TWI674179B - 機器手臂解除剎車的方法（二） - Google Patents

Abstract

一種機器手臂解除剎車的方法，取得驅動模組的重力角度，並由馬達的編碼器偵測獲得驅動模組的轉動角度，比對重力角度及轉動角度，由比對結果，判斷剎車裝置的負載方向，控制馬達以相反負載方向輸出預設的力矩，進行控制驅動模組的電磁閥縮回擋銷，以解除剎車。

Description

機器手臂解除剎車的方法(二)

本發明有關一種機器手臂，尤其關於機器手臂從剎車停止轉動中，解除剎車讓機器手臂移動的方法。

工廠自動化利用機器手臂自動抓取工件，不斷來回移動進行組裝製造，以提高生產的效率。而來回移動的機器手臂，除了需要驅動模組提供動力外，尚需依賴穩定可靠的剎車，才能將機器手臂停止在預定的位置，以進行精確的作業。

請參考圖1，為先前技術美國專利US8410732的機器手臂的驅動模組10。先前技術的驅動模組10，利用馬達11驅動轉軸12轉動，經由減速裝置13減速後，輸出動力移動機器手臂。驅動模組10中設置剎車裝置，剎車裝置將棘輪14固定在轉軸12上，並在棘輪14周邊設置電磁閥15，電磁閥15藉由伸縮的擋銷16離合棘輪14，阻擋或釋放棘輪14轉動。驅動模組10另在轉軸12的一端固定編碼器(Encoder)17，偵測馬達11的轉動角度，作為監視及控制馬達11轉動的回饋訊號。

當機器手臂需要移動時，控制電磁閥15縮回擋銷16釋放棘輪14，再以訊號控制馬達11驅動轉軸12轉動，並由編碼器17監視馬達11是否依照訊號需要的角度轉動。當機器手臂需要停止時，驅動模組10進行剎車 作業，啟動電磁閥15伸長擋銷16阻擋棘輪14轉動，產生剎車力矩，抵抗機器手臂本身及乘載工件所形成負載的慣性力，以停止棘輪14固定的轉軸12轉動，進而阻止機器手臂移動，再由編碼器17監視馬達11是否依照訊號停止在需要的角度。

然而，當電磁閥15的擋銷16停止機器手臂轉動後，機器手臂的負載，將經由棘輪14作用在電磁閥15伸長的擋銷16上，如乘載工件過大，負載將使棘輪14與擋銷16間形成較大的摩擦力。當機器手臂需要再移動時，控制電磁閥15縮回擋銷16的力量，不足以克服棘輪14與擋銷16間的摩擦力時，擋銷16被棘輪14卡阻，電磁閥15將無法順利縮回擋銷16釋放棘輪14，因而導致驅動模組10無法解除剎車。如在無法解除剎車下，一旦驅動模組10使用更大力量或轉動角度驅動馬達11轉動時，將造成擋銷16或棘輪14彎曲變形，不僅影響機器手臂定位的精確性，甚至造成機器手臂毀損。因此，機器手臂在解除剎車的方法上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種機器手臂解除剎車的方法，藉由機器手臂的重力感測器取得重力方向，及利用驅動模組的轉動角度獲得負載方向，再以反向預設的力矩轉動馬達，以解除剎車。

為了達到前述發明的目的，本發明機器手臂解除剎車的方法，取得驅動模組的重力角度，並由馬達的編碼器偵測獲得驅動模組的轉動角度，比對重力角度及轉動角度，由比對結果，判斷剎車裝置的負載方向，控制馬達以相反負載方向輸出預設的力矩，進行控制驅動模組的電磁閥縮回擋銷，以解除剎車。

本發明由設在驅動模組的控制電路板的重力感測器，偵測重力方向，再由驅動模組根據轉動基準決定重力方向相對驅動模組的重力角度。將重力角度減去轉動角度，比對重力角度及轉動角度的正負結果。比對結果為正，判斷機器手臂的負載以順時針方向作用在剎車裝置，比對結果為負，判斷機器手臂的負載以逆時針方向作用在剎車裝置。

20‧‧‧機器手臂

21‧‧‧第一驅動模組

22‧‧‧第一支撐臂

23‧‧‧第二驅動模組

24‧‧‧第二支撐臂

25‧‧‧端末部

26‧‧‧夾爪

27‧‧‧工件

30‧‧‧驅動模組

31‧‧‧馬達

32‧‧‧轉軸

33‧‧‧減速裝置

34‧‧‧控制電路板

35‧‧‧重力感測器

36‧‧‧剎車裝置

37‧‧‧棘輪

38‧‧‧電磁閥

39‧‧‧擋銷

40‧‧‧彈簧

41‧‧‧編碼器

圖1 為先前技術機器手臂的驅動模組的側剖面圖。

圖2 為本發明機器手臂承受負載的示意圖。

圖3 為本發明機器手臂的驅動模組的側剖面圖。

圖4 為本發明機器手臂在順時針方向的負載作用的示意圖。

圖5 為本發明機器手臂在逆時針方向的負載作用的示意圖。

圖6 為本發明機器手臂解除剎車的方法的流程圖。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳實施例，並配合圖式加以說明如下。

請同時參閱圖2、圖3、圖4及圖5，圖2為本發明機器手臂承受負載的示意圖，圖3為本發明機器手臂的驅動模組的側剖面圖，圖4為本發明機器手臂在順時針方向的負載作用的示意圖，圖5為本發明機器手臂在逆時針方向的負載作用的示意圖。本發明為包含至少一軸的機器手臂20，圖2中，本實施例以多軸的機器手臂20為例說明。機器手臂20利用第一驅動模組21驅動第一支撐臂22的一端轉動角度α，第一支撐臂22的另一端固定 第二驅動模組23，第二驅動模組23以第一支撐臂22為轉動基準，驅動第二支撐臂24的一端轉動角度θ 1。讓第二支撐臂24另一端的端末部25，驅動夾爪26夾取工件27。

本發明第一驅動模組21與第二驅動模組23使用相同的驅動模組30。圖3中，驅動模組30利用馬達31驅動轉軸32轉動，經由減速裝置33減速後，輸出動力移動機器手臂20。驅動模組30另在控制電路板34上，設置重力感測器35，用以偵測驅動模組30所在位置的重力的方向。驅動模組30並設置剎車裝置36，剎車裝置36將棘輪37固定在轉軸32上。圖3中，棘輪37徑向伸出轉軸32的圓周，並在棘輪37周邊設置電磁閥38，電磁閥38具有伸縮的擋銷39，擋銷39受電磁閥38的磁力作用，電磁閥38關狀態(OFF)時，彈簧40頂出擋銷39進入棘輪37的轉動路徑，開狀態(ON)時壓擠彈簧40，縮回擋銷39脫離棘輪37的轉動路徑。驅動模組30另在轉軸32的一端固定編碼器41，偵測及記錄馬達31的轉動角度。

當機器手臂20剎車時，控制電磁閥38關狀態(OFF)，由彈簧40頂出擋銷39，使擋銷39進入棘輪37的轉動路徑阻擋棘輪37移動，產生剎車力矩，抵抗機器手臂20負載產生的慣性力，停止棘輪37固定的轉軸32轉動，進而阻止機器手臂20移動。而剎車裝置36停止機器手臂20轉動後，機器手臂20的負載，經由棘輪37作用在電磁閥38伸長的擋銷39上。當機器手臂需要再移動前，必須先解除剎車，克服棘輪37卡阻擋銷39的摩擦力，控制電磁閥38開狀態(ON)，縮回擋銷39，讓擋銷39脫離棘輪37的轉動路徑，不會卡阻棘輪37轉動，才能控制驅動模組30自由轉動轉軸32輸出動力。

以第二驅動模組23解除剎車為例，由於機器手臂20經由各馬 達的編碼器41記錄第一驅動模組21與第二驅動模組23的轉動角度，機器手臂20各部分相對的位置關係為已知。因此，圖2中，本發明利用機器手臂20在剎車時紀錄的各馬達的轉動角度，即第一驅動模組21驅動第一支撐臂22的一端轉動角度α，第二驅動模組23驅動第二支撐臂24的轉動角度θ 1。由於第二驅動模組23已受第一支撐臂22轉動角度α，無法僅憑轉動角度θ 1判斷與重力方向V的關係。因此第二驅動模組23需藉助設於其控制電路板34的重力感測器35，偵測第二驅動模組23的重力方向V，並根據第二驅動模組23的轉動基準的第一支撐臂22，決定重力方向V相對在第二驅動模組23的重力角度θ。

再利用前述第二驅動模組23轉動第二支撐臂24的轉動角度θ 1與重力方向V的重力角度θ，比對重力角度θ減去轉動角度θ 1的結果，由於第二支撐臂24的轉動角度θ 1不大於重力角度θ，所以θ-θ 1≧0，比對結果為正，就可判斷第二支撐臂24位在重力方向V伸展轉動角度的一邊。如圖4中，機器手臂20的負載L，藉棘輪37以順時針方向作用在擋銷39。因此，第二驅動模組23需利用預設的力矩T，以相反負載L的方向驅動馬達31轉動棘輪37，就可抵銷在擋銷39的負載L作用力，使棘輪37對擋銷39的摩擦力減少或消失，電磁閥38就可順利縮回擋銷39，成功解除剎車。

同理，在第二驅動模組23受第一支撐臂22轉動角度α的狀態未變下，當第二驅動模組23驅動第二支撐臂24轉動角度θ 2，如圖2中虛線所示的第二支撐臂24’。第二驅動模組23的重力感測器35，偵測重力方向V相對仍在第二驅動模組23的重力角度θ。比對重力角度θ減去轉動角度θ 2的結果，由於第二支撐臂24的轉動角度θ 1大於重力角度θ，所以θ-θ 1<0，比對 結果為負，就可判斷第二支撐臂24’位在重力方向V收縮轉動角度的一邊。如圖5中，機器手臂20的負載L，藉棘輪37由逆時針方向作用在擋銷39。只要第二驅動模組23利用預設的力矩T，以相反向負載L的方向驅動馬達31轉動棘輪37，同樣可抵銷作用在擋銷39的負載L，使棘輪37對擋銷39的摩擦力減少或消失，電磁閥38也可順利縮回擋銷39，解除剎車。前述本發明雖以第二驅動模組23舉例說明解除剎車，但包含且不限於第二驅動模組23，同樣也可在各驅動模組推知承受的負載方向，據以解除剎車。

如圖6所示，為本發明機器手臂解除剎車的方法的流程圖。本發明機器手臂解除剎車的方法的詳細步驟說明如下：步驟S1，開始進行解除剎車；在步驟S2，由重力感測器取得重力方向，決定重力方向相對驅動模組的重力角度；步驟S3，獲得驅動模組的轉動角度；步驟S4，比對重力角度及轉動角度，即由重力角度減去轉動角度獲得正負的比對結果；步驟S5，由比對結果，判斷剎車裝置的負載方向；步驟S6，控制馬達以相反負載方向輸出預設的力矩；步驟S6進行解除剎車，即控制電磁閥順利縮回擋銷；最後進入步驟S8，結束解除剎車作業。

因此，本發明機器手臂解除剎車的方法，就可藉由機器手臂的重力感測器取得重力方向，並決定重力方向相對驅動模組的重力角度，利用編碼器取得驅動模組的轉動角度，計算重力角度減去轉動角度的比對結果，判斷剎車裝置承受的負載方向，再以反向預設的力矩轉動馬達，抵銷擋銷的負載，讓電磁閥順利縮回擋銷，達到成功解除剎車的目的。

以上所述者，僅為用以方便說明本發明之較佳實施例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離 本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。

Claims (7)

1. 一種機器手臂解除剎車的方法，其步驟包含：取得驅動模組的重力角度；獲得驅動模組的轉動角度；比對重力角度及轉動角度，由重力角度減去轉動角度；由比對相減的正負結果，判斷剎車裝置的負載方向；控制馬達以相反負載方向輸出預設的力矩；進行解除剎車。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中該驅動模組根據轉動基準決定重力方向相對驅動模組的重力角度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中該重力方向由設在驅動模組的控制電路板的重力感測器偵測取得。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中該驅動模組的轉動角度由馬達的編碼器偵測取得。
5. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中解除剎車係控制驅動模組的電磁閥縮回擋銷。
6. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中比對結果為正，判斷機器手臂的負載以順時針方向作用在剎車裝置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中比對結果為負，判斷機器手臂的負載以逆時針方向作用在剎車裝置。