TWM619501U - 具有雙傳動機構之機械手臂 - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種具有雙傳動機構之機械手臂，主要利用化繁為簡的概念，讓以往一台需要複雜且精密的傳動機構，分成二台傳動機構，且各傳動機構的齒輪箱的齒輪比相異，如此一來，一台傳動機構可主要用於快速帶動機械手臂本體進行垂直向移動，另一台傳動機構主要用於精準調整，使機械手臂得以精準的移動至預設位置。也由於傳動機構的化繁為簡，使得每一台齒輪箱的體積得以縮小，進而讓機械手臂整體的體積大幅縮小。

Description

具有雙傳動機構之機械手臂

本創作係關於一種機械手臂，尤指一種具有雙傳動機構之機械手臂。

請參閱台灣專利證書號529058「機械手臂以及將晶圓從第一位置移至第二位置之方法」，該專利係揭示出：一種晶圓加工系統係利用譬如反應器、裝載鎖及冷卻站等垂直安裝的模組而占用最小樓板空間，利用以旋轉動作將晶圓載體移入裝載鎖中之一種裝載站來進一步節省樓板空間。晶圓加工系統包括一機械手臂，此機械手臂具有伸長、旋轉、垂直動作以取及垂直安裝的模組。機械手臂在內部受到冷卻且具有一個抗熱性端點執行器，可使得機械手臂與高溫半導體加工相容。

該專利雖有著上述優點，然而，該專利仍舊存有不足之處，其原因在於該專利主要透過「一個z軸(亦即垂直動作)馬達係經由一個皮帶機械式耦合至球螺絲並轉動球螺絲」，如此帶動機械手臂做垂直向移動，使得一台z軸馬達不僅要達到快速帶動機械手臂做垂直向移動，同時還要具有精準定位效果，使機械手臂可以準確地達到預設高度位置，如此一來，造成該z軸馬達需要配合多項零件(如變速箱)才能達到上述效果，這造成整體產生製作成本高、體積大等問題。

有鑑於先前技術所述不足之處，本創作者提供一種解決手段，該手段係關於一種具有雙傳動機構之機械手臂，包括：

一第一傳動機構：

該第一傳動機構內部設有一第一變速箱，該第一傳動機構之輸出端連接一第一承載件，該第一傳動機構可供帶動該第一承載件作垂直向移動。

一第二傳動機構：

該第二傳動機構設於該第一承載件，該第二傳動機構內部設有一第二變速箱，且該第二傳動機構輸出端連接一第二承載件，該第二傳動機構可供帶動該第二承載件作垂直向移動；該第一變速箱的變速比異於該第二變速箱的變速比。

一機械手臂本體：

該機械手臂本體設於該第二承載件。

一控制單元：

該控制單元分別資訊連接該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體，以供分別控制該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體作動。

本創作主要特色是化繁為簡，讓一台傳動機構需要透過繁雜的控制元件(如變速箱)，簡化成該第一傳動機構與該第二傳動機構，並利用該第一變速箱與該第二變速箱的齒輪比相異的優點，使得其中一台傳動機構可以專注在快速讓該機械手臂上升至預設高度附近，再透過另一台傳動機構作 微調，使該機械手臂得以精準的上升到預設高度。如此一來，本創作的傳動機構無須透過複雜且精密的控制元件(如變速箱)，便可達到精準定位的效果，同時，也由於控制元件的簡化，使得控制元件整體的體積得以下降，進而使整台機械手臂所占體積大幅下降。

1:第一傳動機構

11:第一滑軌

12:第一驅動單元

2:第一承載件

21:第一橫板

22:第二橫板

23:縱板

23A:縱板

23B:縱板

3:第二傳動機構

31:第二滑軌

32:第二驅動單元

4:第二承載件

5:機械手臂本體

51:RFID讀取單元

6:控制單元

7:高度偵測單元

8:水平儀

9:聲音分析單元

9A:震動分析單元

0:溫度偵測單元

A:地震通報系統

B:待承接物

圖1係本創作之立體外觀圖一

圖2係本創作之立體外觀圖二

圖3係本創作之側視示意圖

圖4係本創作之第一傳動機構作動示意圖

圖5係本創作之第二傳動機構作動示意圖

圖6係本創作之各元件連結示意圖

以下藉由圖式之輔助，說明本新型創作之構造、特點與實施例，俾使貴審查人員對於本新型創作有更進一步之瞭解。

請參閱圖1所示，本創作係關於一種具有雙傳動機構之機械手臂，包括：

一第一傳動機構1：

請參閱圖1配合圖2所示，該第一傳動機構1內部設有一第一變速箱，該第一傳動機構1之輸出端連接一第一承載件2，該第一傳動機構1可供帶動該第一承載件2作垂直向移動。舉凡可供與一第二傳動機構3連接，以供該第一傳動機構1透過該第一承載件2帶動一第二傳動機構3做垂直向移動 者，均為本說明書所述之該第一承載件2，以本說明書圖1所示，該第一承載件2較佳為一N型板，包括一第一橫板21、一第二橫板22，及一縱板23，該縱板23相反二緣邊分別連接該第一橫板21之一緣邊及該第二橫板22之一緣邊；且該第一傳動機構1包括垂直向設置之一第一滑軌11，及一第一驅動單元12，該第一驅動單元12連接該第一橫板21以供該第一承載件2沿該第一滑軌11移動，且該第二橫板22及該縱板23位於該第一滑軌11左右其中一側方。如此一來，如圖所示，當該第二傳動機構3置於該縱板23或該第二橫板22時，該第二傳動機構3必定位於該第一傳動機構1的左側方或右側方，透過此種緊密並排設置的方式，可有效降低整體體積。另外值得一提的是，圖示中該第一承載件2於實施時，該第一橫板21較佳是一緣邊設置該縱板23，而相反另一緣邊則是設置一縱板23A，同樣的，該第二橫板22也是一緣邊設置該縱板23，相反另一緣邊設置一縱板23B，使得該第一承載件2由N型轉為ㄩ型與ㄇ型結合的結構，如此一來可讓整體結構較為穩固。

一第二傳動機構3：

請參閱圖1配合圖2所示，該第二傳動機構3設於該第一承載件2，該第二傳動機構3內部設有一第二變速箱，且該第二傳動機構3輸出端連接一第二承載件4，該第二傳動機構3可供帶動該第二承載件4作垂直向移動；該第一變速箱的變速比異於該第二變速箱的變速比。此外，該第二傳動機構3的具體實施方式為：該第二傳動機構3包括垂直向設置之一第二滑軌31，及一第二驅動單元32，該第二滑軌31設於該第二橫板22或該縱板23其中之一，該第二承載件4設於該第二滑軌31，該第二驅動單元32連接該第二承載件4，以供帶動該第二承載件4沿該第二滑軌31移動。如此一來，透過該第二滑軌31除了可有效固定該第二承載件4的移動方向外，同時還具有提供穩定移動的效果。另外，值得一提的是，舉凡可供驅動該第一 承載件2或該第二承載件4做垂直向移動者，均為本說明書所指之驅動單元12、32，以本說明書為例，該驅動單元12、32較佳為一馬達，且輸出端係透過螺桿的帶動來帶動該第一承載件2或該第二承載件4移動。

一機械手臂本體5：

請參閱圖3所示，該機械手臂本體5設於該第二承載件4，該機械手臂本體5用以供承接一待承接物B。

一控制單元6：

請參閱圖6所示，該控制單元6連接該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5，以供分別控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5作動。

本創作作動時由於該第一傳動機構1與該第二傳動機構3所使用的齒輪箱的齒輪比相異，所以利用此項特色，可以先讓其中一台傳動機構進行高速移動，以供快速帶動該機械手臂本體5移動至預設高度位置附近，接著，就透過另外一台傳動機構進行微調，以精準的控制該機械手臂本體5準確的移動至該預設高度位置，此控制的過程可以是同時控制該第一傳動機構1及該第二傳動機構3作動，也可以根據先後順序，先控制該第一傳動機構1作動後再透過該第二傳動機構3進行微調；以本說明書圖式為例，較佳是如圖4所示先控制該第一傳動機構1作動後，再如圖5所示透過該第二傳動機構3進行微調。如此一來，本創作化繁為簡，讓一台傳動機構從需要具有精密且繁雜的控制元件(如變速箱)，化簡成二台傳動機構1、3，透過二台傳動機構1、3的相互搭配，達到快速且精準帶動該機械手臂本體5至定位的效果，也因此種搭配方式，使得整個傳動機構的體積大幅縮小，進而令整台機械手臂得以縮小其體積。另外，值得一提的是，本創作除了分別透過該第一傳動機構1與該第二傳動機構3帶動該機械手臂本體5外，也 可僅利用一台該第一傳動機構1或一台該第二傳動機構3來帶動該機械手臂本體5做垂直向的上下移動。

請參考圖6，接下來介紹本創作其他實施方式，首先，該機械手臂本體5較佳設有一高度偵測單元7，該控制單元6資訊連接該高度偵測單元7，該控制單元6根據該高度偵測單元7的偵測結果，判斷是否滿足高度預設值，當未滿足時則分別控制該第一傳動機構1及該第二傳動機構3作動直到滿足該高度預設值，並記錄控制參數得到一控制資料，其中該控制資料可以是該第一傳動機構1與該第二傳動機構3的工作時間、該第一承載件2或該第二承載件4的移動速度等，舉凡可供做為日後機械進行學習，以供找出可讓該機械手臂本體5快速移動至定點的參數者，均為本說明書所指之控制資料。此外，當該控制單元6反覆操作該第一傳動機構1與該第二傳動機構3達一預設時間後，發現該高度偵測單元7的偵測結果均無法滿足該高度預設值時，表示機台可能出現狀況，這時該控制單元6會出一第一警示訊息，該第一警示訊息可以是透過蜂鳴器來呈現，也可以透過閃爍燈來呈現，更可以將該第一警示訊息傳送至遠端的中控中心，以提示該中控中心的管理人員前往檢視或維修。

請繼續參考圖6，當本創作用於晶圓廠時，由於晶圓成本相當昂貴，為避免晶圓受地震影響而掉落至地面，本創作進一步可以實施為：當一地震通報系統A測得一地震後會發出一地震通知，該控制單元6遠端連線該地震通報系統A，一但該控制單元6接收到該地震通知時，該控制單元6控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5停止作動，藉以避免災情擴大。此外，該控制單元6在控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5停止作動前，較佳係先判斷該機械手臂本體5是否承接晶圓，如果有，則該控制單元6先控制該機械手臂本體5將手 上的晶圓先放置安全位置後，再控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5停止作動。另外，基本上地震持續時間相當短，為了不影響整個工作進度，本創作更進一步還有設置水平儀8，用來偵測地面或者該機械手臂本體5是否有晃動，因此當該控制單元6收到該地震通知一預設時間後，如果該水平儀8停止晃動後，該控制單元6便會控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5重新作動，使本創作具有智能化復工的功能。

接下來介紹本創作的保護措施，用來輔助診斷該機械手臂是否發生故障或需提前進行維修，首先，本創作較佳設有一聲音分析單元9，由於機械於零件損壞前有相當高的程度會發出異於平常的聲音，又可稱之為噪音，因此該聲音分析單元9主要係分析該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5作動時所發出之聲音，當判斷該聲音屬於噪音時，則該控制單元6發出一第二警示訊息。另外值得一提的是，這裡指的噪音並非一般人聽覺所稱之噪音，而是出現該機械手臂作動時所發出聲音以外的其他聲音，例如摩擦聲、撞擊聲等。另外，當機械本身溫度異常升高時，也是零件損毀時或損毀前的警訊，也因此，本創作利用此項特色，更設一溫度偵測單元0，當該溫度偵測單元0所測得溫度高於一溫度預設值時，則該控制單元6控制該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5停止作動。

另外，除了上述利用聲音來輔助判斷該機械手臂是否需做維修、保養外，本創作也可以透過震動的頻率、大小作為輔助判斷依據，也因此該控制單元6較佳更資訊連接一震動分析單元9A，該震動分析單元9A用以分析該第一傳動機構1、該第二傳動機構3，及該機械手臂本體5作動時所發出之震動，當判斷該震動屬於異常時，則該控制單元6發出一第三警示訊息 。而該震動是否屬於異常之判斷依據可以是震動的頻率、震動的大小等，舉凡可供判斷震動是否屬於異常之判斷根據、判斷參數者，均為本說明書所欲保障之範圍。

本創作於實施時，待承接物B較佳設有一RFID，該RFID可供儲存該待承接物B的相關資訊，如數量、物品名稱、序號等；該機械手臂本體5設有一RFID讀取單元51及一承接件，因此當該機械手臂本體5承接該待承接物B時，該RFID讀取單元51便會讀取該RFID而得到一識別資料，接著該控制單元6會判斷該識別資料是否滿足預設資料，如果滿足，則該控制單元6驅動該承接件承接該待承接物B，並將該識別資料製作成一輸送資料。該輸送資料除了可以記錄該數量、物品名稱、序號等資料外，也會記錄輸送時間等其他相關資料。另外，為防止承接過程中該待承接物B滑落，該承接件表面較佳設有一止滑單元。

綜上所述，本案符合專利法所定之要件，爰依法提出專利申請，而上述說明僅列舉本新型創作之較佳實施例，本案之權利範圍仍以請求項所列為主。

1:第一傳動機構

11:第一滑軌

12:第一驅動單元

2:第一承載件

21:第一橫板

22:第二橫板

23:縱板

23A:縱板

23B:縱板

3:第二傳動機構

31:第二滑軌

32:第二驅動單元

4:第二承載件

Claims (10)

1. 一種具有雙傳動機構之機械手臂，包括：一第一傳動機構：內部設有一第一變速箱，該第一傳動機構之輸出端連接一第一承載件，該第一傳動機構可供帶動該第一承載件作垂直向移動；一第二傳動機構：設於該第一承載件，該第二傳動機構內部設有一第二變速箱，且該第二傳動機構輸出端連接一第二承載件，該第二傳動機構可供帶動該第二承載件作垂直向移動；該第一變速箱的變速比異於該第二變速箱的變速比；一機械手臂本體：設於該第二承載件，用以供承接一待承接物；一控制單元：分別資訊連接該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體，以供分別控制該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體作動。
2. 如請求項1所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該第一傳動機構包括垂直向設置之一第一滑軌，及一第一驅動單元；該第一承載件為一N型板，包括一第一橫板、一第二橫板，及一縱板，該縱板相反二緣邊分別連接該第一橫板之一緣邊及該第二橫板之一緣邊；該第一驅動單元連接該第一橫板以供該第一承載件沿該第一滑軌移動，且該第二橫板及該縱板位於該第一滑軌左右其中一側方；該第二傳動機構包括垂直向設置之一第二滑軌，及一第二驅動單元，該第二滑軌設於該第二橫板或該縱板其中之一，該第二承載件設於該第二滑軌，該第二驅動單元連接該第二承載件，以供帶動該第二承載件沿該第二滑軌移動。
3. 如請求項2所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該機械手臂本體設有一高度偵測單元，該控制單元資訊連接該高度偵測單元，該控制單元根據該 高度偵測單元的偵測結果，判斷是否滿足高度預設值，當未滿足時則分別控制該第一傳動機構及該第二傳動機構作動直到滿足該高度預設值，並記錄控制參數得到一控制資料。
4. 如請求項3所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中當超過一預設時間且該控制單元判斷該高度偵測單元的偵測結果均無法滿足該高度預設值時，則發出一第一警示訊息。
5. 如請求項4所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該控制單元可供資訊連接一地震通報系統，當該地震通報系統發出地震通知時，則該控制單元控制該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體停止作動。
6. 如請求項5所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該控制單元資訊連接一水平儀，當該控制單元收到該地震通知一預設時間後，根據該水平儀偵測結果，決定該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體是否重啟。
7. 如請求項6所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該控制單元資訊連接一聲音分析單元，該聲音分析單元用以分析該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體作動時所發出之聲音，當判斷該聲音屬於噪音時，則該控制單元發出一第二警示訊息。
8. 如請求項7所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該控制單元資訊連接一溫度偵測單元，當該溫度偵測單元所測得溫度高於一溫度預設值時，則該控制單元控制該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體停止作動。
9. 如請求項8所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中待承接物設有一RFID；該機械手臂本體設有一RFID讀取單元及一承接件，該RFID讀取單元資訊連接該控制單元，用以供讀取該RFID得到一識別資料，當該識別資料滿足預設資料時，則該控制單元驅動該承接件承接該待承接物，並將該識別資料製作成一輸送資料。
10. 如請求項9所述具有雙傳動機構之機械手臂，其中該控制單元資訊連接一震動分析單元，該震動分析單元用以分析該第一傳動機構、該第二傳動機構，及該機械手臂本體作動時所發出之震動，當判斷該震動屬於異常時，則該控制單元發出一第三警示訊息。

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