TWI734867B - 機器手臂作業軌跡的教導系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種機器手臂作業軌跡的教導系統及方法，在機器手臂上設置深度相機及投影機，利用深度相機偵測指尖移動作業軌跡，由投影機即時投射至工件，並偵測按壓投作業軌跡的特定線段，啟動設定頁面進行設定，設定修正時，偵測按壓作業軌跡，使按壓的預設長度線段隨指尖移動，以提升教導作業效率。

Description

機器手臂作業軌跡的教導系統及方法

本發明有關一種機器手臂，尤其關於機器手臂在編程作業軌跡時，控制機器手臂偵測指尖形成作業軌跡的教導系統及方法。

隨著生產技術的快速發展，工廠自動化利用相機定位物件，引導機器手臂自動抓取物件進行組裝製造，以提高工廠生產速度及效率。而簡單且正確的教導機器手臂作業軌跡，讓機器手臂迅速進入生產行列，已成為提高生產效率的主要課題。

為了提高機器手臂的教導效率，先前技術美國公開的US20140201112專利案，在教導工具上設按鍵，且利用有線線路將教導工具連接至機器手臂的控制裝置，藉按壓按鍵產生控制訊號，經有線線路傳輸至控制裝置，控制機器手臂的臂上相機拍攝手持教導工具，並將拍攝的影像傳輸至控制裝置進行影像處理，定位教導工具移動的軌跡，以產生作業軌跡。由於加工的工件大小形狀各異，教導工具在某些方位受有線線路的纏繞及連接拘束，難以擺放教導工具進行教導，而耗費過多的教導時間。雖然另有先前技術美國公告的US5748854專利案，在教導工具上設置紅外線發射器，無線連線機器手臂上的聯絡接收器，利用無線傳輸教導工具壓下 按鍵的訊號，控制機器手臂的相機拍攝教導工具的定位標記，減少有線線路的束縛，以增加教導機器手臂作業軌跡的方便性。

然而，前述先前技術的機器手臂，仍需要在教導工具與機器手臂，分別設置無線傳輸發送器及接收器等，不僅增加機器手臂的零件成本及裝設空間，且增加無線傳輸技術的控制複雜度。此外，先前技術的機器手臂在教導過程中，無法即時參考已教導過的軌跡，難以維持前後作業軌跡的一致性。同時，先前技術的機器手臂亦無法在教導過程中，簡單方便立即修正作業軌跡及設定作業參數。因此，機器手臂在作業軌跡的教導系統及方法上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種機器手臂作業軌跡的教導系統，在機器手臂上設置深度相機及投影機，藉由投影機即時投射深度相機偵測指尖的作業軌跡，讓教導過程參考，以維持教導的一致性。

本發明的另一目的提供一種機器手臂作業軌跡的教導系統，利用投影機投射設定頁面，藉深度相機偵測選擇的設定頁面，讓教導過程快速設定作業參數，以簡化教導的作業。

本發明的再一目的提供一種機器手臂作業軌跡的教導方法，利用深度相機偵測按壓投影機投射作業軌跡的特定線段，啟動投影機投射設定頁面，進行修正或設定，以提升教導作業效率。

本發明尚有一目的提供一種機器手臂作業軌跡的教導方法，在設定修正作業軌跡時，利用深度相機偵測按壓投影機投射作業軌跡的線段，使按壓處預設部分作業軌跡可移動，以利進行修正。

為了達到前述發明的目的，本發明機器手臂作業軌跡的教導系統，包含機器手臂的一端為固定端，另一端為活動的端末部，端末部兩側固定深度相機及投影機，機器手臂連接至控制裝置，由控制裝置控制機器手臂移動端末部承載的深度相機及投影機，並控制深度相機深度相機持續偵測操作者的指尖在工件移動預期作業軌跡，經控制裝置影像處理陸續形成部分作業軌跡，由投影機即時投射該部分作業軌跡至工件，以完成作業軌跡，並利用深度相機偵測指尖按壓完成的作業軌跡，啟動投影機投射設定頁面至工件周圍，進行設定完成的作業軌跡，作為教導的作業軌跡

本發明機器手臂的教導系統，在完成的作業軌跡標示啟動投射設定頁面的特定線段，特定線段以星標記或不同顏色標示。設定頁面的選擇，由控制裝置控制投影機投射作業參數的調整頁面或作業軌跡的編輯調整頁面。作業參數的調整頁面顯示預設的參數單位量及調整參數的調整鈕。編輯調整頁面顯示修正及刪除選項，以編輯該完成的作業軌跡。

本發明機器手臂作業軌跡的教導方法，藉由機器手臂移動深度相機拍攝工件，建立工件的3D模型，利用操作者指尖在工件的表面移動預期的作業軌跡，深度相機持續偵測指尖移動的位置，形成部分的作業軌跡，利用機器手臂上的投影機即時投射該部分的作業軌跡至工件表面，深度相機偵測指尖移動完成作業軌跡，並將完成的作業軌跡由投影機投射至工件表面，由深度相機偵測指尖按壓該完成的作業軌跡，啟動投影機投射設定頁面，進行該完成的作業軌跡的設定作業，檢查滿意該完成的作業軌跡，紀錄該完成的作業軌跡作為教導作業軌跡。

本發明機器手臂作業軌跡的教導方法，指尖持續移動預期作 業軌跡，直到深度相機偵測到指尖離開工件，判斷完成作業軌跡。指尖按壓完成的作業軌跡標示的特定線段，以啟動投射設定頁面。設定頁面進行設定作業時，利用深度相機偵測指尖按壓設定頁面，控制投影機投射預設的參數調整頁面，供調整完成的作業軌跡的作業參數，或投射預設的編輯調整頁面，供修正或刪除完成的作業軌跡。

本發明機器手臂作業軌跡的教導方法，在修正完成的作業軌跡時，深度相機偵測到指尖按壓在作業軌跡需要修正的部位，按壓作業軌跡的預設長度線段標示為可移動的狀況，預設長度線段並隨偵測指尖的移動位置移動。當檢查不滿意該完成的作業軌跡時，按壓編輯調整頁面的刪除選項，刪除該完成的作業軌跡，重新教導作業軌跡。

本發明利用深度相機偵測到指尖離開參數調整頁面或編輯調整頁面，控制投影機關閉投射參數調整頁面或編輯調整頁面。在深度相機偵測到指尖按壓工件周圍空白處，控制投影機關閉投射設定頁面。

10‧‧‧教導系統

11‧‧‧機器手臂

12‧‧‧深度相機

13‧‧‧投影機

14‧‧‧控制裝置

15‧‧‧工具

16‧‧‧固定端

17‧‧‧端末部

18‧‧‧軸節

19‧‧‧致動馬達

20‧‧‧工件

21‧‧‧指尖

22‧‧‧作業軌跡

23‧‧‧特定線段

30‧‧‧設定頁面

31‧‧‧調整頁面

32‧‧‧移動速度參數調整頁面

33‧‧‧編輯調整頁面

34‧‧‧預設長度線段

圖1 為本發明機器手臂的教導系統的示意圖。

圖2 為本發明機器手臂的教導作業軌跡的示意圖。

圖3 為本發明機器手臂完成作業軌跡的示意圖。

圖4 為本發明作業軌跡的設定頁面的示意圖。

圖5 為本發明修正作業軌跡的示意圖。

圖6 為本發明機器手臂作業軌跡的教導方法的流程圖。

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。

請同時參考圖1至圖3，圖1為本發明機器手臂的教導系統的示意圖，圖2為本發明機器手臂的教導作業軌跡的示意圖，圖3為本發明機器手臂完成作業軌跡的示意圖。圖1中，本發明的教導系統10，主要包含機器手臂11、深度相機12、投影機13、控制裝置14及工具15。其中，機器手臂11可為多軸節形式，一端為固定不動的固定端16，另一端為活動的端末部17，固定端16與端末部17間的各軸節18設致動馬達19。端末部17設有工具15，工具15的兩側並固定深度相機12及投影機13。機器手臂11另連接至控制裝置14，由控制裝置14控制轉動各軸節18的致動馬達19，移動機器手臂11的端末部17，承載工具15、深度相機12及投影機13移動。控制裝置14控制深度相機12拍攝工件20的景深影像，再將深度相機12拍攝的影像傳輸至控制裝置14進行影像處理，利用投影機13投射影像至工件20表面及附近。

本發明機器手臂的教導系統，以教導製鞋塗膠的作業軌跡為例，但本發明包含且不限於教導製鞋塗膠，亦可利用在教導例如工件研磨等機械加工的作業軌跡。本發明在進行教導作業軌跡時，首先利用控制裝置14控制機器手臂11移動端末部17，承載深度相機12，並控制深度相機12拍攝例如鞋面的工件20的景深影像，將拍攝的影像傳輸至控制裝置14進行影像處理，建立工件20的3D模型本發明機器手臂的教導系統，以教導製鞋塗膠的作業軌跡為例，但本發明包含且不限於教導製鞋塗膠，亦可利用在教導例如工件研磨等機械加工的作業軌跡。本發明在進行教導作業軌跡時，首先利用控制裝置14控制機器手臂11移動端末部17，承載深度相機12， 並控制深度相機12拍攝例如鞋面的工件20的景深影像，將拍攝的影像傳輸至控制裝置14進行影像處理，建立工件20的3D模型。

圖2中，在本發明的教導系統10，操作者利用指尖21，在工件20的表面沿著預期的作業軌跡22移動，進行教導作業軌跡22，機器手臂11移動端末部17承載深度相機12，持續追蹤拍攝指尖21移動位置，並將拍攝影像傳輸至控制裝置14經影像處理，計算及記錄指尖21移動位置的座標，形成部分作業軌跡22，控制裝置14再傳輸部分作業軌跡22至投影機13，由投影機13即時將部分作業軌跡22投射至工件20的表面。因此，操作者在教導作業軌跡22過程就可即時看到已完成的部分作業軌跡22，而可在後續教導作業軌跡22過程中隨時參考，例如參考討作業軌跡22與邊緣維持一致性的距離，以免產生不均勻的塗膠。

當操作者持續移動指尖21，直到完成作業軌跡22時，操作者將指尖21離開工件20，深度相機12一旦偵測到指尖21離開工件20，判斷作業軌跡22完成，如圖3中，控制裝置14控制投影機13將完成的作業軌跡22投射至工件20的表面。操作者可藉按壓投射完成的作業軌跡22，進行修正作業軌跡22及作業參數的設定，亦可在投射的作業軌跡22上標示出特定線段23，以提示操作者進行作業參數的設定或修正作業軌跡22。本實施例雖以星記號標示特定線段23，但包含且不限於利用記號標示，亦可利用不同的顏色或線型等標示。

請同時參考圖4與圖5，圖4為本發明作業軌跡的設定頁面的示意圖，圖5為本發明修正作業軌跡的示意圖。圖4中，當投影機13投射完成的作業軌跡22至工件20的表面時，操作者利用指尖21按壓作業軌跡22上 線特定段23，深度相機12持續拍攝影像傳輸至控制裝置14，一旦偵測到指尖21按壓在線特定段23，控制裝置14將控制投影機13投射預設的設定頁面30至工件20周圍，設定頁面30包含作業參數的設定及修正或刪除預期的作業軌跡22等設定選項。當操作者利用指尖21按壓例如膠量參數的設定A時，深度相機12一旦偵測到指尖21按壓在設定A，控制裝置14將控制投影機13投射預設的膠量參數調整頁面31，膠量參數調整頁面31顯示預設的單位塗膠量，並可藉由按壓上下調整鈕，由深度相機12偵測指尖21按壓，調整適當塗膠量，調整完後，指尖21離開膠量參數調整頁面31預設時間，控制裝置14將控制投影機13關閉膠量參數調整頁面31。

同理，當操作者利用指尖21按壓例如移動速度參數的設定B時，深度相機12一旦偵測到指尖21按壓在設定B，控制裝置14將控制投影機13投射預設的移動速度參數調整頁面32，移動速度參數調整頁面32顯示預設的移動速度，並可藉由按壓上下調整鈕，由深度相機12偵測指尖21按壓，調整適當移動速度，調整完後，指尖21離開移動速度參數調整頁面32預設時間，控制裝置14將控制投影機13關閉移動速度參數調整頁面32。

此外，當操作者認為作業軌跡22不夠完善需要再編輯時，利用指尖21按壓例如編輯功能的設定C時，深度相機12一旦偵測到指尖21按壓在設定C，控制裝置14將控制投影機13投射預設的編輯調整頁面33，編輯調整頁面33顯示修正及刪除選項，當按壓刪除選項，由深度相機12偵測指尖21按壓刪除，控制裝置14將刪除已完成的作業軌跡22，並控制投影機13關閉編輯調整頁面33、設定頁面30及作業軌跡22的投影，重新教導作業軌跡22。

當按壓修正選項，由深度相機12偵測指尖21按壓修正，控制裝置14將控制投影機13投影已完成的作業軌跡22。圖5中，操作者利用指尖21按壓已完成的作業軌跡22需要修正的部位，深度相機12一旦偵測到指尖21按壓在作業軌跡22，控制裝置14將作業軌跡22按壓鄰近預設長度線段34設為標示可移動的狀況，並根據深度相機12藉由偵測指尖21的移動位置，控制投影機13投影連續性作業軌跡22移動預設長度線段34至指尖21的移動位置。調整完後，指尖21離開預設長度線段34預設時間，控制裝置14將控制投影機13關閉編輯調整頁面33。如不須再調整修正，只要利用指尖21按壓工件20周圍空白處，深度相機12一旦偵測到指尖21按壓在空白處，就會控制投影機13關閉設定頁面30，並記錄調整修正的作業軌跡22為教導作業軌跡22，以完成教導機器手臂11。

如圖6所示，為本發明機器手臂作業軌跡的教導方法的流程圖。本發明機器手臂作業軌跡的教導方法的詳細步驟說明如下：首先步驟S1，開始進行機器手臂的教導作業；在步驟S2，機器手臂移動深度相機拍攝工件，建立工件3D的模型；步驟S3，利用指尖在工件3D的模型的表面移動預期的作業軌跡；在步驟S4，深度相機持續偵測指尖移動的位置，形成部分的作業軌跡；步驟S5，利用機器手臂上的投影機即時投射部分的作業軌跡至工件表面；步驟S6，根據投射部分的作業軌跡，移動指尖完成作業軌跡，並將完成的作業軌跡投影至工件表面；步驟S7，按壓完成的作業軌跡的特定線段；步驟S8，由深度相機偵測指尖按壓特定線段，啟動投影機投射設定頁面；步驟S9，由深度相機偵測指尖選擇按壓設定頁面，進行修正軌跡或設定作業參數；步驟S10，檢查是否需要刪除完成的作業軌跡？如 果不滿意作業軌跡，則回到步驟S3，重複前述步驟，重新教導作業軌跡，如果滿意作業軌跡，則到步驟S11，紀錄完成的作業軌跡作為教導的作業軌跡，完成教導機器手臂。

因此，本發明機器手臂作業軌跡的教導系統及方法，利用在機器手臂上設置深度相機及投影機，就可藉由投影機即時投射深度相機偵測指尖的預期作業軌跡，讓教導過程參考，達到維持教導的一致性的目的。本發明利用指尖取代工具，並由投影機投射設定頁面，藉深度相機偵測選擇的設定頁面，讓教導過程快速設定作業參數，達到簡化教導的作業的目的。此外，本發明機器手臂作業軌跡的教導方法，利用深度相機偵測按壓投影機投射作業軌跡的特定線段，啟動投影機投射設定頁面，進行修正或設定作業軌跡，並在設定修正作業軌跡時，利用深度相機偵測按壓投影機投射作業軌跡，使作業軌跡按壓預設長度線段可隨指尖移動，以利進行修正，達到提升教導作業效率的目的。

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。

11‧‧‧機器手臂

12‧‧‧深度相機

13‧‧‧投影機

14‧‧‧控制裝置

20‧‧‧工件

21‧‧‧指尖

22‧‧‧作業軌跡

23‧‧‧特定線段

30‧‧‧設定頁面

31‧‧‧調整頁面

32‧‧‧移動速度參數調整頁面

33‧‧‧編輯調整頁面

Claims (13)

1. 一種機器手臂作業軌跡的教導系統，包含：機器手臂，一端為固定端，另一端為活動的端末部，端末部兩側固定深度相機及投影機；控制裝置，連接至機器手臂，控制機器手臂移動端末部承載深度相機及投影機，並控制深度相機拍攝景深影像，經影像處理，利用投影機投射影像至工件；其中，該深度相機持續偵測操作者的指尖在工件移動預期作業軌跡，經控制裝置影像處理陸續形成部分作業軌跡，由投影機即時投射該部分作業軌跡至工件，以完成作業軌跡，並利用深度相機偵測指尖按壓該完成的作業軌跡，啟動投影機投射設定頁面，進行設定該完成的作業軌跡，作為教導的作業軌跡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂作業軌跡的教導系統，其中該完成的作業軌跡標示啟動投射設定頁面的特定線段。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器手臂作業軌跡的教導系統，其中該特定線段以標記或不同顏色標示。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂作業軌跡的教導系統，其中投影機投射預設的設定頁面至工件周圍。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機器手臂作業軌跡的教導系統，其中該設定頁面的選擇，由控制裝置控制投影機投射作業參數的調整頁面或作業軌跡的編輯調整頁面，作業參數的調整頁面顯示預設的參數單位量及調整參數的調整鈕，編輯調整頁面顯示修正及刪除選項，以編輯該完成的作業軌跡。
6. 一種機器手臂作業軌跡的教導方法，其步驟包含：機器手臂移動深度相機拍攝工件，建立工件的3D模型；利用操作者指尖在工件的表面移動預期的作業軌跡；深度相機持續偵測指尖移動的位置，形成部分的作業軌跡；利用機器手臂上的投影機即時投射該部分的作業軌跡至工件表面；深度相機偵測指尖移動完成作業軌跡，並將完成的作業軌跡由投影機投射至工件表面；由深度相機偵測指尖按壓該完成的作業軌跡，啟動投影機投射設定頁面，進行該完成的作業軌跡的設定作業；檢查滿意該完成的作業軌跡，紀錄該完成的作業軌跡作為教導作業軌跡。
7. 如申請專利範圍第6項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中該指尖持續移動預期作業軌跡，直到深度相機偵測到指尖離開工件，判斷完成作業軌跡。
8. 如申請專利範圍第6項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中指尖按壓完成的作業軌跡標示的特定線段，以啟動投射設定頁面。
9. 如申請專利範圍第6項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中設定頁面進行設定作業時，利用深度相機偵測指尖按壓設定頁面，控制投影機投射預設的參數調整頁面，供調整完成的作業軌跡的作業參數，或投射預設的編輯調整頁面，供修正或刪除完成的作業軌跡。
10. 如申請專利範圍第9項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中修正完成的作業軌跡時，深度相機偵測到指尖按壓在作業軌跡需要修正的部位， 按壓作業軌跡的預設長度線段標示為可移動的狀況，預設長度線段並隨偵測指尖的移動位置移動。
11. 如申請專利範圍第9項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中檢查不滿意該完成的作業軌跡，按壓編輯調整頁面的刪除選項，刪除該完成的作業軌跡，重新教導作業軌跡。
12. 如申請專利範圍第9項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中該深度相機偵測到指尖離開參數調整頁面或編輯調整頁面，控制投影機關閉投射參數調整頁面或編輯調整頁面。
13. 如申請專利範圍第9項所述之機器手臂作業軌跡的教導方法，其中該深度相機偵測到指尖按壓工件周圍空白處，控制投影機關閉投射設定頁面。

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