TWI547356B - 具有校正裝置之機械手臂及其校正方法 - Google Patents

Description

具有校正裝置之機械手臂及其校正方法

本發明揭露一種機械手臂，且特別是有關於一種三維空間之多關節機械手臂於組配過程的定位校正裝置及其校正方法。

近十幾年來，機械手臂現今於產業界被大為使用，其所帶來的效益，主要就是提升生產效率，並且在較短的工作週期內，完成指定的各種工作項目，除此之外它也能做許多精密的工作，比方說切割晶圓的工作或是電鍍的工作，其精確性都是人類無法相比的，還有它也能代替人類在高危險性的環境下工作，機械手臂在現代高科技產業下已是不可或缺的一物，而現今工業上常利用機械手臂來達成自動化生產過程，並且廣泛應用於各種精密製造加工的生產領域中，例如能夠進行抓取或者搬運的生產製造程序。

機械手臂可按其設定之運動軌跡執行移動/轉動之間的配合作動，然而現今三維空間之多關節機械手臂主要以動力輸出裝置連接傳動裝置，而直接傳動機械手臂中各關節之作動，而以此方式易造成各關節之動力輸出裝置於傳動上相當大的傳動負荷，而機械手臂的裝配過程中，若各裝置元件的裝配位置精度稍有些許誤差時，對於裝配完成後的機械手臂於有限空間進行作動時，使其於末端傳動位置精度上造成相當大的位置偏 差，以至於應用於精密/極精密加工作業時，造成相當大的困擾。

本發明之目的在於改善習知技術的機械手臂於各關節之動力輸出裝置於傳動上相當大的傳動負荷，本發明之另一目的在於改善習知技術於裝配完成後的機械手臂於進行作動時，因各關節位置的組配精度誤差使其於末端傳動位置精度上造成的位置偏差問題。

為解決先前技術所述之問題，本發明係揭露一種具有校正裝置之機械手臂及其校正方法，包含有：一承載基座；一第一傳動單元係固設於承載基座中，第一傳動單元具有一第一動力輸出源以及連接該動力輸出源之一第一動力傳輸元件；一第二傳動單元係設於該承載基座上，第二傳動單元具有：一第一承載板，其係連接第一動力傳輸元件，遠離該連接側之第一承載板一側分別對應設置有一第一承架與一第二承架；一第二動力輸出源與連接第二動力輸出源之一第二動力傳輸元件；一第一軸承套件係分別套設於第一承架與第二承架中，而第一軸承套件於第二承架設有一第一樞接套件；一第一連桿件係一端連接鄰近第一承架之第二動力傳輸元件；一第二連桿件係一端連接鄰近第二承架之樞接套件；以及複數個定位鎖銷，該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於第一承載板與第一動力傳輸元件，該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於第一連桿件與第一承架，而該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於第二連桿件與第二承架；其中第一動力輸出源提供該第一承載板沿一第一軸向之中心軸轉動之動力，第二動力輸出源提 供第一連桿件與第二連桿件沿一第二軸向之中心軸同步轉動之動力。

綜所上述，本發明所揭露之一種具有校正裝置之機械手臂，其結構配置上使得馬達的重量負荷減少，而本發明之機械手臂的校正方法係利用至少一銷件穿設於各連桿與傳動裝置間，以快速並有效率地進行組配精度上的確認，有效的改善機械手臂於作動時因各關節的組配精度誤差，導致因累計的組配誤差而造成末端輸出位置偏差問題。

1‧‧‧第一傳動單元

10‧‧‧第一動力輸出源

11‧‧‧第一動力傳輸元件

2‧‧‧第二傳動單元

21‧‧‧第一承載板

22‧‧‧第一承架

23‧‧‧第二承架

24‧‧‧第二動力傳輸元件

25‧‧‧第二動力輸出源

26‧‧‧第一連桿件

27‧‧‧第二連桿件

28‧‧‧第一軸承套件

280‧‧‧第一樞接套件

281‧‧‧軸承

3‧‧‧第三傳動單元

31‧‧‧第二承載板

34‧‧‧第三動力輸出源

35‧‧‧第三動力傳輸元件

351‧‧‧傳動輪

352‧‧‧輪鼓

353‧‧‧皮帶

354‧‧‧減速齒輪組

36‧‧‧第三連桿件

37‧‧‧第四連桿件

38‧‧‧第二軸承套件

380‧‧‧第二樞接套件

381‧‧‧軸承

4‧‧‧第四傳動單元

41‧‧‧第三承載板

44‧‧‧第四動力輸出源

45‧‧‧第四動力傳輸元件

46‧‧‧第五連桿件

47‧‧‧第六連桿件

5‧‧‧第五傳動單元

51‧‧‧第四承載板

54‧‧‧第五動力輸出源

55‧‧‧第五動力傳輸元件

56‧‧‧第七連桿件

57‧‧‧第八連桿件

58‧‧‧第三軸承套件

580‧‧‧第三樞接套件

581‧‧‧軸承

70‧‧‧定位鎖銷

100‧‧‧承載基座

圖1係繪製本發明之機械手臂(包含校正裝置)之一側立體示意圖。

圖2係繪製本發明之機械手臂(包含校正裝置)之另一側立體示意圖。

圖3係繪製本發明之機械手臂(包含校正裝置)之分解結構示意圖。

請配合參考圖1~3所示，係分別繪製本發明之機械手臂(含校正裝置)的組合圖與分解圖，並進行下述實施例說明，本發明所述之機械手臂的校正裝置係提供機械手臂於各關節位置依序組配時的精度定位校正，其係於每一關節位置之構件組配後進行精度定位校正，於校正完成後鎖付固定該些構件，並且移除該校正裝置，本發明所述之具有校正裝置之機械手臂包含有一承載基座100、一第一傳動單元1、一第二傳動單元2以及複數個可安裝或移除之定位鎖銷70。

承載基座100係可為一金屬框架體，但不依此為限，該體可 具有一中空部分，而承載基座100用以負荷機械手臂之重量，以及穩定平衡機械手臂作動時所的產生的振動。

第一傳動單元1係設於承載基座100的中空部分，並以螺絲鎖付固定，而第一傳動單元1具有一第一動力輸出源10，以及一第一動力傳輸元件11並且連接第一動力輸出源10，而第一動力輸出源10為一馬達，第一動力傳輸元件11為一減速齒輪組件。

第二傳動單元2係設於承載基座100上，而第二傳動單元2具有一第一承載板21、一第二動力輸出源24、一第二動力傳輸元件25、一第一軸承套件28、一第一連桿件26以及一第二連桿件27。

第一承載板21係為一具有複數孔洞之板體，第一承載板21一側連接第一動力傳輸元件11並以螺絲鎖付固定，而遠離前述該連接側之第一承載板21的一側分別設有一第一承架22與一第二承架23，第一承架22與第二承架23係以一同圓心軸線相對應設置。

第一軸承套件28係為一第一樞接套件280與一軸承281之組件，第一軸承套件28分別套設於第一承架22與第二承架23中，而第二動力輸出源25與第二動力傳輸元件24連接，並且穿設固定於第一承架22與第二承架23中，而第二動力輸出源25為一馬達，第二動力傳輸元件24為一減速齒輪組件。

第一連桿件26係可為一長形狀板件且於兩端分別具有凹槽或孔洞，但不依此為限，該板件型態依實際需求做設計，而第二動力傳輸元件24一端嵌設於第一連桿件26之一端凹槽中並以螺絲鎖付固定。

第二連桿件27係可為一長形狀板件且於兩端分別具有凹槽 或孔洞，但不依此為限，該板件型態依實際需求做設計，而第二連桿件27一端連接鄰近第二承架23之樞接套件280，進一步說明，第一連桿件26與第二連桿件27的板件長度應為一致。

由前述承載基座100、第一傳動單元1與第二傳動單元2所組配之機械手臂，其中第一動力傳輸元件11與第一承載板21係分別具有一同心圓之孔洞設計，而第一連桿件26、第一承架22、第二連桿件27、第二承架23係分別具有一同心圓之孔洞設計，且第一動力輸出源10提供承載板21沿一第一軸向之中心軸轉動之動力，第二動力輸出源25提供第一連桿件26與第二連桿件27沿一第二軸向之中心軸同步轉動之動力，而該第一軸向與該第二軸向係分別為不同軸向。

複數個定位鎖銷70係分別提供由前述承載基座100與第一傳動單元1組配後，以及第二傳動單元2組配後的定位精度校正，其中至少一定位鎖銷70係穿設於第一承載板21與第一動力傳輸元件11之同心圓孔洞，至少一定位鎖銷70穿設於第一連桿件26與第一承架22，而至少一定位鎖銷70穿設於第二連桿件27與第二承架23，用以於機械手臂之各關節傳動位置的精度定位校正。

本發明另一實施例，相對於前一實施例更可包含有第三傳動單元3與第四傳動單元4所組配之機械手臂，其與前一實施例相似部分於此不再另行贅述，本實施例中之第三傳動單元3包含有一第二承載板31、一第三連桿件36、一第四連桿件37、一第三動力輸出源34、一第三動力傳輸元件35、一第二軸承套件38，而第四傳動單元4包含有一第三承載板41、一第五連桿件46、一第六連桿件47、一第四動力輸出源44、一第四動力傳輸元 件45，但不依此為限，依實際機械手臂關節自由度可再增加更多的傳動單元設計。

第二承載板31係為對應兩側分別形成一凸狀型態之板體，並且遠離第一承載板21且設於第一連桿件26與第二連桿件27之間。

第三連桿件36係為一側形成可與前述該第二承載板31相配合凹狀型態之板件，用以卡合並鎖付固定於第二承載板31之一側，第四連桿件37係為一側形成可與前述第二承載板31相配合凹狀型態之板件，用以卡合並鎖付固定於第二承載板31之另一側。

第二軸承套件38係為一第二樞接套件380與一軸承381之組件，第二軸承套件38設於第四連桿件37與第二連桿件27之間並且鎖付固定於該第四連桿件37之一側。

第三動力輸出源34係耦接固定於第一連桿件26之一側並與第三動力傳輸元件35連接，第三動力傳輸元件35係為具有一傳動輪351、一皮帶353與一輪鼓352之一皮帶輪組，以及一減速齒輪組354之組件，減速齒輪組354一端連接該第三連桿件36，而另一端連接輪鼓352，其藉由第三動力輸出源34連接該皮帶輪組件與減速齒輪組354依序傳遞動力，提供第三連桿件36與第四連桿件37沿該第二軸向之中心軸同步轉動之動力。

第三承載板41係為對應兩側分別形成一凸狀型態之板體，並且設於第二承載板31上。

第五連桿件46係為一側形成可與前述第二承載板31相配合凹狀型態之板件，用以卡合並鎖付固定於第三承載板41之一側，第六連桿件47係為一側形成可與前述第二承載板31相配合凹狀型態之板件，用以卡 合並鎖付固定於第三承載板41之另一側。

第四動力輸出源44與第四動力傳輸元件45連接並設於第二承載板41之一側，而第四動力傳輸元件45一端連接第三承載板41並鎖付固定，其中，第四動力輸出源44提供第三承載板41沿該第一軸向之中心軸轉動之動力。

由前述承載基座100、第一傳動單元1、第二傳動單元2、第三傳動單元3與第四傳動單元4所組配之機械手臂，其中第四動力傳輸元件45、第二承載板31、第三承載板41係分別具有一同心圓之孔洞設計，而第二連桿件26、第四連桿件37係分別具有一同心圓之孔洞設計。

該複數個定位鎖銷70係提供由前述承載基座100與第一傳動單元1、第二傳動單元2、第三傳動單元3，以及第四傳動單元4之各個關節位置組配後依序定位精度校正，其中至少一定位鎖銷70係穿設於第一承載板21與第一動力傳輸元件11之同心圓孔洞，至少一定位鎖銷70穿設於第一連桿件26與第一承架22，至少一定位鎖銷70穿設於第二連桿件27與第二承架23，至少一定位鎖銷70係穿設於第二承載板31與第三承載板41之同心圓孔洞，而至少一定位鎖銷70係穿設於第二連桿件27與第四連桿件37之同心圓孔洞，用以於機械手臂之各關節傳動位置的精度定位校正。

承上所述，因應機械手臂自由度設計更可再增加有一第五傳動單元5或者更多，而第五傳動單元5可具有一第四承載板51、一第七連桿件56、一第八連桿件57、一第五動力輸出源54、一第五動力傳輸元件55、一第三軸承套件58。

第四承載板51係為對應兩側分別形成一凸狀型態之板體，並 且遠離第三承載板41且設於第五連桿件46與第六連桿件47之間。

第七連桿件56係為一側形成可與前述該第四承載板51相配合凹狀型態之板件，用以卡合並鎖付固定於第四承載板51之一側，第八連桿件57係為一側形成可與前述第四承載板51相配合凹狀型態之板件，用以卡合並鎖付固定於第四承載板51之另一側。

第三軸承套件58係為一第三樞接套件580與一軸承581之組件，第三軸承套件58設於第八連桿件57與第六連桿件47之間並且鎖付固定於該第八連桿件57之一側。

第五動力輸出源54係耦接固定於第五連桿件46之一側並與第五動力傳輸元件55連接，第五動力傳輸元件55係同前一實施例所述之第三動力傳輸元件35為皮帶輪組與減速齒輪組之組件，而連接與傳動方式不在另行贅述，期提供第七連桿件56與第八連桿件57沿該第二軸向之中心軸同步轉動之動力。

該複數個定位鎖銷70亦同前一實施例所述，提供該組配後的精度定位校正。

本案所揭露之機械手臂校正方法係適用於機械手臂其一關節位置的複數個構件組配過程中進行，其包含以下步驟：於該關節位置的複數個構件組配後，配置至少一銷件於該關節位置之一預定組配件之間，以確認該關節位置之一組配定位精度。

完成確認該組配定位精度後，移除該至少一銷件，其中該預定組配件係為具有以同心圓孔洞配置的一傳動構件與一被傳動構件，而該配置係為將該至少一銷件穿設於該關節位置之該預定組配件的該同心圓孔 洞之間，以達成該機械手臂於關節位置組配的精度誤差校正。

呈上所述，若具複數個關節位置之多個自由度機械手臂，同前述之配置方式於該些關節位置之該預定組配件之間，並且依循機械手臂各個關節位置的組配順序進行，直到完成機械手臂組配，以達到各關節位置的組配定位精度確認。

綜所上述，本發明所揭露之一種具有校正裝置之機械手臂及其校正方法，其技術特徵於在於該機械手臂關節位置上的馬達設置方式與位置，使得馬達的重量負荷減少，並於機械手臂各關節位置依序組配時，利用至少一銷件穿設於各連桿與傳動裝置間，以快速並有效率低進行組配精度上的確認，有效改善機械手臂於作動時因各關節的組配精度誤差，導致因累計的組配誤差而造成末端輸出位置偏差問題。

10‧‧‧第一動力輸出源

11‧‧‧第一動力傳輸元件

21‧‧‧第一承載板

22‧‧‧第一承架

23‧‧‧第二承架

24‧‧‧第二動力傳輸元件

25‧‧‧第二動力輸出源

26‧‧‧第一連桿件

27‧‧‧第二連桿件

28‧‧‧第一軸承套件

280‧‧‧第一樞接套件

281‧‧‧軸承

31‧‧‧第二承載板

34‧‧‧第三動力輸出源

35‧‧‧第三動力傳輸元件

351‧‧‧傳動輪

352‧‧‧輪鼓

353‧‧‧皮帶

354‧‧‧減速齒輪組

36‧‧‧第三連桿件

37‧‧‧第四連桿件

38‧‧‧第二軸承套件

380‧‧‧第二樞接套件

381‧‧‧軸承

41‧‧‧第三承載板

44‧‧‧第四動力輸出源

45‧‧‧第四動力傳輸元件

46‧‧‧第五連桿件

47‧‧‧第六連桿件

51‧‧‧第四承載板

54‧‧‧第五動力輸出源

55‧‧‧第五動力傳輸元件

56‧‧‧第七連桿件

57‧‧‧第八連桿件

58‧‧‧第三軸承套件

580‧‧‧第三樞接套件

581‧‧‧軸承

70‧‧‧定位鎖銷

100‧‧‧承載基座

Claims (9)

1. 一種具有校正裝置之機械手臂，其包含有：一承載基座；一第一傳動單元，其係固設於該承載基座中，該第一傳動單元具有一第一動力輸出源，以及連接該動力輸出源之一第一動力傳輸元件；一第二傳動單元；其係設於該承載基座上，該第二傳動單元具有：一第一承載板，其係連接該第一動力傳輸元件，遠離該連接側之該第一承載板一側分別對應設置有一第一承架與一第二承架；一第二動力輸出源與連接該第二動力輸出源之一第二動力傳輸元件；一第一軸承套件，其係分別套設於該第一承架與該第二承架中，而該第一軸承套件於該第二承架設有一第一樞接套件；一第一連桿件，其係一端連接鄰近該第一承架之該第二動力傳輸元件；一第二連桿件，其係一端連接鄰近該第二承架之該樞接套件；以及複數個定位鎖銷，該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於該第一承載板與該第一動力傳輸元件，該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於該第一連桿件與該第一承架，而該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於該第二連桿件與該第二承架；其中，該第一動力輸出源提供該第一承載板沿一第一軸向之中心軸轉動之動力，該第二動力輸出源提供該第一連桿件與該第二連桿件沿一第二軸向之中心軸同步轉動之動力，該第一軸向與該第二軸向係為不同軸向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中更包含有一第三傳動單元，其具有：一第二承載板，其係遠離該第一承載板並設於該第一連桿件與該第二連桿件之間；一第三連桿件，其係卡合固定於該第二承載板之一側；一第四連桿件，其係卡合固定於該第二承載板之另一側；一第二軸承套件，其係設於該第四連桿件與該第二連桿件之間，而鄰近該第四連桿件之該第二軸承套件具有一第二樞接套件；一第三動力輸出源與連接該動力輸出源之一第三動力傳輸元件，該第三動力輸出源耦接固定於該第一連桿件之一側，而該第三動力傳輸元件一端連接該第三連桿件；以及該複數個定位鎖銷，該至少一定位鎖銷以同心圓穿設於該第二連桿件與該第四連桿件；其中，該第三動力輸出源提供該第三連桿件與該第四連桿件沿該第二軸向之中心軸同步轉動之動力。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中更包含一第四傳動單元，其具有：一第三承載板，其係設於該第二承載板上；一第五連桿件，其係卡接固定於該第三承載板之一側；一第六連桿件，其係卡接固定於該第三承載板之另一側；一第四動力輸出源與連接該動力輸出源之一第四動力傳輸元件，第四動力傳輸元件一端連接該第三承載板；以及 該複數個定位鎖銷，該至少一個定位鎖銷以同心圓穿設於該第二承載板與該第三承載板；其中，該第四動力輸出源提供該第三承載板沿該第一軸向之中心軸轉動之動力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中該第一動力輸出源為一馬達，該第一動力傳輸元件為一減速齒輪組件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中該第二動力輸出源為一馬達，該第二動力傳輸元件為一減速齒輪組件。
6. 如申請專利範圍第2項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中該第三動力輸出源為一馬達，該第三動力傳輸元件為一皮帶輪組與一減速齒輪組之組件，該皮帶輪組件係包含有一傳動輪、一皮帶與一輪鼓，該輪鼓連接該減速齒輪。
7. 如申請專利範圍第3項所述之具有校正裝置之機械手臂，其中該第四動力輸出源為一馬達，該第四動力傳輸元件為一減速齒輪組件。
8. 一種如申請專利範圍第1項所述之具有校正裝置之機械手臂的校正方法，其包含有：於一機械手臂其一關節位置的複數個構件組配過程中：該關節位置的複數個構件組配後，配置至少一銷件於該關節位置之一預定組配件之間，以確認該關節位置之一組配定位精度；完成確認該組配定位精度後，移除該至少一銷件；其中該預定組配件係為具有以同心圓孔洞配置的一傳動構件與一被傳動構件，而該配置係為將該至少一銷件穿設於該關節位置之該預定組配 件的該同心圓孔洞之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之機械手臂的校正方法，其中該機械手臂可為複數個關節位置，配置至少一銷件相對應於該機械手臂之關節數量的該些關節位置之該預定組配件之間，而該配置係依循該關節位置的組配順序進行。