TWI629015B - 具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機及電腦視覺輔助方法 - Google Patents

Abstract

一種具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，適用將一鞋帶穿設於一鞋子。該鞋子具有二鞋帶孔片，及設置於每一鞋帶孔片的複數鞋帶孔。該自動化穿鞋帶機包含一機架、至少一機械臂，及一視覺回授單元。該機架包括一供該鞋子套置的置鞋裝置，及一用以夾掣該等鞋帶孔片的夾持裝置。該機械臂包括一能對該鞋帶其中一端件進行夾拉或鬆放的夾爪模組，及一能帶動該夾爪模組相對於該置鞋裝置移動的機臂。該視覺回授單元信號連接該機械臂且包括一影像擷取模組。該影像擷取模組用以朝該等鞋帶孔片擷取至少一具有該等鞋帶孔相關位置的影像。

Description

具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機及電腦視覺輔助 方法

本發明是有關於一種自動化加工機及輔助方法，特別是指一種具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機及電腦視覺輔助方法。

隨著全球產業自動化技術日漸進步，機器人與電腦加工平台已能逐漸地取代傳統人力勞動。但是對於製鞋業來說，由於不同款式的鞋子彼此之間的外形差異甚大，而且每款鞋子也都有著不同的尺寸型號，使得製鞋產業還難以達成全自動化作業，仍舊需要依靠大量人力的投入。因此，在比較利益及全球分工的原則下，製鞋產業只能不斷地往勞力充沛及人力成本低廉的地區轉移。

不過，在面對勞力終將不再便宜的未來，能夠協助提高製鞋效率及降低人力成本的自動化機器設備需求已是迫在眉睫。尤其是在穿鞋帶這道技術性低、重複性高的加工程序，往往必須配置最多的人力，不僅浪費人力資源，也是影響生產成本及加工效率的一大因素。所以，製鞋產業莫不希望能自動化地完成穿鞋帶這道工序。因此，有如中國發明專利申請案第201210155160.4號及第201410117490.3號所揭示的一種自動穿鞋帶機，採用複數仿效人手的機械臂將一鞋帶依序地穿設於該鞋件的複數鞋孔，以達成穿鞋帶作業的自動化。

然而，該等自動穿鞋帶機都必須得先確保該等鞋孔排列在規劃好的穿孔位置上，才能讓該等機械臂順利地進行穿鞋帶作業，所以還是得需要操作人員從旁對該鞋件的置放擺設進行調整，而缺乏加工彈性。另外，該等機械臂彼此之間的協調作業也只能靠馬達的伺服回授來加以控制，對於像穿鞋帶這項如此細微的作業，該等機械臂所需要的機構強度與控制精度勢必都會墊高其設置的成本。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，使得設備中的機械臂能透過電腦視覺的回授，優化穿鞋帶作業的效率及流程，並能有效地提高該機械臂的操控精度與效能。

於是，本發明具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，適用將一鞋帶穿設於一鞋子。該鞋帶具有一撓性段，及二各別地設置於該撓性段兩端的端件。該鞋子具有二鞋帶孔片，及設置於每一鞋帶孔片的複數鞋帶孔。該自動化穿鞋帶機包含一機架、至少一機械臂，及一視覺回授單元。

該機架包括一置鞋裝置，及一用以夾掣該等鞋帶孔片的夾持裝置。該置鞋裝置具有一供該鞋子套置的置鞋座。

該機械臂包括一能對其中一端件進行夾拉或鬆放的夾爪模組，及一能帶動該夾爪模組相對於該置鞋座移動的機臂。

該視覺回授單元信號連接該機械臂且包括一影像擷取模組。該影像擷取模組用以朝該等鞋帶孔片擷取至少一具有該等鞋帶孔相關位置的影像。

此外，本發明之其中另一目的，即在提供一種自動化穿鞋帶機的電腦視覺輔助方法，包含下列步驟：

(A)擷取一具有複數鞋帶孔相關位置資訊的影像。

(B)透過三維重建演算法或二維圖像特徵分析流程分析該影像，而探知該等鞋帶孔的空間位置。

(C)根據一相關於一機械臂的伺服回授信號，而探知該機械臂的姿態及動作。

(D)依照一相關於一鞋帶穿設該等鞋帶孔的控制規劃進行視覺回授，而輸出一相關於該回授結果的控制信號至該機械臂。

本發明之功效在於：藉由該視覺回授單元對該機械臂所進行的視覺回授，不僅能作為該機械臂在穿鞋帶作業上的操作規劃，使該作業的效率及流程得以優化，並且配合該伺服回授信號，能進一步加強該機械臂的操控精度與效能，而有效地提升該機械臂的性能價格比。

在本發明被詳細描述之前，應當注意圖式中的零組件並不一定按照尺寸繪製。

參閱圖1與圖9，本發明具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機之一實施例，係適用於將一鞋帶700穿設於一鞋子800。其中，該鞋帶700具有一撓性段710，及二各別地設置於該撓性段710兩端的端件720。該鞋子800具有二鞋帶孔片810、一介於該等鞋帶孔片810間的鞋舌820、一設置於該鞋舌820頂面，且可撓曲形成一穿繞孔831的穿繞片830，及設置於每一鞋帶孔片810的複數鞋帶孔840。

配合參閱圖10，該實施例包含一機架100、一機械臂500，及一視覺回授單元600。

配合參閱圖2與圖4，該機架100包括一水平設置的架板110、一設置於該架板110一側的載台120、一設置於該載台120頂面的滑軌130、一置鞋裝置200、一夾持裝置300，及一勾舌裝置400。

其中，配合參閱圖5，該置鞋裝置200具有一能滑移地設置於該滑軌130的滑座210，及一設置於該滑座210一端的置鞋座220。在本實施例中，該置鞋座220包括一圍繞形成一座腔222的座體221，及複數形成於該座體221左右兩側，且連通該座腔222的貫孔223。並且，由於該載台120的頂面係傾斜於該架板110，使得該置鞋座220隨著該滑座210在該滑軌130上的滑動，而能相對於該載台120在一自動化作業位置及一人工作業位置間移動。當該滑座210向下滑動至該滑軌130的底端，使得該置鞋座220位於該架板110正上方時，即在該自動化作業位置，如圖2所示，以進行該機械臂500的穿鞋帶作業；而當該滑座210沿該滑軌130向上滑動，使得該置鞋座220遠離該架板110時，即在該人工作業位置，如圖4所示，以接受操作者的人工作業。

該夾持裝置300具有二夾鉗組310、一扳鉗模組320，及二驅動器330。每一夾鉗組310包括一設置於該置鞋座220其中一側的內夾鉗311，及一受其中一驅動器330帶動，而能相對於該內夾鉗311在一夾持位置與一非夾持位置之間移動的外夾鉗312。該扳鉗模組320包括一設置於該滑座210的扳動座321、一設置於該扳動座321的連桿組件322，及一受該連桿組件322帶動的楔形組件323。該連桿組件322具有一能相對於該扳動座321在一撐緊位置及一鬆脫位置間移動的操作件324，及一與該操作件324相連動，而能沿一第一軸向L1移動的推桿325。該楔形組件323具有一設置於該推桿325一端的梯形塊326，及二各別位於該梯形塊326兩側的楔形塊327。

值得一提的是，在本實施例中，該等內夾鉗311係各別地透過複數穿設於該等貫孔223的導桿件328，而與該等楔形塊327相連結。而且，該等楔形塊327係設置於該座腔222內，並由各別地套設在該等導桿件328上的複數彈性件329提供彈抵於該座體221與該等楔形塊327的彈力，使得該等楔形塊327能透過該等彈力帶動該等內夾鉗311朝該座體221移動。其中，該等導桿件328與該等彈性件329的數量不以實施例為限，也能分別為一個、二個或三個以上；另外，該等彈性件329也不僅限於如本實施例所呈現的彈簧，而是包含所有能提供彈力勢能的彈性體。此外，該梯形塊326係與該等楔形塊327相配合，使得該梯形塊326受該推桿325帶動，而沿該第一軸向L1移動時，該等楔形塊327便能沿著垂直該第一軸向L1，且彼此朝相反方向移動。因此，當該操作件324在該撐緊位置時，透過該推桿325的帶動，使得該梯形塊326朝該置鞋座220的方向移動，並推壓該等楔形塊327，進而讓該等內夾鉗311各別靠抵於該等鞋帶孔片810的內側；當該操作件324在該鬆脫位置時，透過該推桿325的帶動，使得該梯形塊326朝該扳動座321的方向移動，同時，該等楔形塊327藉由該等彈性件329的彈力，而帶動該等內夾鉗311各別遠離於該等鞋帶孔片810的內側。所以，當該鞋子800套置於該置鞋座220時，便能藉由該扳鉗模組320調整該等內夾鉗311與該等鞋帶孔片810內側之間的距離。

另一方面，該等外夾鉗312在受到該等驅動器330的帶動，而各別朝所對應的內夾鉗311移動至該夾持位置時，該等鞋帶孔片810將被夾持撐立於該等夾鉗組310的內夾鉗311與外夾鉗312之間；並且，每一鞋帶孔片810上的該等鞋帶孔840均固定在一穿繞面上。如此，便能讓該機械臂500在執行穿鞋帶作業時，該等鞋帶孔840不會因為該等鞋帶孔片810的撓性而產生偏擺，而能讓該視覺回授單元600不用重覆且持續地進行回授控制運算，以有效地提升該視覺回授單元600對該機械臂500的控制效率。此外，當該等外夾鉗312在受到該等驅動器330的帶動，而各別遠離所對應的內夾鉗311時，即為在該非夾持位置。

參閱圖7、圖8與圖9，該勾舌裝置400具有一設置於該滑座210的基座410、一設置於該基座410的驅動器420、一連動桿430，及一勾環模組440。該連動桿430的兩端分別連結於該驅動器420與該勾環模組440，使得該連動桿430受到該驅動器420的帶動，而能相對於該置鞋座220在一抬升位置與一壓降位置間樞擺。該勾環模組440包括一設置於該連動桿430一端的連結塊441、一設置於該連結塊441一側的復位組件442、一與該復位組件442相連接的撥動片443，及一設置於該撥動片443一端的勾環件444。

值得一提的是，在本實施例中，該復位組件442是由一擋片445、二連接於該連結塊441與該擋片445間的導桿件446，及二各別套設於該導桿件446的彈性件447所組成；而且，該撥動片443係透過該等導桿件446，而能相對於該連結塊441在一穿設位置與一非穿設位置間移動；以及，該等彈性件447皆彈抵於該擋片445與該撥動片443，使得該撥動片443能藉由該等彈性件447的彈力恆回復到該穿設位置。其中，該等導桿件446與該等彈性件447的數量不以此為限，也能分別為一個或二個以上；另外，該等彈性件447也不僅限於如本實施例所呈現的彈簧，而是包含所有能提供彈力勢能的彈性體；並且，該復位組件442也不僅限於如本實施例所呈現的態樣，而是包含所有能讓該撥動片443恆回復到該穿設位置的機構或裝置，如氣壓泵、馬達等，甚至也能與該扳鉗模組320連動，使該操作件324同時帶動該等內夾鉗311與該撥動片443。另外，該勾環件444具有一貫通左右兩側的通孔448，及一連通該通孔448，且缺口朝上的開槽449，而使得該勾環件444的截面概呈C字型，但不以此為限，也能呈U字型，或是下窄上寬的梯形等其它態樣。如此，當該撥動片443在該穿設位置時，該勾環件444也會連帶地移動至與該穿繞片830上下相對，使操作者能將該勾環件444從該穿繞孔831一側穿設於該穿繞孔831內。此時，該勾環件444便能對該穿繞片830進行撐張，從而固定該穿繞孔831大小，以方便該機械臂500帶動該端件720穿設於該穿繞孔831；並且，該勾環件444與該鞋舌820間便有著連接帶動的關係。因此，當該連動桿430在該抬升位置時，該勾環件444帶動該鞋舌820遠離該置鞋座220；當該連動桿430在該壓降位置時，該勾環件444帶動該鞋舌820壓向該置鞋座220。當該撥動片443在該非穿設位置時，該勾環件444也會連帶地移動至該穿繞孔831一側，且完全地穿出該穿繞孔831。此時，該勾環件444與該鞋舌820間便無連接帶動的關係。

參閱圖1與圖10，該機械臂500包括一夾爪模組510、一機臂520，及一控制器530。該控制器530用以接收一控制信號，並解析該控制信號，以分別向該夾爪模組510及該機臂520輸出一夾放信號及一驅動信號。該夾爪模組510受該夾放信號控制，而用以對其中一端件720進行夾拉或鬆放。該機臂520受該驅動信號控制，而能帶動該夾爪模組510相對於該置鞋座220移動。並且，該控制器530根據該夾爪模組510及該機臂520的感測元件，如伺服馬達上的編碼器或極限開關等，探知該夾爪模組510的夾放狀態與該機臂520的空間姿態，而輸出一相關於該探知結果的伺服回授信號。值得一提的是，在本實施例中，該機械臂500的數量為一個，但不應以此為限，也能為一個以上；而且，該夾爪模組510是由一對夾爪機構511所組成，並同時由該機臂520所帶動。其中，該等夾爪機構511能透過壓泵或電力驅動等方式進行夾壓或鬆放；然而，此為熟知技藝者所能知曉的機構組件，且非為本發明之技術特徵；所以，在此並不對該等夾爪機構511的組成及動作進行闡述。重點在於，本實施例的機械臂500是用以仿效人手抓取該等端件720，並能依序地將該等端件720穿設於該等鞋帶孔840。因此，實質上不背離該機械臂500之架構及動作目的的情況下，對該機械臂500進行的外觀改變及設置調整，皆應根據本發明之申請專利範圍進行保護。

參閱圖1、圖5與圖10，該視覺回授單元600包括一影像擷取模組610、一視覺運算模組620、一回授控制模組630，及一光源模組640。要說明的是，在本實施例中，該影像擷取模組610具有二設置於該架板110，且能各別地朝位於該自動化作業位置的置鞋座220擷取至少一平面影像的攝影機611；以及，該光源模組640具有二設置於該架板110，且能各別地朝位於該自動化作業位置的置鞋座220照射的燈具641。

要說明的是，在本實施例中，該等攝影機611與該等燈具641的數量皆為二個，但不應以此為限，也能為一個或二個以上。而且，該燈具641係利用其所漫射穿過該等鞋帶孔840的光線被擷取在該平面影像上，使該等鞋帶孔840在該平面影像中的影像特徵強度增加，以提升該視覺運算模組620對該等鞋帶孔840座標的分析運算效率。因此，該視覺回授單元600並不一定需要該光源模組640；較佳地，是由作業環境光源、該影像擷取模組610的效能，及該視覺運算模組620分析的準確度等方面進行考量，而決定是否設置該光源模組640。此外，如圖3所示，另一種光源模組640’同樣具有二燈具641’，但該等燈具641’則係設置於該置鞋座220，而能由鞋內向該等鞋帶孔840透光，此實施態樣同樣是讓該等攝影機611容易辨識出該等鞋帶孔840。另外，該等攝影機611的設置是相關於該視覺運算模組620所依據的演算法—三維重建（3D Reconstruction）；並且，在本實施例為採用「眼看手（Eye-to-Hand）」的架構，即該機械臂500與該等攝影機611彼此獨立動作，但不以此為限，也能採用「眼在手（Eye-in-Hand）」的架構，即將該等攝影機611設置於該機械臂500上，而能隨著該機械臂500移動。對此，已有相當多的文獻及研究發表，故在此並不對該演算法的運算流程進一步闡述。

不過，值得一提的是，本發明是透過三維重建演算法，而能探知該等鞋帶孔840在世界座標系中的三維座標，並配合該伺服回授信號規劃該機械臂500的操作，以輸出相關於該規畫結果的該控制信號至該機械臂500，使該機械臂500能帶動所夾持的端件720依序地穿設該等鞋帶孔840，也就是說，該機械臂500與該視覺回授單元600間形成一閉迴路（Close Loop）系統。但是，透過三維重建演算法，也同樣能獲得該端件720在世界座標系中的三維座標。因此，若將該等座標資訊與該機械臂500的控制架構相結合，便能不用根據該伺服回授信號進行回授控制，而是直接地輸出該控制信號至該機械臂500，使得該機械臂500與該視覺回授單元600間形成一開迴路（Open Loop）系統。然而，該閉迴路系統相較於該開迴路系統不僅能修正誤差，使得控制精度較高，而且系統的穩定性與抗干擾性也較佳。這些特性對於該機械臂500所進行的穿鞋帶作業來說，是必備且重要的，故本實施例採用該閉迴路系統的架構。

藉此，該置鞋座220先移動到該人工作業位置，並讓該操作件324樞擺至該鬆脫位置，讓操作者能將該鞋子800套置於該置鞋座220。接著，操作者再將該勾環件444穿設於該穿繞孔831內，並將該操作件324樞擺至該撐緊位置，使該等內夾鉗311各別靠抵於該等鞋帶孔片810的內側。另一方面，操作者必須根據該等鞋帶孔840的設計，來決定是否先將該鞋帶700以人工方式穿設於某些鞋帶孔840。舉例來說，通常位於最前緣的鞋帶孔840因為是相鄰於鞋面與該鞋舌820間的連接處，使得位於此處的鞋帶孔840就算藉由該夾持裝置300的夾掣，也難以和其它鞋帶孔840同在該穿繞面上。因此，在實務上，會由操作者先將該鞋帶800穿設於最前緣的鞋帶孔840，並適當地調整該撓性段710，使得由該等鞋帶孔840穿出的撓性段710至該等端件720的長度相等。

再來，操作者透過該滑軌130將該置鞋座220連同該鞋子800推至該自動化作業位置；同時，該夾持裝置300的驅動器330也能透過操作者的操作或其它控制單元的信號輸出，而使該等外夾鉗312移動至該夾持位置，讓該等鞋帶孔片810被夾持撐立於所對應的穿繞面。接著，該夾爪模組510夾持其中一端件720，開始進行穿鞋帶作業。

在此過程中，該視覺運算模組620對該平面影像進行分析運算，以輸出一相關於該等鞋帶孔840位置的座標信號。該回授控制模組630根據該座標信號，並配合該伺服回授信號，及一相關於該鞋帶700穿設次序及動作的控制規劃，來對該機械臂500的操作進行視覺回授控制，以輸出相關於該控制結果的該控制信號至該機械臂500，使該機械臂500能帶動該端件720依序地穿設該等鞋帶孔840及該穿繞孔831。其中，對於該端件720如何穿設於該等鞋帶孔840及該穿繞孔831的過程將進一步說明。

首先，該回授控制模組630係根據該座標信號及該伺服回授信號，而探知該端件720與該等鞋帶孔840之間的相對位置。同時，透過該控制規劃，來決定要將該端件720穿設於哪一個鞋帶孔840，以設定該夾爪模組510的目標位置，並讓該機臂520帶動該夾爪模組510移動至該目標位置，使該等夾爪機構511分別位於該鞋帶孔840所在的穿繞面兩側。另一方面，該勾舌裝置400的驅動器420也能透過該回授控制模組630或其它控制單元的信號輸出，而使該連動桿430樞擺至該壓降位置，讓該勾環件444帶動該鞋舌820壓向該置鞋座220，以擴大該夾爪模組510的作業空間。接著，由其中一夾爪機構511帶動所夾持的端件720***該鞋帶孔840後，而由其中另一夾爪機構511接續夾持。如此反覆操作，如同人工進行穿鞋帶的方式及順序依序地將該端件720穿設於該等鞋帶孔840。

當逐漸地穿設至後緣的鞋帶孔840時，該回授控制模組630透過該控制規劃探知應將該端件720穿設於該穿繞孔831，便設定該夾爪模組510的目標位置，並讓該機臂520帶動該夾爪模組510移動至該目標位置，使該等夾爪機構511分別位於該穿繞孔831的兩側。另一方面，該驅動器420也能透過該回授控制模組630或其它控制單元的信號輸出，而使該連動桿430樞擺至該抬升位置，讓該勾環件444帶動該鞋舌820遠離該置鞋座220，以凸顯該穿繞孔831，及提供該夾爪模組510合適的作業空間。接著，如同前述穿設於該等鞋帶孔840的動作，將該端件720穿設於該穿繞孔831。

值得一提的是，對於各種款式、尺寸的鞋子，只要是必須進行穿鞋帶作業的鞋子800，不管有無該穿繞孔831，或是該鞋帶700穿設於該等鞋帶孔840的次序等，都能透過改變該控制規劃，對應地調整穿鞋帶作業的流程，以期符合製造商、通路商，及消費者的需求。

當該端件720穿設於所有的鞋帶孔840及該穿繞孔831後，即完成穿鞋帶作業。此時，該夾持裝置300的驅動器330也能透過操作者的操作或其它控制單元的信號輸出，而使該等外夾鉗312移動至該非夾持位置。隨後，操作者透過該滑軌130將該置鞋座220連同穿設好鞋帶700的鞋子800推至該人工作業位置。接著，操作者再將該操作件324樞擺至該鬆脫位置，使該等內夾鉗311各別遠離於該等鞋帶孔片810的內側；同時，也透過扳動該撥動片443，使該勾環件444移動至完全地穿出該穿繞孔831，讓該撓性段710能透過該開槽449所形成的缺口，而脫離於該勾環件444。如此一來，操作者便能取下該鞋子800，並將另一隻尚未穿設鞋帶700的鞋子800套置於該置鞋座220，以進行新一輪的穿鞋帶作業。

另外，需要一提的是，上述的置鞋裝置200，及夾持裝置300僅是用來說明如何將該鞋子800設置於該機架100上，並且穩固地夾持住該等鞋帶孔片810的其中一種實施態樣。但是，不應以此為限，也能如圖6所示，以更為簡潔的機構設計作為另一種置鞋裝置200’，及夾持裝置300’的實施態樣。其中，該置鞋裝置200’具有一設置在該架板110的置鞋座220’，而該夾持裝置300’具有二夾鉗組310’，及二驅動器330。每一夾鉗組310’包括一設置於該置鞋座220’的內夾鉗311’，及一受其中一驅動器330帶動，而同樣能相對於該內夾鉗311’在該夾持位置與該非夾持位置之間移動的外夾鉗312。此外，該勾舌裝置400的基座410也改為直接設置於該架板110，所以其餘的組件也隨著該基座410搬移，並使該勾環模組440位於該等內夾鉗311’之間，而且，同樣受到該驅動器420與該連動桿430的帶動，而能在該抬升位置與該壓降位置間樞擺。對於該等內夾鉗311’而言，係為結合前述置鞋裝置200與內夾鉗311的功能，不僅能讓該鞋子800更容易套置於其上或從其取下，而且不需要該扳鉗模組320，使得整體機構精簡。另外，在該實施態樣中，也參考圖3的實施態樣，在該等內夾鉗311’上各別地設置該等燈具641’，藉以提升該視覺運算模組620對該等鞋帶孔840座標的分析運算效率。

應注意的是，上述作業流程中，任何過程或方式的描述應被視為該作業流程的模組、片段、部分，或步驟，其包含一個或多個在該作業流程中實施所能呈現的特定功能，若能由熟知技藝者所了解的方式進行次序互換，以達成相同的功能或功效，理應包含在本發明之範圍內。

綜上所述，可以歸納出本發明自動化穿鞋帶機的電腦視覺輔助方法，包含下列步驟：

(A)擷取一具有複數鞋帶孔840相關位置資訊的影像。

(B)透過三維重建演算法或二維圖像特徵分析流程分析該影像，而探知該等鞋帶孔840的空間位置。

(C)根據一相關於一機械臂500的伺服回授信號，而探知該機械臂500的姿態及動作。

(D)依照一相關於一鞋帶700穿設該等鞋帶孔840的控制規劃進行視覺回授，而輸出一相關於該回授結果的控制信號至該機械臂500。

如此，本發明具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機及電腦視覺輔助方法有如下所述之功效及優點，故確實能達成本發明之目的：

一、藉由該視覺回授單元600探知該等鞋帶孔840的位置，並根據所接收的該伺服回授信號，以及所設定的該控制規劃，而對該機械臂500進行視覺回授，使得該機械臂500與該視覺回授單元600間形成該閉迴路系統。如此，不僅能提升整體系統的穩定性與抗干擾性，使得操作者不必再特意地將該鞋子800擺正對齊，以增加加工彈性及縮短作業時程。同時，也能透過該控制規劃，調整穿鞋帶作業的流程，使得本發明適於對任何不同款式、尺寸的鞋子800進行穿鞋帶作業，並讓該作業的效率優化，且具備流程的調整彈性。

二、相較於習知穿鞋帶機的機械臂僅能依靠著自身的伺服回授控制來進行穿鞋帶作業。本發明透過該視覺回授單元600來輔助該機械臂500的動作控制，不僅能進一步加強該機械臂500的操控精度與效能，使得該機械臂500不需極好的機構強度與伺服控制精度，也能同樣地達成穿鞋帶作業，有效地提升該機械臂500的性能價格比。

三、配合該機架100的夾持裝置300（300'）及勾舌裝置400在該作業流程中的操作輔助，使得該視覺回授單元600不用重覆且持續地進行回授控制運算，以有效地提升該視覺回授單元600對該機械臂500的控制效率。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧機架
110‧‧‧架板
120‧‧‧載台
130‧‧‧滑軌
200,200’‧‧‧置鞋裝置
210‧‧‧滑座
220,220’‧‧‧置鞋座
221‧‧‧座體
222‧‧‧座腔
223‧‧‧貫孔
300,300’‧‧‧夾持裝置
310,310’‧‧‧夾鉗組
311,311’‧‧‧內夾鉗
312‧‧‧外夾鉗
320‧‧‧扳鉗模組
321‧‧‧扳動座
322‧‧‧連桿組件
323‧‧‧楔形組件
324‧‧‧操作件
325‧‧‧推桿
326‧‧‧梯形塊
327‧‧‧楔形塊
328‧‧‧導桿件
329‧‧‧彈性件
330‧‧‧驅動器
400‧‧‧勾舌裝置
410‧‧‧基座
420‧‧‧驅動器
430‧‧‧連動桿
440‧‧‧勾環模組
441‧‧‧連結塊
442‧‧‧復位組件
443‧‧‧撥動片
444‧‧‧勾環件
445‧‧‧擋片
446‧‧‧導桿件
447‧‧‧彈性件
448‧‧‧通孔
449‧‧‧開槽
500‧‧‧機械臂
510‧‧‧夾爪模組
511‧‧‧夾爪機構
520‧‧‧機臂
530‧‧‧控制器
600‧‧‧視覺回授單元
610‧‧‧影像擷取模組
611‧‧‧攝影機
620‧‧‧視覺運算模組
630‧‧‧回授控制模組
640,640’‧‧‧光源模組
641,641’‧‧‧燈具
700‧‧‧鞋帶
710‧‧‧撓性段
720‧‧‧端件
800‧‧‧鞋子
810‧‧‧鞋帶孔片
820‧‧‧鞋舌
830‧‧‧穿繞片
831‧‧‧穿繞孔
840‧‧‧鞋帶孔
L1‧‧‧第一軸向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機之一實施例的一立體圖，說明該實施例中的一機械臂將一鞋帶穿設於一鞋子； 圖2是類似於圖1，但省略該機械臂及該鞋帶的一不完整立體圖，說明該實施例中的一機架，及一視覺回授單元的二攝影機與二燈具，並且，一勾環件在一穿設位置，而穿設於該鞋子的一穿繞孔； 圖3是類似於圖2，但省略了該鞋子的一不完整立體圖，說明該等燈具的另一實施態樣，並設置於一置鞋裝置，而能由該鞋子內面向外透光； 圖4是類似於圖2，但省略了該鞋子及該視覺回授單元的一不完整立體圖，說明該置鞋裝置、一夾持裝置的二內夾鉗，及一勾舌裝置相對於一載台在一人工作業位置； 圖5是類似於圖4的一不完整立體圖，說明該置鞋裝置、該等內夾鉗，及該勾舌裝置相對於該載台在一自動化作業位置，並且，該機架的一操作件在一撐緊位置； 圖6是一不完整立體圖，說明該置鞋裝置，及該夾持裝置的另一實施態樣； 圖7是類似於圖5的一不完整立體圖，說明該操作件在一鬆脫位置； 圖8是圖1的一部分放大立體圖，說明該實施例中相關於該鞋帶穿設於該鞋子的機構元件； 圖9是圖8的一部分放大立體圖，說明該勾環件在一非穿設位置，而完全地穿出該穿繞孔；及 圖10是一信號流程圖，說明該機械臂與該視覺回授單元間的信號傳遞關係。

Claims (10)

1. 一種具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，適用將一鞋帶穿設於一鞋子，該鞋帶具有一撓性段，及二各別地設置於該撓性段兩端的端件，該鞋子具有二鞋帶孔片，及設置於每一鞋帶孔片的複數鞋帶孔，該自動化穿鞋帶機包含：一機架，包括一置鞋裝置，及一用以夾掣該等鞋帶孔片的夾持裝置，該置鞋裝置具有一供該鞋子套置的置鞋座；至少一機械臂，包括一能對其中一端件進行夾拉或鬆放的夾爪模組，及一能帶動該夾爪模組相對於該置鞋座移動的機臂；及一視覺回授單元，信號連接該機械臂且包括一影像擷取模組，該影像擷取模組用以朝該等鞋帶孔片擷取至少一具有該等鞋帶孔相關位置的影像，及依照一相關於該鞋帶穿設該等鞋帶孔的控制規劃進行視覺回授，而控制該機械臂帶動該端件依序地穿設該等鞋帶孔。
2. 如請求項1所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該機架還包括一載台，及一設置於該載台頂面的滑軌，該置鞋裝置還具有一能滑移地設置於該滑軌的滑座，該置鞋座係設置於該滑座一端，該置鞋座隨著該滑座在該滑軌上的滑動，而能相對於該載台在一自動化作業位置及一人工作業位置間移動，當該置鞋座連同該鞋子在該自動化作業位置時，該夾持裝置夾掣該等鞋帶孔片，同時，該影像擷取模組朝該等鞋帶孔片擷取該影像，而使該視覺回 授單元驅使該機械臂帶動該端件依序地穿設該等鞋帶孔，當該置鞋座在該人工作業位置時，操作者能取下已穿設好該鞋帶的鞋子，或是將另一尚未穿設鞋帶的鞋子套置於該置鞋座。
3. 如請求項1所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該機架還包括一架板，該置鞋裝置係設置於該架板，當操作者將尚未穿設鞋帶的鞋子套置於該置鞋裝置時，該視覺回授單元驅使該機械臂帶動該端件依序地穿設該等鞋帶孔，再由操作者取下已穿設好該鞋帶的鞋子。
4. 如請求項2或3所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該鞋子還具有一介於該等鞋帶孔片間的鞋舌，及一設置於該鞋舌頂面，且可撓曲形成一穿繞孔的穿繞片，該機架還包括一勾舌裝置，該勾舌裝置具有一設置於該滑座的基座、一設置於該基座的驅動器、一連動桿，及一包括一勾環件的勾環模組，該勾環件係用以從該穿繞孔一側穿設於該穿繞孔，該連動桿的兩端分別連結於該驅動器與該勾環模組，使得該連動桿受到該驅動器的帶動，而能相對於該置鞋座在一抬升位置與一壓降位置間樞擺，當該連動桿在該抬升位置時，該勾環件帶動該鞋舌遠離該置鞋座，當該連動桿在該壓降位置時，該勾環件帶動該鞋舌壓向該置鞋座。
5. 如請求項4所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該勾環模組還包括一設置於該連動桿一端的連結塊、一設置於該連結塊一側的復位組件，及一與該復位組件相 連接，且其一端供該勾環件設置的撥動片，該撥動片能相對於該連結塊在一穿設位置與一非穿設位置間移動，當該撥動片在該穿設位置時，該勾環件連帶地移動至與該穿繞片上下相對，使操作者能將該勾環件從該穿繞孔一側穿設於該穿繞孔內，當該撥動片在該非穿設位置時，該勾環件連帶地移動至該穿繞孔一側，且完全地穿出該穿繞孔，該復位組件係用以使該撥動片恆回復到該穿設位置。
6. 如請求項4所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該勾環件具有一貫通左右兩側的通孔，及一連通該通孔的開槽，當該連動桿在該抬升位置時，使該機械臂能帶動該端件穿設於該通孔，另外，該撓性段能透過該開槽所形成的缺口，而脫離於該勾環件。
7. 如請求項1所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該夾持裝置具有二分別用以夾掣對應鞋帶孔片的夾鉗組，每一夾鉗組包括一設置於該置鞋座其中一側的內夾鉗，及一能相對於該內夾鉗在一夾持位置與一非夾持位置之間移動的外夾鉗，當該外夾鉗在該夾持位置時，其中一鞋帶孔片被夾持撐立於該內夾鉗與該外夾鉗之間，當該外夾鉗在該非夾持位置時，該外夾鉗遠離該內夾鉗，使該鞋子能從該置鞋裝置上取下或套置。
8. 如請求項1所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該影像擷取模組具有至少一攝影機，該攝影機能設置於該機架與該機械臂之其中一者。
9. 如請求項1所述的具電腦視覺輔助的自動化穿鞋帶機，其中，該視覺回授單元還包括一光源模組，該光源模組具有至少一燈具，該燈具能設置於該機架與該置鞋座之其中一者，透過該燈具所漫射穿過該等鞋帶孔的光線被擷取在該影像上，使該等鞋帶孔在該影像中的影像特徵強度增加，以提升該視覺運算模組對該等鞋帶孔座標的分析運算效率。
10. 一種自動化穿鞋帶機的電腦視覺輔助方法，包含下列步驟：(A)擷取一具有複數鞋帶孔相關位置資訊的影像；(B)透過三維重建演算法或二維圖像特徵分析流程分析該影像，而探知該等鞋帶孔的空間位置；(C)根據一相關於一機械臂的伺服回授信號，而探知該機械臂的姿態及動作；及(D)依照一相關於一鞋帶穿設該等鞋帶孔的控制規劃進行視覺回授，而輸出一相關於該回授結果的控制信號至該機械臂。