本實用新型涉及一種機械裝置，尤其涉及一種機械手臂裝置。

背景技術：

目前常見的機械手臂裝置多為三軸的機械手臂或四軸SCARA機械手臂。然，隨著各式電子裝置的復雜度提升，常見的三軸機械手臂或四軸SCARA機械手臂已無法滿足結構復雜或是組裝復雜的電子裝置的自動化需求。因此，對相關廠商而言，如何改善傳統(tǒng)三軸機械手臂或四軸SCARA機械手臂存在諸多不善之處，例如活動范圍狹小、機械手臂操作上靈活度限制、傳動扭力之效益或機械手臂末端姿態(tài)等問題，乃為重大課題之一。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種機械手臂裝置，用以解決傳統(tǒng)機械手臂所存在的活動范圍狹小、機械手臂操作上靈活度限制、傳動扭力之效益或機械手臂末端姿態(tài)等問題。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種機械手臂裝置，所述機械手臂裝置包含：一主機構，所述主機構包含一第一活動單元、一第二活動單元及一第三活動單元，所述第一活動單元、所述第二活動單元及所述第三活動單元彼此相互連接，而所述主機構能使所述機械手臂裝置具有三個自由度；所述第三活動單元具有一連接結構；其中，所述第一活動單元能以一縱向軸線為中心旋轉，所述第二活動單元與所述第一活動單元相連接，且所述第二活動單元能相對于所述第一活動單元沿一縱向方向線性移動；所述第三活動單元連接于所述第二活動單元，且所述第三活動單元能相對于所述第二活動單元以一另一縱向軸線為中心旋轉；以及一延伸機構，所述主機構及所述延伸機構彼此相連接，而所述主機構及所述延伸機構能使所述機械手臂裝置具有N+3個自由度，N為不小于3的正整數，所述延伸機構包含：N個延伸活動單元，所述N個延伸活動單元彼此相連接，且所述N個延伸活動單元彼此間能相對旋轉或線性移動；所述N個延伸活動單元中的一個延伸活動單元定義為一連接組件，所述連接組件與所述連接結構相互連接，而所述延伸機構能相對于所述主機構旋轉或線性移動，且所述延伸機構能隨所述主機構旋轉或線性移動。

進一步地，所述連接組件可拆卸地與所述連接結構相互固定。

進一步地，所述連接組件包含有一連接本體、一驅動件及一連動件，所述連接本體具有一固接結構，所述連接組件能通過所述固接結構與所述連接結構相互配合而與所述第三活動單元可拆卸地相互固定，所述驅動件設置于所述連接本體，且所述驅動件能驅動所述連動件動作，所述連動件的部分外露于所述連接本體，而所述連動件用以連動其余的所述N個延伸活動單元。

進一步地，所述第三活動單元包含有一活動本體，所述活動本體的一端具有所述連接結構，且所述活動本體的所述端內凹形成有一容置槽，外露于所述連接本體的所述驅動件能對應容置于所述容置槽中。

進一步地，所述連接組件能以一橫向軸線為中心而旋轉。

為了實現上述目的，本實用新型提供另一種機械手臂裝置，所述機械手臂裝置包含：一主機構，所述主機構包含一第一活動單元、一第二活動單元及一第三活動單元，所述第一活動單元、所述第二活動單元及所述第三活動單元彼此相互連接，而所述主機構能使所述機械手臂裝置具有三個自由度；所述第三活動單元具有一連接結構；其中，所述第一活動單元能以一第一縱向軸線為中心旋轉，所述第二活動單元與所述第一活動單元相連接，且所述第二活動單元能相對于所述第一活動單元沿一縱向方向線性移動；以及一延伸機構，與所述主機構相連接，從而使所述機械手臂裝置具有四個自由度，所述延伸機構包含：一延伸活動單元，其與所述連接結構相互連接，而所述延伸機構能相對于所述主機構旋轉或線性移動，且所述延伸機構能隨所述主機構旋轉或線性移動。

進一步地，所述延伸活動單元包含有一連接本體、一驅動件及一連動件，所述連接本體具有一固接結構，所述延伸活動單元能通過所述固接結構與所述連接結構相互配合而與所述第三活動單元可拆卸地相互固定，所述驅動件設置于所述連接本體，且所述驅動件能驅動所述連動件動作，所述連動件的部分外露于所述連接本體，而所述連動件用于連動一外部構件。

進一步地，所述第三活動單元包含有一活動本體，所述活動本體的一端具有所述連接結構，且所述活動本體的所述端內凹形成有一容置槽，外露于所述連接本體的所述驅動件能對應容置于所述容置槽中。

進一步地，所述第三活動單元與所述第二活動單元相連接，所述第三活動單元能相對于所述第二活動單元以一第二縱向軸線為中心旋轉；所述連動件能相對于所述第三活動單元以另一縱向軸線為中心旋轉。

進一步地，所述延伸機構還包含有一輔助連接件，所述輔助連接件的兩端分別與所述連接結構及所述延伸活動單元相連接。

本實用新型的有益效果可以在于：通過延伸機構的設置，可有效增加機械手臂裝置的整體活動范圍，從而可解決傳統(tǒng)機械手臂存在的活動范圍狹小、機械手臂操作上靈活度限制、傳動扭力之效益或機械手臂末端姿態(tài)等問題。

附圖說明

圖1為現有技術六軸機械手臂的示意圖。

圖2為本實用新型的機械手臂裝置的第一實施例的示意圖。

圖3為本實用新型的機械手臂裝置的第一實施例的分解示意圖。

圖4為本實用新型的機械手臂裝置的第二實施例的分解示意圖。

圖5為本實用新型的機械手臂裝置的第二實施例的示意圖。

具體實施方式

第一實施例

請一并參閱圖2及圖3，其為本實用新型的機械手臂裝置的第一實施例的分解及組裝示意圖。如圖所示，機械手臂裝置1包含有一主機構10及一延伸機構20。主機構10具有三個自由度，延伸機構20設置于主機構10，而延伸機構20組裝于主機構10后，能據以增加整體機械手臂裝置1的自由度。

進一步來說，主機構10包含有一固定座11、一第一活動單元12、一第二活動單元13及一第三活動單元14。固定座11用以固定于環(huán)境地面。第一活動單元12可旋轉地設置于固定座11；第二活動單元13可線性移動地與第一活動單元12相互連接，且第二活動單元13能隨第一活動單元12相對于固定座11旋轉；第三活動單元14可旋轉地與第二活動單元13相連接，且第三活動單元14能隨第二活動單元13相對于第一活動單元12線性移動，第三活動單元14也可隨第一活動單元12相對于固定座11旋轉。如此，第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14能使機械手臂裝置1具有三個自由度；當然，在實際應用中，第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14彼此間的相對活動關系、相對于固定座11的活動關系，可以是依據需求加以變化，于此不加以限制；另外，第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14的外型可以依據需求加以變化，并且也不局限于圖中所示。

在另一實施例中，第一活動單元12也可以是可線性移動地設置于固定座11；第二活動單元13也可以是可旋轉地與第一活動單元12相互連接，且第二活動單元13能隨第一活動單元12相對于固定座11線性移動；第三活動單元14也可以是可線性移動地與第二活動單元13相連接，且第三活動單元14能隨第二活動單元13相對于第一活動單元12旋轉，且第三活動單元14能隨第一活動單元12相對于固定座11線性移動。

特別說明的是，第三活動單元14遠離與第二活動單元13相連接的一端(即第三活動單元14的末端)，是具有一連接結構15，該連接結構15用以可拆卸地與延伸機構20相互連接。所述連接結構15可以是依據實際機械手臂裝置1的載重需求，而對應為不同的結構或是組件；舉例來說，在相對較輕的載重需求下，連接結構15可以是由第三活動單元14末端凸伸而出的結構，而連接結構15上可以是包含有多個鎖孔151，因此延伸機構20相對應的結構能通過多個鎖固件(圖未示，例如螺絲)與連接結構15相互固定，從而延伸機構20與第三活動單元14能相互固定；在載重需求相對重的情況下，所述連接結構15與延伸機構20彼此間也可以是設計有能相互卡合的結構，而連接結構15與延伸機構20則可同時通過卡合結構的卡固及鎖固件(圖未示，例如螺絲)的鎖固，來達到相互固定的效果。當然，所述連接結構15不局限任何形式，任何可使第三活動單元14與延伸機構20穩(wěn)固地相互固定且可方便拆裝的結構，皆為連接結構15的應用態(tài)樣。

延伸機構20包含有三個延伸活動單元21、21’、21”，其中一個該延伸活動單元定義為一連接組件21；其余兩個延伸活動單元21’、21”彼此相互連接，且兩個延伸活動單元21’、21”能彼此相對地旋轉或線性移動，其中一個延伸活動單元21’與連接組件21相互連接，而兩個延伸活動單元21’、21”也可相對于連接組件21旋轉或線性移動。于本實施例圖式中，是以兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”，分別為能彼此相對旋轉的結構為例，但不以此為限，在其他的應用中，兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”彼此間的活動關系及與連接組件21的活動關系，是可依據需求加以變化。

作為連接組件21的延伸活動單元21，可拆卸地與連接結構15相互固定，且連接組件21能相對于第三活動單元14旋轉(或線性活動)，連接組件21也能隨第三活動單元14、第二活動單元13、第一活動單元12的至少一個旋轉或線性活動。如此，在延伸機構20與主機構10相互連接后，機械手臂裝置1的自由度，則可由三個自由度增加至六個自由度，即機械手臂裝置1即可變成六軸機械手臂。

在具體的應用中，連接組件21可以是包含有一連接本體211、一驅動件212及一連動件213。連接本體211可以是中空殼體(或是部分為中空)，且連接本體211的一端是具有一固接結構2111(如圖4所示)，該固接結構2111用以可拆卸地與連接結構15相互固定，所述固接結構2111是與連接結構15彼此相對應的設計；舉例來說，固接結構2111可以是直接形成于連接本體211的多個鎖孔，而連接組件21與第三活動單元14則可以通過多個鎖固件(圖未示，例如螺絲)、連接組件21的多個鎖孔(固接結構2111)與第三活動單元14的鎖孔(連接結構15)的相互配合，而彼此相互鎖固。在其他的應用中，固接結構2111也可以是由連接本體211的一端向外凸伸形成的結構，而與連接結構15具有相對應的外型。在實際應用中，為了使固接結構2111能與連接結構15快速且方便地進行固定，固接結構2111及連接結構15可以是分別具有多個定位部(例如是凸、凹結構、導引柱等)，于此不加以限制。

連接組件21的驅動件212(例如馬達)設置于連接本體211，且驅動件212能驅動連動件213(例如是從動輪)旋轉，連動件213的部分可以是外露于連接本體211，而連動件213用以連動一外部構件(可依據需求加以選擇，例如可以是夾具)。在較佳的應用中，第三活動單元14可以是包含有一活動本體141，活動本體141的一端具有連接結構15，且活動本體141具有連接結構15的該端，內凹形成有一容置槽14a；連接組件21的驅動件212可以是外露于連接本體211；當連接組件21與第三活動單元14相互固定時，外露于連接本體211的驅動件212則可對應設置于容置槽14a中，如此可有效地縮減整體機械手臂裝置1的體積。

值得一提的是，連接組件21可以是包含有一電連接組件(圖未示，例如電源線、傳輸線等)，其電性連接驅動件212及其余延伸活動單元21’、21”的驅動件(圖未示，例如馬達)，而該電連接組件能與第三活動單元14內的相關電連接組件(圖未示，例如電源線、傳輸線等)相連接，從而使延伸機構20能與主機構10相互電性連接。換言之，在具體實施中，第三活動單元14的末端可以是具有能與連接組件21電性連接的相關構件(例如各式電連接線的接頭)，而使相關人員僅需將連接組件21的電連接組件21與第三活動單元14末端預留的相關電連接構件相互連接，并將固接結構2111與連接結構15相互固定后，即可快速地將具有三個自由度的主機構10轉換為具有六個自由度的機械手臂裝置1。當然，在其他的應用中，第三活動單元14也可以是不具有相對應的電連接構件，而延伸機構20的電連接組件可以是通過有線或無線的方式，與主機構10的相關控制機構電性連接。

在實際應用中，非連接組件21的兩個延伸活動單元21’、21”可以是通過一轉接組件22，與作為連接組件21的延伸活動單元相連接；也即，兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”是可拆卸地與作為連接組件21的延伸活動單元相互連接。如此，相關生產廠商可依據需求，而選擇性地于作為連接組件21的延伸活動單元，設置其余的延伸活動單元21’(21”)，而使延伸機構20由具有單一個自由度的機械手臂變換為具有兩(三)個自由度的機械手臂，從而使生產廠商能更靈活地依據客戶對于不同自由度的需求，而快速地進行生產組裝。關于兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”與作為連接組件21的延伸活動單元，彼此間可拆卸地連接的相關結構，于此不加以限制，例如可以是通過多個鎖固件相互鎖固等。當然，非連接組件21的兩個延伸活動單元21’、21”同樣可以是通過前述相關的電連接組件，與作為連接組件21的延伸活動單元電性連接，而通過作為連接組件21的延伸活動單元與主機構10電性連接，或者兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”可以是獨自地通過有線或是無線的方式，與主機構10電性連接。

在較佳的應用中，第一活動單元12設置于固定座11，且第一活動單元12能相對于固定座11以一第一縱向軸線V1為中心進行旋轉。第二活動單元13與第一活動單元12相連接，第二活動單元13能沿一縱向方向F線性移動；舉例來說，第二活動單元13可以是通過線性滑軌機構而可受控制地沿所述縱向方向F線性移動。第三活動單元14與第二活動單元13相連接，且第三活動單元14能以一第二縱向軸線V2為中心進行旋轉。其中，第一縱向軸線V1、縱向方向F及第二縱向軸線V2彼此相互平行。延伸機構20的連接組件21與第三活動單元14相連接；延伸機構20的另一延伸活動單元21’與連接組件21相連接，且該延伸活動單元21’能利用連接組件21所包含的機構，而相對于連接組件21以第一橫向軸線H1為中心旋轉；另一延伸活動單元21”則能利用延伸活動單元21’所包含的機構，而相對于延伸活動單元21’以第二橫向軸線H2為中心旋轉；與延伸活動單元21”末端相連接的外部構件，則能利用延伸活動單元21”所包含的機構，而相對于延伸活動單元21”以一第三縱向軸線V3為中心進行旋轉。其中，第一橫向軸線H1及第二橫向軸線H2可以是平行于第一縱向軸線V1，第三縱向軸線V3可以是平行于第一縱向軸線V1。

通過上述第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14彼此間的連接及活動方式，可以有效地降低主機構10在垂直方向的負載扭矩，而使得第三活動單元14及延伸機構20可以采用相對較輕的結構及相對較小的馬力，達到相對較大的負載能力，進而可有效降低整體機械手臂裝置1的制作成本。

請一并參閱圖1(現有技術的六軸機械手臂)及圖2。如圖2所示，本實用新型的機械手臂裝置1，通過第三活動單元14能相對于第二活動單元13以第二縱向軸線V2為中心旋轉的設置方式，可限制第三活動單元14僅能以Z軸為中心進行旋轉，因此，可使第三活動單元14末端所承載之重量(垂直向負Z軸方向的力)，相對于第二縱向軸線V2所產生的力矩T1，被第二活動單元13與第三活動單元14相連接的結構抵銷，從而，可有效地降低驅動第三活動單元14相對于第二活動單元13活動的驅動件所需的輸出扭力。如此，將可以以輸出扭力相對較低的驅動件來驅動第三活動單元14。

一般來說，機械手臂裝置成本最高的構件為驅動件及減速機，而驅動件的價格則大致與輸出扭力成正比，因此，通過上述第二活動單元13與第三活動單元14彼此間的設置方式，將可有效地降低相關驅動件的成本，從而可降低整體機械手臂裝置1的成本。另外，第二活動單元13的驅動件是驅動第三活動單元14以第二縱向軸線V2旋轉，而該力矩T1的方向是以正Y軸為中心逆時針旋轉，因此，該力矩T1的方向與該驅動件的旋轉方向(以Z軸為中心順時針或逆時針旋轉)不同，而不會直接影響該驅動件。

相似地，由于第二活動單元13是相對于第一活動單元12線性活動，因此，第三活動單元14末端所承載之重量(垂直向負Z軸方向的力)，相對于第一縱向軸線V1所產生的力矩T2，將可通過強化線性滑軌的強度來抵銷，而驅動第二活動單元13相對于第一活動單元12移動的驅動件，則不易受該力矩T2影響。

如圖1所示，反觀現有技術的六軸機械手臂，其第三活動單元13’是相對于第二活動單元12’以一橫向軸線AX1為中心進行旋轉，而第三活動單元13’所承載的重量，相對于該橫向軸線AX1所產生的力矩T1’，將與驅動第三活動單元13’(以該橫向軸線AX1為中心)旋轉的驅動件所產出的力矩相同或相反方向，如此將造成該驅動件旋轉上的負擔，而將抵銷或增強該驅動件所產生的輸出力矩，為此必需額外進行相關設計，以抵抗該力矩T1’，舉例來說增加馬達的輸出力矩或是增加減速機的設置，無論何種設計皆將大幅增加整體生產的成本(機械手臂成本最高的構件即為減速機及馬達)。相同地，現有技術的第二活動單元12’是相對于第一活動單元11’以另一橫向軸線AX2為中心進行旋轉，而第三活動單元13’所承載的重量，相對于該橫向軸線AX2所產生的力矩T2’，將與驅動第二活動單元12’相對于第一活動單元11’以該橫向軸線AX2為中心旋轉的驅動件的輸出力矩的方向相同或是相反，從而造成該驅動件的負擔，進而導致成本增加。

是以，本實用新型的機械手臂裝置1系利用第二活動單元13相對于第一活動單元12沿一縱向軸線線性活動，且使第三活動單元14相對于第二活動單元13以另一縱向軸線為中心旋轉，如此，本實用新型的機械手臂裝置1可以使用輸出扭力相對較低的驅動件，從而可大幅降低整體機械手臂裝置的成本。

第二實施例

請一并參閱圖4及圖5，有別于前述實施例，在其他的應用中，延伸機構20也可以是僅包含有單一個延伸活動單元21(即為前述連接組件)，而延伸機構20組裝于主機構10后，機械手臂裝置1則可由三個自由度轉換為四個自由度。關于連接組件21、主機構10的第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14的設置方式，皆與前述實施例相同，于此不再贅述。

于較佳的應用中，延伸機構20還包含有一輔助連接件23，其兩端分別具有一輔助連接結構231、231’，而輔助連接件23可以通過輔助連接結構231與連接結構15相連接，且輔助連接件23可以通過輔助連接結構231’與連接組件21相連接。其中，輔助連接件23的兩端不位于同一平面，因此，連接組件21通過輔助連接件23與第三活動單元14相連接后，可以對應改變連接組件21相關構件的活動方向。具體來說，如圖2所示，作為連接組件21的延伸活動單元21直接與第三活動單元14相互固定后，連接組件21將會以橫向軸線(圖2所標示的H1)為中心進行旋轉；相對地，如圖5所示，相同的連接組件21通過輔助連接件23與第三活動單元14相連接后，連接組件21則轉變?yōu)橐砸豢v向軸線V4為中心旋轉。

較佳地，連接組件21的連動件213是以縱向軸線V4為中心進行旋轉，其中該縱向軸線V4可以是平行第一縱向軸線V1及第二縱向軸線V2(如圖2所示)；因此，配合前述實施例所載的第一活動單元12、第二活動單元13及第三活動單元14彼此間的連接及活動方式，可以有效地降低主機構10在垂直方向的負載扭矩，而使得第三活動單元14及延伸機構20可以采用相對較輕的結構及相對較小的馬力，達到相對較大的負載能力，進而可有效降低整體機械手臂裝置1的制作成本。

請一并參閱圖2及圖4，在較佳的應用中，延伸機構20是可拆卸地與主機構10相互連接，因此，相關應用廠商或是生產廠商可以是依據不同的需求，通過更換具有不同個數的延伸活動單元21、21’、21”的延伸機構20，而對應改變機械手臂裝置1的自由度。也就是說，相關使用者可以是將圖2(圖4)所示的機械手臂裝置1的延伸機構20由主機構10上拆卸下來，而更換上圖4(圖2)所示的具有單一個(三個)延伸活動單元21(21、21’、21”)的延伸機構20，從而將圖2(圖4)所示的具有六個(四個)自由度的機械手臂裝置1，轉換為具有四個(六個)自由度的機械手臂裝置1。也即，對于應用廠商而言，可以是將現有技術的四(六)軸機械手臂裝置，通過延伸機構20的拆裝，而轉換為六(四)軸的機械手臂裝置。另外，對于生產廠商而言，無論是四軸機械手臂裝置或是六軸裝置，其皆是共享相同的主機構10，因此，在整體生產作業(yè)中，可更有效地進行相關管控，從而可有效地降低生產成本。簡而言之，相關生產廠商可以是依據需求，將具有三個自由度的主機構10，通過組裝具有N個延伸活動單元的延伸機構20，而對應使機械手臂裝置1整體具有N+3的自由度(N為正整數)。

進一步地，延伸機構20配合可拆卸地兩個非連接組件21的延伸活動單元21’、21”的設計，相關生產廠商可以更有彈性地依據客戶，對于不同的自由度的需求，而快速地進行相關生產。也就是說，延伸機構20中非作為連接組件21的延伸活動單元21’、21”，也可以是可拆卸地與連接組件21相連接，而如此延伸機構20也可依據需求快速地進行延伸機構20的延伸活動單元的數量改變。也就是說，通過改變連接組件21所連接的延伸活動單元的個數，也可使具有三個自由度的機械手臂裝置1，轉換為具有五個或七個自由度的機械手臂裝置1。