括第一旋臂191与第二旋臂193，第一旋臂191枢设于伸缩杆体17的另一端，第一旋臂191可相对于伸缩杆体17枢转，第二旋臂193枢设于第一旋臂191的另一端，第二旋臂193可相对于第一旋臂191枢转，工具件21枢设于第二旋臂193的另一端，其中至少一旋臂19(即第一旋臂191与第二旋臂193)的枢转方向为上、下方向的转动。于本实施方式中，至少一旋臂19并不限制旋臂数量，其可依据使用者的需求增加或减少旋臂。另外，伸缩杆体17、至少一旋臂19(即第一旋臂191与第二旋臂193)与工具件21彼此间的连接结构为模组化的结构设计，其中上述结构间的内部的电路布线采用的是滑动触点是的布线方式，故，上述结构间没有转动限制。彼此结构件可以直接组装，不需要在透过别的连接结构。例如使用者可拆卸第二旋臂193，将工具件21直接枢接于第一旋臂191的连接方式；或是拆卸第一旋臂191，将第二旋臂193直接枢接于伸缩杆体17的连接方式等等。上述方式可利于使用者进行拆卸维修、更换、保养或是依据需求增加或是减少旋臂的数量。

另外，于本实施方式中，工具件21为伸缩夹钳，伸缩夹钳具有伸缩杆211与夹头213，伸缩杆211一端枢设于第二旋臂193的另一端，其中伸缩杆211可相对于第二旋臂193枢转(枢转方向为上、下方向的转动)或/及伸缩杆211的长度伸缩。夹头213设置于伸缩杆211的另一端，夹头213组装于伸缩杆211是透过内部定位环的方式，夹头213与伸缩杆211间可易拆卸与组装。夹头213可相对于伸缩杆211进行相对枢转。于本实施方式中，夹头213为其中一种工具头，使用者可依据其需求挑选为钻头、螺丝头、裁切刀头或任意工具，以实现使用者所需求的机械作动。

于本实施方式中，机械手臂结构1更包括吊钩23，吊钩23设置于伸缩杆体17的一端，并位于至少一旋臂19的一侧，此吊钩23是直接连结于伸缩杆体17的下端，吊钩23可垂直吊起物品。由于吊钩23是直接连接于伸缩杆体17，伸缩杆体1能够直接提供的机械力量较强，所以使用者23于进行机械手臂结构1的操作时，若需要垂吊起较重的物品，可直接透过吊钩23钩住物品后，透过伸缩杆体1将物品吊起，可作为起重***进行吊挂。如此也可避免透过至少一旋臂19与工具件21等精密机械去垂挂较重的物品，而造成精密机械内部结构产生影响(如零件偏移或弯折等)。

另外，于本实施方式中，机械手臂结构1更包括碰撞***，碰撞***包括多个感测器，多个感测器分布于至少一旋臂19与工具件21。由于上述的至少一旋臂19与工具件21进行操作时，其处于三维空间上的移动，于上述结构的移动过程中，使用者可能会忽略角度的原因，而造成至少一旋臂19与工具件21于操作过程的凸出等等，所以上述结构设置多个感测器，以利于进行精密的操作，避免人为得操控疏失的碰撞到需要加工的物品造成影响。

于本实施方式中，机械手臂结构1是使用于对人体有害环境进行相关机械操作，所以机械手臂结构1的制作材料大部分采用抗辐射性能优异的不锈钢或者阳极氧化的铝合金，如果必须使用碳钢或者其他材料时，表面都进行喷涂或者其他表面处理，并且于无机械功能面上增加机构厚度，如此防止腐蚀等等。如此机械手臂结构1更为耐用，使用寿命更长，并且防止化学腐蚀而带来的强度破坏。再者，机械手臂结构1的伸缩杆件17、至少一旋臂19与工具件21的结构连接处都采用密封结构设计，其可防止化学溶剂残留。架桥11、移动架体13与移动座体15等移动结构则是采取开放式设计，也是防止化学液体的残留。本实施方式中，于架桥11、移动架体13与移动座体15等移动结构增加可靠的二次机械锁定结构，在地震情况下不脱离轨道。整体动力机械手结构通过有限元抗震分析，加载随机地震激励谱后的应力分布及破坏能够满足功能要求。

请一并参阅图4，其是本实用新型的一个实施方式的机械手臂结构的使用状态示意图。如图所示，于本实施方式中，使用者是透过控制***3用于控制机械手臂结构1，控制***3包括电源供应装置31、电性连接线33、操控台35与控制装置37，电源供应装置31连接电性连接线33的一端，电性连接线33的另一端分别电性连接于操控台35与控制装置37，控制装置37电性连接于机械手臂结构1。其中机械手臂结构1与控制装置37设置于工作室40，电源供应装置31与操控台35设置于控制室50，机械手臂结构1的架桥11的两端架设于工作室40的二墙面41。

承上所述，控制***3的部份采用可靠性更高的直流电机，其直接通过控制电流大小，来进行机械结构移动的速度调节。电源供应装置31的电器控制部份(即控制器、PLC与电路板等)都移到控制室50(即无辐射环境中)，其中电性连接线33为抗辐射电缆传输。机械手臂结构1的安全措施，如限位器或行程监测等，其都设计成机械式结构，尽量避免使用电子传感器，如此确保安全措施能正常运作，而不受到操作环境的影响。

使用者处于控制室50(即无辐射环境)透过操作操控台35，其去控制位于隔离的工作室40(如高强放射性辐射或是化学物质的有害环境)内的机械手臂结构1，再透过机械手臂结构1可于工作室40内进行移动，并且可进行三维空间的机械作动与相关操作。

综上所述，本实用新型提供一种机械手臂结构，其结构为高强度的耐化学材质制作，其结构设计具有高密封性的优点，并且能够于三维空间内的进行精密的操作与移动。机械手臂结构也成模块化的设计，其方便组装拆卸，也可依据使用者需求更换结构的组装。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包括，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施方式进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种机械手臂结构，其特征在于，包括:

架桥；

移动架体，其设置于所述架桥，所述移动架体可相对于所述架桥的第一方向往复移动；

移动座体，其设置于所述移动架体，所述移动座体可相对于所述移动架体的第二方向往复移动,所述第一方向与所述第二方向互相交错；

伸缩杆体，其一端枢设于所述移动座体，所述伸缩杆体可相对于所述移动座体向所述第一方向与所述第二方向构成的平面上水平旋转，所述伸缩杆体可相对于所述移动座体向第三方向伸缩，所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向构成的平面；

至少一旋臂，其一端枢设于所述伸缩杆体的另一端，所述至少一旋臂可相对于所述伸缩杆体枢转；以及

工具件，其枢设于所述至少一旋臂的另一端，所述工具件可相对于至少一旋臂枢转。

2.如权利要求1所述的机械手臂结构，其特征在于，其中所述至少一旋臂包括第一旋臂与第二旋臂，所述第一旋臂枢设于所述伸缩杆体的另一端，所述第一旋臂可相对于所述伸缩杆体枢转，所述第二旋臂枢设于所述第一旋臂的另一端，所述第二旋臂可相对于所述第一旋臂枢转，所述工具件枢设于所述第二旋臂的另一端。

3.如权利要求2所述的机械手臂结构，其特征在于，其中所述工具件为伸缩夹钳，所述伸缩夹钳具有伸缩杆与夹头，所述伸缩杆一端枢设于所述第二旋臂的另一端，所述伸缩杆可相对于所述第二旋臂枢转或/及伸缩，所述夹头设置于所述伸缩杆的另一端。

4.如权利要求3所述的机械手臂结构，其特征在于，其中所述夹头嵌设所述伸缩杆的另一端，所述夹头相对于所述伸缩杆枢转。

5.如权利要求1所述的机械手臂结构，其特征在于，其中所述第一方向、所述第二方向与所述第三方向为互相垂直的XYZ三轴座标。

6.如权利要求1所述的机械手臂结构，其特征在于，更包括碰撞***，所述碰撞***具有多个感测器，所述多个感测器分布于所述至少一旋臂与所述工具件。

7.如权利要求1所述的机械手臂结构，其特征在于，更包括吊钩，所述吊钩设置于所述伸缩杆体的一端，并位于所述至少一旋臂的一侧。

8.如权利要求1所述的机械手臂结构，其特征在于，控制***用于控制所述机械手臂结构，所述控制***包括电源供应装置、电性连接线、操控台与控制装置，所述电源供应装置连接所述电性连接线的一端，所述电性连接线的另一端分别电性连接于所述操控台与所述控制装置，所述控制装置电性连接于所述机械手臂结构。

9.如权利要求8所述的机械手臂结构，其特征在于，所述机械手臂结构与所述控制装置设置于工作室，所述电源供应装置与所述操控台设置于控制室。

10.如权利要求9所述的机械手臂结构，其特征在于，所述机械手臂结构的所述架桥的两端架设于所述工作室的二墙面。