TWI633987B - 機械手臂 - Google Patents

Abstract

一種機械手臂，包含基座、推抵件、轉動件、臂體以及彈性件。基座具有相互面對的二內表面以及連接於其中一內表面的容置孔。推抵件設置於基座的容置孔，且推抵件與容置孔的孔側壁面相接觸。轉動件設置於二內表面之間並接觸推抵件，且轉動件藉由推抵件而樞設於基座。臂體設置於轉動件上。彈性件設置於基座並可提供預壓力給推抵件，而令推抵件常態推抵轉動件以及容置孔的孔側壁面。

Description

機械手臂

本發明係關於一種機械手臂，特別是一種以擺動移動之方式拾取或點測物件的機械手臂。

為了減少污染及提高產量，半導體產業常利用一個或多個機械手臂拾取並且搬運矽晶圓或電子晶片等工作件，或是利用機械手臂末端的探針進行電性測試。

習知技術廣泛使用軸承與軸心的組合方式，以使臂體能以擺動移動之方式拾取或點測物件。然而，軸承的徑向間隙也是其美中不足的缺失，軸承間隙經由擺臂與軸心的距離放大之後，產生的些許偏移，偶發性的會導致臂體在測試時有滑針、多針痕、行程無重複性等不良現象產生。

鑒於以上的問題，本發明揭露一種機械手臂，有助於解決軸承與軸心之間會隨著機械手臂的使用時間增加而產生徑向間隙的問題。

本發明揭露的機械手臂包含一基座、一推抵件、一轉動件、一臂體以及一彈性件。基座具有相互面對的二內表面以及連接於該二內表面其中之一的一容置孔。推抵件設置於基座的容置孔，且推抵件與容置孔的孔側壁面相接觸。轉動件設置於二內表面之間並接觸推抵件，且轉動件藉由推抵件而樞設於基座。臂體設置於轉動件上。彈性件設置於基座並提供預壓力給推抵件，而令推抵件常態推抵轉動件以及容置孔的孔側壁面。

本發明另揭露的機械手臂包含一基座、二推抵件、一轉動件以及一臂體。基座具有相互面對的二內表面以及分別連接於二內表面的二容置孔。二推抵件分別接觸二容置孔的孔側壁面，且二容置孔的孔側壁面以三點接觸夾持方式分別將二推抵件夾持於二容置孔。轉動件設置於二內表面之間並接觸二推抵件，且轉動件藉由二推抵件而樞設於基座。臂體設置於轉動件。

根據本發明所揭露的機械手臂，取代現有軸承與軸心的組合結構，藉由推抵件將轉動件樞設於基座，並且利用彈性件提供預壓力以使推抵件能常態地承靠於容置孔的孔側壁面上。當轉動件偏移時，推抵件與彈性件有助於將轉動件復位至偏移前的位置，以防止轉動件偏移後於推抵件、轉動件與基座彼此之間產生的間隙無法消除。因此，能確保轉動件常態保持於預設的位置，而使臂體之擺動運動有高行程重複性之優點。

此外，亦可採用推抵件與容置孔的孔側壁面三點接觸夾持之方式，以使容置孔的孔側壁面與推抵件之間的作用力能拘束推抵件的活動方式，進而防止轉動件產生偏移而能常態保持於預設的位置。藉此，臂體之擺動運動也有高行程重複性之優點。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請同時參照圖1和圖2。圖1為根據本發明第一實施例之機械手臂的立體示意圖。圖2為圖1之機械手臂的分解示意圖。在本實施例中，機械手臂1包含一基座10、二推抵件20與40、一轉動件30、一彈性件50以及一臂體60。

基座10例如但不限於是固定於地面或是其他設備的一機架，其可搭載一動力源(例如伺服馬達，未繪示)。基座10包含一本體110以及二延伸部120，並且二延伸部120分別連接於本體110的相對二端。二延伸部120分別具有一內表面121，並且二內表面121相互面對。二延伸部120還分別具有與內表面121相連接的一容置孔122，並且其中一個延伸部120還具有與容置孔122相連接的一容置槽123。

請併參照圖3A至圖5。圖3A為圖1之機械手臂沿著3-3剖切線的剖切示意圖。圖3B為圖3A之機械手臂的局部放大圖。圖4A為圖1之機械手臂沿著4-4剖切線的剖切示意圖。圖4B為圖4A之機械手臂的局部放大圖。圖5為圖1之機械手臂沿著5-5剖切線的剖切示意圖。

每個容置孔122的孔側壁面具有多個承靠段122a以及一個或多個讓位段122b。容置槽123的延伸方向與相連接之容置孔122的延伸方向彼此相交而夾一銳角θ1。如圖3B所示，其中一個容置孔122的孔側壁面具有交錯排列並且彼此相連的三承靠段122a以及三讓位段122b。任兩承靠段122a之延伸方向彼此相交而夾一銳角θ2，並且其中一個讓位段122b介於相間隔的兩個承靠段122a之間。前述相間隔的承靠段122a，係指任兩個相鄰的承靠段122a為不連續的兩個表面，即在兩個相鄰的承靠段122a之間設有面形不同或曲率不同的另一個表面(讓位段122b)。如圖4B所示，連接於容置槽123的另一個容置孔122的孔側壁面具有二承靠段122a以及一讓位段122b。二個容置孔122的每個承靠段122a皆具有一承靠邊1221，並且承靠邊1221鄰近容置孔122所連接之內表面121。在本實施例中，銳角θ2大約為60度(degrees)。在其他實施例中，銳角θ2可為10度、30度、90度或170度之非水平角。

在本實施例中，每個容置孔122中的承靠段122a數量以及讓位段122b數量並非用以限制本發明，其可視設計需求而任意調整。此外，本實施例的承靠段122a為平坦狀之表面，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，承靠段可為凸狀之弧形面或凹狀之弧形面，並且承靠段與讓位段具有不同之曲率。此外，本實施例在相鄰的二個承靠段122a之間設有一個讓位段122b，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，對於孔側壁面具有三個承靠段的容置孔而言，承靠段可彼此直接連接而使容置孔成為三角孔。

推抵件20例如但不限於是金屬製的一圓形球體，其設置於孔側壁面具有三個承靠段122a的容置孔122內，詳細來說，推抵件20分別與三個承靠段122a的承靠邊1221一點接觸，並且推抵件20與讓位段122b之間相間隔而具有間隙。藉此，容置孔122的孔側壁面以三點接觸方式夾持住推抵件20。

轉動件30設置於基座10的二內表面121之間，並且轉動件30的一側樞設於推抵件20。詳細來說，轉動件30具有相對的二外表面310以及連接於二外表面310的一穿孔320。二外表面310分別面對二容置孔122，並且其中一個外表面310面對推抵件20。推抵件20的一部分設置於穿孔320內，並且穿孔320的孔側壁面與推抵件20三點接觸。藉此，穿孔320的孔側壁面以三點接觸方式夾持住推抵件20而達到較佳之受力平衡，並且轉動件30能以推抵件20為樞接點相對基座10轉動。

推抵件40例如但不限於是金屬製的一圓形球體，其設置於連接於容置槽123的容置孔122內，詳細來說，推抵件40分別與二個承靠段122a的承靠邊1221一點接觸，並且推抵件40與讓位段122b之間相間隔而具有間隙。藉此，推抵件40與容置孔122的孔側壁面二點接觸，即推抵件40分別與二承靠段122a的承靠邊1221一點接觸。轉動件30的另一個外表面310面對推抵件40。推抵件40的一部分設置於穿孔320內，並且穿孔320的孔側壁面與推抵件40三點接觸以達到較佳之受力平衡，而使穿孔320的孔側壁面以三點接觸方式夾持住推抵件40。藉此，轉動件30能以推抵件40為樞接點相對基座10轉動。也就是說，轉動件30藉由推抵件20與推抵件40而樞設於基座10，使得轉動件30能以軸線S為旋轉中心轉動。

彈性件50設置於基座10的容置槽123並且包含相連的一彈性部510以及一推抵部520。詳細來說，彈性部510例如但不限於是一壓縮彈簧，並且推抵部520例如但不限於是金屬製的一圓形球體。推抵部520設置於彈性部510與推抵件40之間。彈性部510適於沿一推抵方向P提供預壓力給推抵部520，而令推抵部520常態推抵推抵件40，進而使推抵件40常態推抵轉動件30以及容置孔122之孔側壁面的二個承靠段122a的承靠邊1221。在本實施例中，彈性部510的推抵方向與容置槽123的延伸方向相同，即彈性部510的推抵方向與連接於容置槽123之容置孔122的延伸方向彼此相交而夾銳角θ1。

臂體60設置於轉動件30。當轉動件30轉動時，臂體60能相對基座10上下擺動。臂體60於遠離轉動件30之一端可設置有吸取頭、夾爪或是點測探針(未繪示)，以便利用臂體60拾取工作件(例如矽晶圓、LED晶粒或電子晶片，未繪示)，或是利用臂體60對工作件進行點測。

藉由上述配置，當轉動件30產生徑向方向的偏移時，彈性件50所提供之預壓力有助於防止推抵件20和40、轉動件30與基座10彼此之間產生間隙。圖6為圖5之機械手臂的行程發生偏移的示意圖。如圖6所示，當轉動件30或是臂體60受到外力(例如在圖6中沿朝上方向A施加之推力)干擾時，轉動件30的一側會朝向上方或是斜上方偏移而壓縮彈性件50的彈性部510，而使彈性部510儲存彈性位能。此時，轉動件30推動推抵件40遠離容置孔122之孔側壁面的二個承靠段122a，導致推抵件20和40、轉動件30與基座10會因為組裝關係鬆脫而彼此之間產生一個或多個間隙。當此外力干擾被移除時，彈性部510釋放彈性位能而令推抵件40復位以再次接觸承靠段122a。藉此，當轉動件30偏移時，推抵件40與彈性件50有助於將轉動件30復位至偏移前的位置(如圖5所示)，以防止轉動件30偏移後於推抵件20和40、轉動件30與基座10彼此之間產生的間隙無法消除。因此，能確保轉動件30常態保持於預設的位置，而使臂體60之擺動運動有高行程重複性之優點。

為了方便各元件之組裝以及確保組裝完後的產品可靠度，在組裝本實施例的機械手臂1時，係先將推抵件20與轉動件30設置於基座10後再設置推抵件40，但為了防止推抵件40產生永久變形或是其表面被刮傷，可能不適合採用緊配之方式將推抵件40嵌設於基座10之容置孔122。為了克服上述的組裝問題，本實施例的基座10具有容置槽123。當組裝推抵件20與轉動件30後，推抵件40可自容置槽123進入容置孔122而接觸承靠段122a的承靠邊1221，以避免組裝時被其他元件擠壓。

此外，當基座10形成容置槽123時，容置孔122的一部分孔側壁面會被移除，因此推抵件40無法與容置孔122的孔側壁面達到三點接觸。為了克服上述問題，本實施例於容置槽123中設置彈性件50，並且藉由彈性件50的推抵部520接觸推抵件40以代替被移除之部分孔側壁面。

在本實施例中，彈性件50包含彈性部510以及推抵部520，並且推抵部520與推抵件40一點接觸而有助於減少彼此之間的摩擦力，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，彈性件可不包含推抵部，此時彈性件的彈性部直接接觸推抵件。

另外，在本實施例中，推抵件20與40皆接觸容置孔122之承靠段122a的承靠邊1221。藉此，容置孔122之孔側壁面與推抵件20或40之間的作用力中具有沿著容置孔122之延伸方向的分力，有助於使推抵件20與40輕微推抵轉動件30，進而防止轉動件30產生沿著容置孔122之延伸方向上的偏移。在其他實施例中，推抵件20與40可接觸承靠段122a位於容置孔122較深處的位置。

此外，在本實施例中，推抵件20與容置孔122的孔側壁面三點接觸，並且推抵件40與容置孔122的孔側壁面二點接觸，但點接觸的數量並非用以限制本發明。在其他實施例中，可適當設置容置孔122的形狀而能達到四點接觸或五點接觸，並且這些容置孔122內的接觸點並非連續形成，因此接觸點彼此之間相間隔而能有消除摩擦力之功效。

在第一實施例中，推抵件40與彈性件50的推抵部520一點接觸並與容置孔122的孔側壁面二點接觸，但本發明並不以此為限。圖7為根據本發明第二實施例之機械手臂的剖切示意圖。圖8為圖7之機械手臂沿著8-8剖切線的剖切示意圖。由於第二實施例和第一實施例相似，故以下僅就相異處進行說明。

在本實施例中，機械手臂1a不包含有彈性件，並且推抵件20和40具有可撓性。基座10的二個容置孔122分別具有三承靠段122a以及三讓位段122b。由於推抵件20和40具有可撓性，因此推抵件20和40在組裝時能用緊配之方式分別嵌設於二個容置孔122內。由於推抵件20和40都被容置孔122的三個承靠段122a以三點接觸方式夾持，故推抵件20和40都只能繞著自身之中心轉動而不會產生偏移，進而使轉動件30受到外力干擾時也不會有偏移產生。此外，由於推抵件20和40皆嵌設於容置孔122，因此為了減少摩擦力以及防止推抵件20和40過度耗損，本實施例係採用三點接觸方式將推抵件20和40夾持於容置孔122。

綜上所述，本發明所揭露的機械手臂中，取代現有軸承與軸心的組合結構，藉由推抵件將轉動件樞設於基座，並且利用彈性件提供預壓力以使推抵件能常態地承靠於容置孔的孔側壁面上。當轉動件偏移時，推抵件與彈性件有助於將轉動件復位至偏移前的位置，以防止轉動件偏移後於推抵件、轉動件與基座彼此之間產生的間隙無法消除。因此，能確保轉動件常態保持於預設的位置，而使臂體之擺動運動有高行程重複性之優點。

此外，亦可採用推抵件與容置孔的孔側壁面三點接觸夾持之方式，以使容置孔的孔側壁面與推抵件之間的作用力能拘束推抵件的活動方式，進而防止轉動件產生偏移而能常態保持於預設的位置。藉此，臂體之擺動運動也有高行程重複性之優點。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、1a‧‧‧機械手臂
10‧‧‧基座
110‧‧‧本體
120‧‧‧延伸部
121‧‧‧內表面
122‧‧‧容置孔
122a‧‧‧承靠段
122b‧‧‧讓位段
1221‧‧‧承靠邊
123‧‧‧容置槽
20‧‧‧推抵件
30‧‧‧轉動件
310‧‧‧外表面
320‧‧‧穿孔
40‧‧‧推抵件
50‧‧‧彈性件
510‧‧‧彈性部
520‧‧‧推抵部
60‧‧‧臂體
A‧‧‧朝上方向
P‧‧‧推抵方向
S‧‧‧軸線
θ1、θ2‧‧‧銳角

圖1為根據本發明第一實施例之機械手臂的立體示意圖。 圖2為圖1之機械手臂的分解示意圖。 圖3A為圖1之機械手臂沿著3-3剖切線的剖切示意圖。 圖3B為圖3A之機械手臂的局部放大圖。 圖4A為圖1之機械手臂沿著4-4剖切線的剖切示意圖。 圖4B為圖4A之機械手臂的局部放大圖。 圖5為圖1之機械手臂沿著5-5剖切線的剖切示意圖。 圖6為圖5之機械手臂的行程發生偏移的示意圖。 圖7為根據本發明第二實施例之機械手臂的剖切示意圖。 圖8為圖7之機械手臂沿著8-8剖切線的剖切示意圖。

Claims (10)

1. 一種機械手臂，包含：一基座，具有相互面對的二內表面以及連接於該二內表面其中之一的一第一容置孔；一第一推抵件，設置於該基座的該第一容置孔，且該第一推抵件與該第一容置孔的一孔側壁面相接觸；一轉動件，設置於該二內表面之間並接觸該第一推抵件，且該轉動件藉由該第一推抵件而樞設於該基座；一臂體，設置於該轉動件；以及一彈性件，設置於該基座，該彈性件可提供預壓力給該第一推抵件，而令該第一推抵件常態推抵該轉動件以及該第一容置孔的該孔側壁面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，其中該彈性件包含相連的一彈性部以及一推抵部，該推抵部設置於該彈性部與該第一推抵件之間，該彈性部可提供預壓力給該推抵部，而令該推抵部常態推抵該第一推抵件，進而使該第一推抵件常態推抵該轉動件以及該第一容置孔的該孔側壁面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機械手臂，其中該第一容置孔的該孔側壁面與該彈性件的該推抵部以三點接觸方式共同將該第一推抵件夾持於該第一容置孔。
4. 如申請專利範圍第2項所述之機械手臂，其中該第一推抵件與該彈性件的該推抵部皆為一圓形球體，且該彈性件的該彈性部為一壓縮彈簧。
5. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，其中第一容置孔的該孔側壁面具有相間隔的至少二承靠段，該至少二承靠段的延伸方向彼此相交，且該第一推抵件分別與該至少二承靠段一點接觸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，其中該第一容置孔的該孔側壁面具有至少一承靠邊，該至少一承靠邊鄰近該第一容置孔所連接之該內表面，且該第一推抵件與該至少一承靠邊一點接觸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，其中該基座更具有連接於該第一容置孔的一容置槽，該容置槽的延伸方向與該第一容置孔之延伸方向彼此相交，且該彈性件設置於該容置槽。
8. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，更包含一第二推抵件，其中該基座更具有一第二容置孔，該第一容置孔與該第二容置孔分別連接於該二內表面，該第二推抵件與該第二容置孔的一孔側壁面三點接觸，且該轉動件藉由該第一推抵件與該第二推抵件而樞設於該基座。
9. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂，其中該轉動件具有一外表面以及連接於該外表面的一穿孔，該外表面面對該第一容置孔與該第一推抵件，且該第一推抵件與該穿孔的一孔側壁面三點接觸。
10. 一種機械手臂，包含：一基座，具有相互面對的二內表面以及分別連接於該二內表面的二容置孔；二推抵件，分別接觸該二容置孔的孔側壁面，且該二容置孔的孔側壁面以三點接觸方式分別將該二推抵件夾持於該二容置孔；一轉動件，設置於該二內表面之間並接觸該二推抵件，且該轉動件藉由該二推抵件而樞設於該基座；以及一臂體，設置於該轉動件。