CN105215990A - 机械手臂系统及其平行度校正方法 - Google Patents

Abstract

一种机械手臂系统，包含有一机械手臂、一控制器及一平行度校正装置，该机械手臂具有一末端轴，该末端轴具有一末端面，该平行度校正装置设于该末端轴，且具有至少一距离量测器；该机械手臂系统的平行度校正方法，先使该末端轴移动至邻近一基准面的校正位置，再使该平行度校正装置量测该基准面上至少三受测点与该末端面的距离的差异，并将量测讯号传送至该控制器，该控制器再依据量测讯号而调整该机械手臂的姿态，使得该些受测点与该末端面的距离皆相同；由此，本发明可使机械手臂在各种工作情况下都能快速地与工作平面达到精准的平行度。

Description

机械手臂系统及其平行度校正方法

技术领域

本发明是与机械手臂有关，特别是关于一种具有平行度校正功能的机械手臂系统，以及其平行度校正方法。

背景技术

机械手臂在进行特定工作时，其一末端面常需要平行于一工作平面，才能使一设于该末端面的末端效应器顺利进行工作。例如，该末端效应器可能为一夹爪，用以夹取一轴杆并将该轴杆插置于一孔板的工作平面上的一插置孔，该机械手臂必须使该轴杆在插入该插置孔时垂直于该工作平面，此时，该末端面必须平行于该工作平面。

请参阅美国US5218550专利，该专利是于一机台提供一承靠面，并将一机械手臂的底座固定于该承靠面，以使该机械手臂的特定部位平行于该机台的特定轴向。然而，前述专利所提供的方式无法依据不同工作需求而任意改变机械手臂的角度，而且，若该承靠面的加工精度不佳，则无法确保该机械手臂与该机台之间的平行度。

事实上，机械手臂常应用于各式各样的工作中，其坐标系难以与其对应的工作装置(例如取放平台、孔板等等)的坐标系相吻合，因此机械手臂的末端面与其对应的工作装置的工作平面之间的平行度相当难以校正，尤其，机械手臂可能需要对应坐标系较为复杂的倾斜工作平面，在此状况下更难以进行平行度校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械手臂系统以及其平行度校正方法，可使机械手臂在各种工作情况下都能快速地与工作平面达到精准的平行度。

为实现上述目的，本发明提供的机械手臂系统包含有一机械手臂、一用以控制该机械手臂的运作的控制器，以及一平行度校正装置。该机械手臂具有一末端轴，该末端轴具有一末端面。该平行度校正装置设于该末端轴，且具有至少一距离量测器，用以量测一基准面上至少三受测点与该末端面的距离的差异，并将量测讯号传送至该控制器。

本发明提供的如前述的机械手臂系统的平行度校正方法，包含有下列步骤：

a.该末端轴移动至一邻近该基准面的校正位置；

b.该平行度校正装置量测该基准面上的受测点与该末端面的距离的差异，并将量测讯号传送至该控制器；以及

c.该控制器依据该平行度校正装置所传送的量测讯号而调整该机械手臂的姿态，使得该些受测点与该末端面的距离皆相同。

由此，当该基准面上的该至少三受测点与该末端面的距离皆相同时，该末端面即已平行于该基准面。该基准面可为一校正板的一表面，且该表面是平行于该机械手臂在该步骤c之后进行工作时的工作平面，如此一来，该末端面在该步骤c之后平行于该基准面，因此亦平行于工作平面。或者，该基准面亦可为该机械手臂在该步骤c之后进行工作时的工作平面，如此一来，该末端面在该步骤c之后即平行于工作平面。

换言之，本发明可直接对机械手臂的末端面与工作平面的平行度进行校正，或者利用一校正板而间接对机械手臂的末端面与工作平面的平行度进行校正，如此的方式相当快速且准确，即使随意变更工作平面，甚至应用于坐标系较为复杂的倾斜工作平面，本发明仍可使机械手臂的末端面快速地与工作平面达到精准的平行度。

附图说明

图1为本发明一第一较佳实施例所提供的机械手臂系统的立体示意图；

图2为本发明该第一较佳实施例所提供的机械手臂系统的一机械手臂与一平行度校正装置的立体分解图；

图3及图4为本发明该第一较佳实施例所提供的机械手臂系统的一使用态样的平面示意图及立体示意图；

图5为本发明该第一较佳实施例所提供的机械手臂系统的另一使用态样的平面示意图；以及

图6为本发明一第二较佳实施例所提供的机械手臂系统的一机械手臂与一平行度校正装置的立体示意图。

附图中主要组件符号说明：

10机械手臂系统，20机械手臂，22末端轴，222末端面，30控制器，40平行度校正装置，41基座，42距离量测器，422量测杆，51工作台，512承载面，52工作装置，53工作平面，54基准面55校正板，56假想轨迹(受测点)，60平行度校正装置，61基座，62基准杆64距离量测器，642量测杆，L假想轴线，P校正位置。

具体实施方式

有关本发明所提供的机械手臂系统及其平行度校正方法的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅系用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及附图中，相同的参考号码，表示相同或类似的组件或其结构特征。其次，当述及一组件设置于另一组件上时，代表前述组件是直接设置在该另一组件上，或者前述组件是间接地设置在该另一组件上，亦即，二组件之间还设置有一个或多个其他组件。

请先参阅图1及图2，本发明第一较佳实施例所提供的机械手臂系统10包含有一机械手臂20、一控制器30，以及一平行度校正装置40。

该机械手臂20与公知技术相同，是受该控制器30控制而可变化出多种姿态，该机械手臂20具有一用以安装一末端效应器(图中未示)的末端轴22，由该控制器30控制该机械手臂20的运作，该末端轴22可移动至不同位置，且可呈现不同角度，以达到不同的工作需求。在本实施例中，该末端轴22具有一末端面222，该末端轴22是能依一垂直于该末端面222的假想轴线L为中心而转动。

该平行度校正装置40包含有一基座41，以及一固定于该基座41的距离量测器42，该基座41固定于该机械手臂20的末端轴22的末端面222，亦即，该平行度校正装置40设于该末端轴22，因此可与该末端轴22同步转动。在本实施例中，该距离量测器42为接触式量测器(例如百分表、千分表等等)，具有一可伸缩的量测杆422，该量测杆422是平行于该假想轴线L，亦即垂直于该末端面222。然而，该距离量测器42亦可为非接触式量测器(例如雷射测距仪、红外线测距仪等等)，在此状况下，其发出的量测光束是平行于该假想轴线L。

以下将以图3及图4所示的使用态样为例，说明该机械手臂系统10的平行度校正方法，图3及图4中显示一工作台51，以及一安装于该工作台51的一承载面512上的工作装置52(例如取放平台、孔板等等)，该工作装置52具有一工作平面53，此平行度校正方法是用以使该机械手臂20在该工作平面53上进行工作时以该末端面222平行于该工作平面53，包含有下列步骤：

a.该末端轴22移动至一邻近一基准面54的校正位置P。

在本实施例中，该工作台51的承载面512上还安装一校正板55，该基准面54为该校正板55的一表面，且该表面平行于该工作平面53。由于该距离量测器42为接触式量测器，此步骤a是使该距离量测器42的量测杆422在该末端轴22位于该校正位置P时接触该基准面54。然而，若采用非接触式的距离量测器42，则不需使该距离量测器42接触该基准面54，只要能量测到该基准面54即可。

b.该平行度校正装置40量测该基准面54上至少三受测点与该末端面222距离的差异，并将量测讯号传送至该控制器30。

在本实施例中，此步骤b是使该末端轴22转一圈(亦可仅转动一预定角度)，同时该距离量测器42的量测杆422持续接触该基准面54，且该量测杆422随着该末端轴22转动而在该基准面54上沿着一圆形(或圆弧形)的假想轨迹56滑移，以量测该假想轨迹56上的多数受测点。当该末端面222未平行于该基准面54时，该些受测点与该末端面222的距离会有差异，且该些差异可供该控制器30推算出该末端面222相对于该基准面54的倾斜角度。

c.该控制器30依据该平行度校正装置40所传送的量测讯号而调整该机械手臂20的姿态，使得该些受测点与该末端面222的距离皆相同。

当该基准面54上的受测点与该末端面222的距离皆相同时，该末端面222即已平行于该基准面54。如此一来，在此步骤c之后，当该机械手臂20在该工作平面53进行工作时，该末端面222是平行于该基准面54，因此亦平行于工作平面53。

然而，前述机械手臂装置的平行度校正方法中，不一定要使用该校正板55，亦能以该工作台51的承载面512作为该基准面54；或者，亦能直接以该工作平面53作为该基准面54，如此校正方式更为直接且准确。尤其如图5所示，当该工作平面53相对于该承载面512呈倾斜，或者甚至有更为复杂的坐标系时，只要直接以该工作平面53作为该基准面54，即可快速且准确地校正该末端面222与该工作平面53的平行度。

请参阅图6，本发明第二较佳实施例所提供的机械手臂系统采用与第一较佳实施例不同的平行度校正装置60，该平行度校正装置60包含有一基座61，以及固定于该基座61的一长度固定的基准杆62与二距离量测器64，各该距离量测器64与第一较佳实施例所述的距离量测器42相同，可为接触式或非接触式量测器，该基准杆62与该二距离量测器64的量测杆642(或量测光束)皆垂直于该机械手臂20的末端面222(如图2所示)。

本实施例的机械手臂系统的平行度校正方法包含有类同于第一较佳实施例中所述的步骤a、b、c。请参阅图3及图6，本实施例的步骤a是使该基准杆62接触该基准面54，亦即，在该末端轴22位于该校正位置P时，该基准杆62接触该基准面54，且其接触点为一受测点，此时，该受测点与该基准面54的距离为已知的定值(亦即该基准杆62的长度与该基座61的厚度的总和)。本实施例的步骤b中，该基准杆62仍接触该受测点，且该二距离量测器64接触该基准面54而使其接触点成为另二受测点。如此一来，该平行度校正装置60不需转动，即可量测到如前述的三受测点与该末端面222的距离的差异，以供该控制器30推算出该末端面222相对于该基准面54的倾斜角度，并以调整该机械手臂20的姿态，使得该末端面222平行于该基准面54。

综上所述，本发明可直接对机械手臂20的末端面222与工作平面53的平行度进行校正，或者利用一校正板55而间接对机械手臂20的末端面222与工作平面53的平行度进行校正，如此的方式相当快速、准确，即使随意变更工作平面53，甚至应用于坐标系较为复杂的倾斜工作平面53，本发明仍可使机械手臂20的末端面222快速地与工作平面53达到精准的平行度。

最后，必须再次说明，本发明于前述实施例中所揭示的构成组件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本发明申请的权利要求范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种机械手臂系统，包含有：

一机械手臂，具有一末端轴，该末端轴具有一末端面；

一控制器，用以控制该机械手臂的运作；以及

一平行度校正装置，设于该末端轴的末端面，且具有至少一距离量测器，用以量测一基准面上至少三受测点与该末端面的距离，并将量测讯号传送至该控制器。

2.根据权利要求1所述的机械手臂系统，其中，该机械手臂的末端轴能依一垂直于该末端面的假想轴线为中心而转动，该平行度校正装置包含有偏离该假想轴线设置于该末端轴的一该距离量测器。

3.根据权利要求1所述的机械手臂系统，其中，该平行度校正装置包含有一用以在量测时接触其中一该受测点的基准杆，以及分别用以量测另二该受测点的二该距离量测器。

4.一种如权利要求1所述机械手臂系统的平行度校正方法，包含有下列步骤：

a.该末端轴移动至一邻近该基准面的校正位置；

b.该平行度校正装置量测该基准面上的受测点与该末端面的距离，并将量测讯号传送至该控制器；以及

c.该控制器依据该平行度校正装置所传送的量测讯号而调整该机械手臂的姿态，使得该些受测点与该末端面的距离皆相同。

5.根据权利要求4所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，该机械手臂的末端轴能依一垂直于该末端面的假想轴线为中心而转动，该平行度校正装置包含有偏离该假想轴线设置于该末端轴的一该距离量测器；该步骤b使该末端轴转动，同时该距离量测器随着该末端轴转动而量测多数该受测点。

6.根据权利要求5所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，在该末端轴位于该校正位置时，以及在该步骤b中，该距离量测器接触该基准面。

7.根据权利要求4所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，该平行度校正装置包含有一基准杆以及二该距离量测器；在该末端轴位于该校正位置时，以及在该步骤b中，该基准杆接触其中一该受测点，该二距离量测器在该步骤b中分别量测另二该受测点。

8.根据权利要求7所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，该二距离量测器在该步骤b中接触该基准面。

9.根据权利要求4所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，该基准面为一校正板的一表面，且该表面是平行于该机械手臂在该步骤c之后进行工作时的工作平面。

10.根据权利要求4所述机械手臂系统的平行度校正方法，其中，该基准面为该机械手臂在该步骤c之后进行工作时的工作平面。