技术领域
[0001] 本
发明有关于一种用于输送工件的系统及方法，特别是指一种能在狭窄的空间活动取放工件的系统及方法。
背景技术
[0002] 在产业上常用自动化设备取代人
力以节省成本及增加产量，常用的自动化设备有机械手臂，其又包含有
水平式机械手臂及龙
门式机械手臂。龙门式机械手臂包含有一
机架及一作动机构，该机架横跨于工具机、供料台及置料台，且该作动机构悬吊于机架上且位于工具机、供料台及置料台上方，作动机构能相对机架以X轴、Y轴及Z轴的方向位移，以达到至供料台从上往下夹取工件，再到工具机从上往下放置工件，最后将加工完成的工件移至置料台。从前述说明可得知，该龙门式机械手臂的机架必须要横跨工具机、供料台及置料台，且其作动机构悬吊于机架上，故机架必须要有足够的空间，供作动机构进行三维的位移动作，而且作动机构的水平工作范围至少涵盖工具机、供料台及置料台的总水平面积。故龙门式机械手臂的整体体积较大，导致在固定环境空间中所能设置的龙门式机械手臂数量少。
[0003] 另一种机械手臂，水平式机械手臂，包含有一
基座及一机械摆臂，该机械摆臂一端枢设基座，而机械摆臂另一端具有一拿取工件的取料部，该机械摆臂是以枢设于基座的一端为圆心，并以取料部至基座的距离为半径，进行环绕基座的水平位移动作。是以，工具机、供料台及置料台皆须设置于机械摆臂环绕基座的圆形轨迹上。由于水平式机械手臂的机械摆臂的活动范围取决于工作半径的大小。当水平式机械手臂的机械摆臂工作半径越大，相对于相邻设置的水平式机械手臂的间距需大于其工作半径，因此工作半径越大的水平式机械手臂所需使用的环境空间越多。因此，在固定的环境空间内所能设置的水平式机械手臂的数量少。
[0004] 综上所述，龙门式机械手臂的整体体积较大，造成在固定大小的环境空间中，所能设置的数量少。而水平式机械手臂由于工作半径较大，因此相邻的水平式机械手臂的间距需较大，同样具有在固定大小的环境空间中所能设置的数量少的缺失。
发明内容
[0005] 鉴于上述，本发明主要在于提供一种体积小且提供在狭窄范围中活动的用于输送工件的系统及方法。
[0006] 为了达成前揭目的，本发明所提供的用于输送工件的系统，其包含有一机械手臂，其包含有一基座、一组设于基座的升降机构、一第一关节手臂、一第二关节手臂、一翻转机构及一致动组。第一关节手臂设有一枢设于升降机构的顶面的枢设端及一操作端，第二关节手臂设有一枢设于升降机构的顶面的枢设端及一操作端，该第二关节手臂与第一关节手臂为相对设置，且第一关节手臂的枢设端与第二关节手臂的枢设端为间距设置。第一、二关节手臂的操作端可同时在第一关节手臂及第二关节手臂之间以水平位移的方式往返基座的两相对侧。该翻转机构包含一座体及一摆臂，该第一关节手臂的操作端及第二关节手臂的操作端枢设于座体的同一端面，该摆臂具有一作动端及一
枢接于座体的枢接端；该致动组连动升降机构使升降机构相对基座垂直升降、连动第一关节手臂或第二关节手臂，使其中一关节手臂带动另一关节手臂同时相对基座水平位移，及连动翻转机构的摆臂，使摆臂于座体的两相对侧来回摆动。
[0007] 由此，翻转机构能够相对基座水平位移、垂直位移以达到在狭窄的范围内活动的功能。
[0008] 本发明又另提供一种用于输送工件的方法，使用前述的机械手臂，并于机械手臂的一侧设置一工具机，而于机械手臂的另一相对侧设置一料架，该方法是以机械手臂在料架及工具机上取放工件，该机械手臂具有一摆臂，该工件具有一夹取端，该方法包含有下述步骤：
[0009] a)该机械手臂的摆臂从工具机取工件；
[0010] b)该机械手臂旋转作动以带动摆臂往料架方向位移，该摆臂在工具机及料架之间进行翻转作动，该机械手臂下降作动带动摆臂由料架的一入料层上方往入料层下方位移，以置放工件至入料层上，该摆臂置放工件至入料层时，依序由入料层较远离该机械手臂的内侧往入料层较靠近该机械手臂的外侧置放工件；
[0011] c)该机械手臂带动摆臂至一出料层下方，该机械手臂上升作动带动摆臂由料架的出料层下方往上方位移，以取出置放于出料层上的工件，且该摆臂从出料层拿取工件时，依序由出料层较靠近该机械手臂的外侧至出料层较远离该机械手臂的内侧取出工件；
[0012] 以及d)该机械手臂旋转作动带动摆臂由料架往工具机方向位移，该摆臂在工具机及料架之间进行翻转作动，该机械手臂是从工具机上方往下方位移放置工件；其中，置放于入料层的工件，其夹取端是朝向入料层的下方；置放于出料层的工件，其夹取端是朝向出料层的下方；置放于工具机的工件，其夹取端是朝向工具机的上方。
[0013] 由此，本发明所提供的方法使机械手臂能在狭窄的范围中取放工件至料架及工具机。
附图说明
[0014] 图1是本发明一较佳
实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂立体图；
[0015] 图2是与图1相同，用以揭示第三致动件设置于座体内且连动摆臂的立体图；
[0016] 图3是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂，其揭露第一致动件及第二致动件的示意图；
[0017] 图4是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂夹取工件的立体图；
[0018] 图5至图7是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂，其第一关节手臂及第二关节手臂相对基座水平位移的作动图；
[0019] 图8至图10是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂，其摆臂相对座体枢摆的作动图；
[0020] 图11是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统，该机械手臂的摆臂由出料层的下方往上位移的示意图；
[0021] 图12是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂，其摆臂由入料层的上方往下方位移的示意图；
[0022] 图13是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统的机械手臂及料架相邻设置的立体图；
[0023] 图14是本发明该较佳实施例所提供的用于输送工件的系统，该机械手臂一侧相邻设置料架，且机械手臂另一侧相邻设置工具机的剖视图；以及
[0024] 图15是本发明一较佳实施例所提供的用于输送工件的方法的
流程图。
[0025] 【符号说明】
[0026] 10工件 101夹取端
[0027] 1机械手臂
[0028] 11基座
[0029] 12升降机构 121顶面
[0030] 13第一关节手臂 131第一手臂
[0031] 132第二手臂
[0032] 1311、1321、1411、1421近端
[0033] 1312、1322、1412、1422远端
[0034] 14第二关节手臂 141第三手臂
[0035] 142第四手臂
[0036] 15翻转机构 151座体
[0037] 152摆臂 1521作动端
[0038] 1522枢接端 1523末端效应器
[0039] 16致动组 161第一致动件
[0040] 162第二致动件 163第三致动件
[0041] 2料架
[0042] 21入料层 22出料层
[0043] 23入料口 24出料口
[0044] 25活动通道 26活动通道
[0045] 3工具机 31磁力座
具体实施方式
[0046] 以下将通过所列举的实施例配合图式详细说明本发明的技术内容及特征。
[0047] 请参阅图1至图4，其是本发明一较佳实施例所提供的一种用于输送工件的系统的机械手臂。该机械手臂1包含有一基座11、一升降机构12、一第一关节手臂13、一第二关节手臂14、一翻转机构15及一致动组16。
[0048] 该升降机构12套设于基座11，该升降机构12具有顶面121。该第一关节手臂13具有一枢设于升降机构12顶面121的一枢设端及一操作端，该第一关节手臂13包含一第一手臂131及一第二手臂132，该第一手臂131及第二手臂132分别具有一近端1311、1321及一远端1312、1322，该第一手臂131的近端1311为第一关节手臂13的枢设端，该第二手臂132的近端1321枢设第一手臂131的远端1312，该第二手臂132的远端1322是第一关节手臂13的操作端；该第二关节手臂14与第一关节手臂13相对设置。
[0049] 该第二关节手臂14具有一枢设于升降机构12的顶面121的一枢设端及一操作端，第二关节手臂14包含有一第三手臂141及一第四手臂142，该第三手臂141及第四手臂142分别具有一近端1411、1421及一远端1412、1422，该第三手臂141的近端1411为第二关节手臂14的枢设端，且第三手臂141的近端1411与第一手臂131的近端1311呈间距设置，该第四手臂142的近端1421枢设第三手臂141的远端1412，第四手臂142的远端1422为第二关节手臂14的操作端。
[0050] 该翻转机构15包含一座体151及二相对设置的摆臂152，该座体151为长方体，该第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端1422枢设于座体151的底端面且呈间距设置。各摆臂152具有一作动端1521及一枢接于座体151的枢接端1522，该作动端1521设有一用以抓取及置放工件10的末端效应器1523，该二摆臂152分别枢设于座体151的两相对侧，如图4所示。
[0051] 该致动组16包含有一第一致动件161、一第二致动件162及一第三致动件163。该第一致动件161设于基座11内，且第一致动件161连动升降机构12，使升降机构12相对基座11垂直升降。该第二致动件162设置于升降机构12上，因此第二致动件162与升降机构12同步位移，而第二致动件162连动并驱转第二关节手臂14，使第二关节手臂14带动第一关节手臂13相对基座11水平位移(本发明的第二致动件162亦可设计成连动并驱转第一关节手臂13，而带动第二关节手臂14同步作水平位移)。该第三致动件163设置于座体151中且连动并驱转摆臂152相对座体163旋摆。
[0052] 请参阅图5至图7，在本发明该较佳实施例所提供的机械手臂1的水平位移作动示意图，其第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端1422同时在第一关节手臂13及第二关节手臂14之间，从基座11的一侧水平位移经过升降机构12的上方至基座11的另一侧，达到第一关节手臂13及第二关节手臂14的远端1322、1422皆能在两者之间维持于一直线水平上往返基座11两相对侧。如图5、图6所示，该第二关节手臂14先以第三手臂141的远端1412为
支点，带动第四手臂142相对第三手臂141逆
时针水平枢转，同时第一关节手臂13的第二手臂132被第二关节手臂14带动，使第二手臂132以第一手臂131的远端1312为支点相对顺时针水平枢转，该第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端
1422开始于第一、二关节手臂13、14之间水平直线位移。如图6、图7所示，当第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端1422位移至基座11上方时，该第二关节手臂14的第三手臂141以近端1411为支点相对升降机构12顺时针水平枢转至基座11的另一侧，同时带动第一关节手臂13的第一手臂131以近端1311为支点相对基座11逆时针水平枢转至基座11的另一侧。
[0053] 由此第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端1422能同时维持于一直线轨迹往返基座11的两相对侧。
[0054] 如图8至图10所示，该第三致动件163带动二摆臂152相对座体11枢转，使摆臂152可与座体11维持一适当
角度，如摆臂152与座体11之间维持0度(水平状态)、180度(水平状态)、90度(垂直状态)，以调整末端效应器1523的方向，用以方便夹取工件10。
[0055] 其中，翻转机构15枢设第二手臂132的远端1322及第四手臂142的远端1422。因此，第一关节手臂13及第二关节手臂14在作动时，同时带动翻转机构15相对基座11水平位移；而第一关节手臂13及第二关节手臂14枢设升降机构12，因此升降机构12在垂直升降时，带动翻转机构15相对基座11垂直上下位移；再由第三致动件163带动二摆臂152相对座体151枢转。
[0056] 如图13、图14所示，进一步详细说明本发明所提供该较佳实施例用于输送工件的系统的一料架2，其相邻设置于机械手臂1的一侧，而机械手臂1的另一侧设置工具机3。该料架设有上、下设置的一入料层21、一出料层22、一与入料层21连通的入料口23及一与出料层22连通的出料口24，该入料口23及出料口24位于料架2对应机械手臂1的一侧，该入料层21及出料层22中段分别开设一供第一关节手臂1、第二关节手臂2及翻转机构15活动于内的活动通道25、26，该入料层21的活动通道25连通入料口23，该出料层22的活动通道26连通出料口24，该入料层21为间距排列设置出料层22下方。
[0057] 由于料架2的入料层21及出料层22为间距上、下排列，因此可减少料架2所占用的水平面积，同时也能分类已加工完成的工件及未加工完成的工件。
[0058] 再者，机械手臂1的第一关节手臂13、第二关节手臂14带动翻转机构15由入料口23进出入料层21，由出料口24进出出料层22，再于入料层21的活动通道25及出料层22的活动通道26中上下位移取放工件。并仅透过水平方向移动于料架2及工具机3之间来回取、放工件。由于机械手臂1的翻转机构15可相对基座11水平位移及垂直位移，因此当料架2及机械手臂1为相邻设置，基座11的翻转机构15的水平活动范围是在工具机3及料架之间；所以，用于运送工件的系统整体而言所占用的一固定空间中的面积较小，因此各用于输送工件的系统可紧密地相邻设置，以增加在同一固定空间中所能摆放的用于输送工件的系统的数量。
[0059] 另外，本发明的一较佳实施例所提供的用于输送工件的方法，其提供一机械手臂1，并于机械手臂1的一侧设置一工具机3，而于机械手臂1的另一相对侧设置一料架2，该方法是以机械手臂1在料架2及工具机3上取放工件10，特别是应用于取放长形工件的方法。该料架2设置于机械手臂1的第一方向
位置，而工具机3设置于机械手臂2的第二方向位置。该工件10具有一供摆臂152夹取用的夹取端101，而该机械手臂1及料架2的结构已于上述详细说明，故在此即不再重复说明此部分，仅针对方法的部分进一步说明。请参阅图15，本发明一较佳实施例所提供的方法，其包含有下述步骤：
[0060] a)该机械手臂的摆臂从工具机取工件；
[0061] b)该机械手臂旋转作动以带动摆臂往料架方向位移，该摆臂在工具机及料架之间进行翻转作动，该机械手臂下降作动带动摆臂由料架的入料层上方往入料层下方位移，以置放工件至入料层上，该摆臂置放工件至入料层时，依序由入料层较远离该机械手臂的内侧往入料层较靠近该机械手臂的外侧置放工件；
[0062] c)该机械手臂带动摆臂至一出料层下方，该机械手臂上升作动带动摆臂由料架的出料层下方往上方位移，以取出置放于出料层上的工件，且该摆臂从出料层拿取工件时，依序由出料层较靠近该机械手臂的外侧至出料层较远离该机械手臂的内侧取出工件；
[0063] d)该机械手臂旋转作动带动摆臂由料架往工具机方向位移，该摆臂在工具机及料架之间进行翻转作动，该机械手臂是从工具机上方往下方位移放置工件。
[0064] 本发明该较佳实施例所提供的方法，得以透过上述的各步骤让机械手臂能在狭窄的空间内水平取放工件至工具机及料架，及于料架的入料层及出料层之间垂直位移取放工件。
[0065] 于下进一步根据上述的方法完整地的描述本发明该较佳实施例机械手臂1在料架2及工具机3上取放工件的过程。
[0066] 如图8所示，在步骤a)之前机械手臂1先透过升降摆臂152与座体151呈水平设置，且摆臂152的作动端1521位于座体151朝向第二方向位置的一侧且向下朝向工具机3，摆臂152直线向下位移靠近工具机3并以作动端1521夹取置放于工具机3上已加工完成的工件10。
[0067] 接续，进一步详细说明上述步骤a)至步骤b)机械手臂1将经工具机3加工完成的工件移至料架的入料层21中存放。
[0068] 如图9所示，步骤a)，摆臂152夹取已加工完成的工件10后向上远离工具机3并暂停于一预设高度，该预定高度对应料架2的入料层21位置。此时该摆臂152相对座体151逆时针翻转，使摆臂152呈垂直状态，末端效应器1523朝向工具机3。请参阅图14，该置放于工具机3的已加工完成的工件10，其夹取端101是朝上，以利于摆臂152夹取工件10。
[0069] 如图10所示，步骤b)机械手臂旋转带动摆臂152往料架2的方向水平位移并暂停于料架2及工具机3之间，摆臂152相对座体151逆时针翻转，使摆臂152呈水平状态，此时作动端1521位于座体151朝向第一方向位置的一侧且朝上使已加工工件10朝上；请参阅图12，该摆臂152往料架1的方向水平位移并伸入料架1的入料层21上方，而摆臂152由料架1的入料层21上方往入料层21下方的方向直线向下位移，将已加工的工件10置放于入料层21上。且摆臂152再向下位移至一预设高度以脱离已加工的工件，该预定高度为能脱离已加工的工件10的距离。请参阅图14，置放于入料层21的工件10，其夹取端101是朝下，以利于摆臂152夹取工件10。
[0070] 进一步详细说明上述步骤c)至步骤d)，是机械手臂1从料架2的出料层22取出置放于出料层22上且未加工的工件10，再将未加工的工件10移至工具机3上加工的步骤。
[0071] 如图11所示，步骤c)该机械手臂1的摆臂152呈水平设置，且摆臂152位于座体151朝向第一方向的位置且朝上，摆臂152伸入料架2再由料架2的出料层22下方往出料层22的上方位移夹取置放于出料层22上未加工的工件10后，摆臂152再继续往上位移使未加工的工件10脱离出料层22。请参阅图14，置放于出料层22的工件10，其夹取端101是朝向出料层22的下方，以利于摆臂152夹取工件10。
[0072] 步骤d)摆臂152朝工具机3的方向水平位移离开料架2，且摆臂152暂停于料架2及工具机3中间，此时摆臂152是由呈水平状态相对座体151顺时针翻转呈垂直状态，末端效应器1523朝向工具机3的方向。如图8、图14所示，摆臂152维持于垂直状态并往工具机3的方向水平位移；当摆臂152位移至工具机3上方时，该摆臂152相对座体151顺时针翻转，使作动端1521位于座体151对应第二方向位置并朝下面对工具机3顶面，同时未加工的工件10亦向下朝向工具机3顶面。接续，该摆臂152由工具机3的上方向下直线位移靠近工具机3，并将未加工的工件10置于工具机3上。
[0073] 从上述步骤a)至步骤d)的说明，可得知本发明该较佳实施例所提供的方法，仅需透过摆臂152相对基座11水平位移往返工具机3及料架1，及上下直线位移以对应至料架1的各层高度及工具机3的高度，以取放工件于料架1及工具机3上。再透过摆臂152相对座体151翻转以调整作动端1521的角度，以调整摆臂152取放工件的角度。据此，本发明所提供的该较佳实施例的方法是以机械手臂1带动摆臂152将工件10于工具机3及料架
2之间进行水平位移运送，及垂直位移调整高度，并仅透过摆臂152的转动调整摆臂152的角度，以维持长形工件的长边对应工具机3及料架2。如此本发明该较佳实施例能以较小的活动范围运送长型工件。此外，料架1及工具机3之间进行翻转的作动，由于料架1及工具机3的空间较大，使摆臂152在进行翻转时的
自由度较大不会受到料架1及工具机3的限制。
[0074] 另外，本发明该较佳实施例所提供的方法，于步骤b)置放已加工的工件10至料架1的入料层21时，其是由料架1的入料层21较远离该机械手臂1的内侧往入料口23的方向依序置放工件10。因此机械手臂1的摆臂152每次在置放工件至入料层21时，只需要维持在固定的高度。
[0075] 于步骤c)，从料架2的出料层22拿取置放于出料层22的未加工工件10时，依序由出料层22的出料口24往出料层22较远离该机械手臂1的内侧拿取工件10，使摆臂152每次位移至出料层22中拿取未加工的工件10时，只需维持在一固定高度上即可。
[0076] 因此，上述两者的方式皆是为了让摆臂152维持在一固定的高度拿取及置放工件，且使机械手臂1在取放工件10时，原置放于料架1的工件10不会干涉机械手臂1取放工件10，且得以缩短步骤执行时所需花费的时间。
[0077] 值得一提的是，当摆臂152将已加工的工件10置放于入料层21后，其接着朝工具机3的方向水平位移出入料层21，紧接着摆臂152垂直向上位移至料架2的出料层22高度并水平位移伸入出料层22拿取工件。此步骤是为了让放料及取料的过程更加顺畅及省时。另外，若工件具有导
磁性，则可以在该工具机3上设置一磁力座31，用以
定位该工件。
