CN105269580B - 机械手臂的安全控制方法 - Google Patents

Abstract

一种机械手臂的安全控制方法，包含有下列步骤：a.将一感测单元安装于一机械手臂，并设定至少一控制距离，以通过该感测单元的位置与该至少一控制距离形成出一随着该机械手臂运作而变化的假想限制范围；b.使一受测装置随着一用户移动，并通过该感测单元的信号及该受测装置的信号检测该受测装置是否位于该假想限制范围内；当该受测装置位于该假想限制范围内，则限制该机械手臂的运作速度；由此，本发明可提升机械手臂使用上的安全性。

Description

机械手臂的安全控制方法

技术领域

本发明是与机械手臂有关，特别是关于一种机械手臂的安全控制方法。

背景技术

机械手臂大多是应用于自动化设备中，但在某些情况下，仍需由操作员近距离地操作机械手臂，例如，当机械手臂在教导模式下，是由操作员利用手持教导器微调机械手臂的位置，以使机械手臂精准地按照设定的轨迹运作。即使机械手臂在自动模式下，操作员仍可能近距离地观测机械手臂的运作情况。由于机械手臂通常运作速度相当快，且通常会输出相当大的力量，因此必须避免操作员过于接近机械手臂，或者避免机械手臂在操作员接近时运作得过于快速，以免操作员受机械手臂碰撞而受伤。

为了使机械手臂使用上更为安全，已知一种作法是利用一检测装置规划出一工作区域，当操作员在该工作区域内，机械手臂的运作速度就限制在特定速度(例如250mm/s)以下，然而，此作法仍无法确保操作员对机械手臂进行近距离教导时的安全性。已知另一种作法是在机械手臂附近设置一扫描传感器，该扫描传感器检测到有操作员进入其扫描范围时则发出警报，然而，此作法使得操作员无法对机械手臂进行近距离教导。而且，在前述二种作法中，该工作区域或该扫瞄范围都不会随机械手臂运作而变动，因此仍可能有安全死角，安全性仍相当不足。

发明内容

有鉴于上述缺点，本发明的主要目的在于提供一种机械手臂的安全控制方法，可提升机械手臂使用上的安全性。

为达成上述目的，本发明所提供的机械手臂的安全控制方法包含有下列步骤：

a.将一感测单元安装于一机械手臂，并设定至少一控制距离，以通过该感测单元的位置与该至少一控制距离形成出一随着该机械手臂运作而变化的假想限制范围；以及

b.使一受测装置随着一用户移动，并通过该感测单元的信号及该受测装置的信号检测该受测装置是否位于该假想限制范围内；当该受测装置位于该假想限制范围内，则限制该机械手臂的运作速度。

由于该感测单元是设于该机械手臂，当该机械手臂运作时，该感测单元及其所形成的假想限制范围会随着该机械手臂移动，该受测装置可安装于一用以手动操作该机械手臂的操作装置(例如教导器)或设于使用者身上，以使该受测装置随用户移动，如此可避免安全死角的问题，因此安全性较高。

该感测单元可包含有一感测装置或设于不同位置的多个感测装置，该步骤b可检测该受测装置与各感测装置的距离(亦即检测距离)，更可进一步检测出该受测装置接近各感测装置的速度(亦即检测速度)，当该检测距离小于设定的控制距离，或该检测速度大于预定的控制速度时，则限制该机械手臂的运作速度。此外，该步骤b中限制该机械手臂的运作速度的方式可使该机械手臂停止运作，或者，亦可将该机械手臂的运作速度限制在一预定的限制速度以下。当该检测距离小于预定的更小的控制距离，或该检测速度大于预定的更大的控制速度时，亦可再次限制该机械手臂的运作速度，如此可更加提升使用者对机械手臂进行近距离教导时的安全性。

有关本发明所提供的机械手臂的安全控制方法的详细构造、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，该等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅是用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为本发明一第一较佳实施例所提供的机械手臂的安全控制方法的流程图；

图2为本发明该第一较佳实施例所提供的一机械手臂系统的立体示意图；

图3及图4类同于图1，惟部分流程不相同；

图5为本发明一第二较佳实施例所提供的一机械手臂系统的立体示意图；

图6为本发明一第三较佳实施例所提供的一机械手臂系统的立体示意图；

图7为本发明该第三较佳实施例所提供的机械手臂的安全控制方法的流程图；以及

图8类同于图2，惟显示二该机械手臂系统。

具体实施方式

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，表示相同或类似的元件或其结构特征。

请参阅图1及图2，本发明一第一较佳实施例所提供的机械手臂的安全控制方法包含有下列步骤：

a.将一感测单元10安装于一机械手臂20，并设定至少一控制距离D，以通过该感测单元10的位置与该至少一控制距离D形成出一随着该机械手臂20运作而变化的假想限制范围30。

在本实施例中，该感测单元10仅包含有一感测装置12，此步骤a仅设定一对应该感测装置12的控制距离D，该假想限制范围30是以该感测装置12为球心且以该控制距离D为半径的球形假想范围。

b.使一受测装置40随着一用户移动，并通过该感测单元10的信号及该受测装置40的信号检测该受测装置40是否位于该假想限制范围30内；当该受测装置40位于该假想限制范围30内，则限制该机械手臂20的运作速度。

在本实施例中，该受测装置40是安装于一用以手动操作该机械手臂20的操作装置50，该操作装置50可为一教导器或一手握式促动开关；由此，当使用者(例如操作员)手持该操作装置50以便随时手动操作该机械手臂20时，该受测装置40会随着用户移动。或者，该受测装置40亦可设于使用者的衣物上或使用者所穿戴的安全配件上，如此亦可随着使用者移动。

该感测装置12与该受测装置40的配置，是为了在此步骤b中检测出一检测距离d，亦即该感测装置12与该受测装置40的距离，以将该检测距离d作为判断使用者与机械手臂20的距离的依据。该感测装置12可为一无方向性的无线信号接收器(例如RFID读取器)，该受测装置40可为一无线信号发射器(例如RFID卷标)，该感测装置12接收该受测装置40的信号而产生对应该检测距离d的信号，再将信号传送至一用以自动控制该机械手臂20的控制器60，即可使该控制器60感知该检测距离d。当该检测距离d小于该控制距离D时，表示该受测装置40位于该假想限制范围30内，此时该控制器60限制该机械手臂20的运作速度。此步骤b中限制该机械手臂20的运作速度的方式，可使该机械手臂20停止运作，或者将该机械手臂20的运作速度限制在预定的一限制速度以下，以避免使用者因过于接近该机械手臂20而发生危险。

如图3所示，此步骤b更可通过计算该检测距离d随着时间的变化而检测出一检测速度，该检测速度为该受测装置40接近该感测装置12的速度。当该检测距离d小于该控制距离D，或该检测速度大于预定的一控制速度时，该控制器60限制该机械手臂20的运作速度，亦即使该机械手臂20停止运作或将该机械手臂20的运作速度限制在预定的限制速度以下，以避免使用者过于接近该机械手臂20或过于快速地接近该机械手臂20而发生危险。或者，如图4所示，此步骤b亦可在该检测距离d小于该控制距离D且该检测速度大于该控制速度时，才限制该机械手臂20的运作速度。

由于该感测单元10是设于该机械手臂20，当该机械手臂20运作时，该感测单元10会随着该机械手臂20移动，更明确地说，该假想限制范围30的中心位置会随着机械手臂20本身的姿态而改变，使得该假想限制范围30持续涵盖于较为危险的区域，如此可避免安全死角的问题，因此本发明所提供的机械手臂的安全控制方法的安全性较高。

为了更有效地避免使用者受机械手臂20碰撞，可于机械手臂20安装多个感测装置，例如图5所示的本发明一第二较佳实施例所提供的机械手臂系统中，该机械手臂20上安装二感测装置，以更加提升该机械手臂20使用上的安全性，本实施例与前述的第一较佳实施例的差异详述如下。

本实施例的步骤a中将一感测单元70安装于该机械手臂20，该感测单元70包含有设于该机械手臂20的不同位置的一第一感测装置71及一第二感测装置72，此步骤a中设定的控制距离包含有一对应该第一感测装置71的第一控制距离D1，以及一对应该第二感测装置72的第二控制距离D2。由此，本实施例的假想限制范围30为一第一假想范围31与一第二假想范围32的联集，该第一假想范围31是以该第一感测装置71为球心且以该第一控制距离D1为半径的球形假想范围，该第二假想范围32是以该第二感测装置72为球心且以该第二控制距离D2为半径的球形假想范围，当该机械手臂20运作而改变其姿态时，该假想限制范围30的大小及位置会随之变化。

本实施例的步骤b中通过该二感测装置71、72的信号及该受测装置40的信号检测出一第一检测距离d1及一第二检测距离d2，该第一检测距离d1为该第一感测装置71与该受测装置40的距离，该第二检测距离d2为该第二感测装置72与该受测装置40的距离。当该第一检测距离d1小于该第一控制距离D1，或该第二检测距离d2小于该第二控制距离D2时，该控制器60限制该机械手臂20的运作速度，亦即使该机械手臂20停止运作或将该机械手臂20的运作速度限制在预定的限制速度以下。换言之，不论该受测装置40是接近该第一感测装置71或该第二感测装置72，该机械手臂20都会被限制其运作速度，如此可更加确保使用者的安全。

本实施例的步骤b亦可通过该受测装置40接近各该感测装置71、72的速度作为限制该机械手臂20运作速度的条件，亦即，该第一感测装置71及该第二感测装置72可分别对应预定的一第一控制速度及一第二控制速度，此步骤b更检测出一第一检测速度及一第二检测速度，该第一检测速度为该受测装置40接近该第一感测装置71的速度，该第二检测速度为该受测装置40接近该第二感测装置72的速度。当该第一检测速度大于该第一控制速度或该第二检测速度大于该第二控制速度时，该控制器60限制该机械手臂20的运作速度，亦即使该机械手臂20停止运作或将该机械手臂20的运作速度限制在预定的限制速度以下。

如图6及图7所示的本发明一第三较佳实施例，同一感测装置亦可对应多个控制距离，以依据使用者接近该机械手臂20的程度，而分段地限制该机械手臂20的运作速度。在第三较佳实施例中，该感测装置12对应一较大控制距离D3及一较小控制距离D4，当该检测距离d小于该较大控制距离D3时，该控制器60限制该机械手臂20的运作速度，亦即将该机械手臂20的运作速度限制在预定的一较大限制速度以下；当该检测距离d小于该较小控制距离D4时，该控制器60则再次限制该机械手臂20的运作速度，亦即使该机械手臂20停止运作，或者将该机械手臂20的运作速度限制在预定的一较小限制速度以下。

如此一来，当机械手臂20在教导模式下，且用户手持该操作装置50在该机械手臂20附近进行教导时，该机械手臂20的运作速度会先初步降低至不超过该较大控制速度；当使用者需要更精确地控制该机械手臂20，因而更靠近该机械手臂20以确认其定位时，该机械手臂20的运作速度会再度降低至不超过该较小控制速度，或者停止运作，以确保使用者的安全。同样地，当机械手臂20在自动模式下，若用户接近该机械手臂20，该机械手臂20也会先初步减速，若使用者更接近该机械手臂20，该机械手臂20会再度减速，甚至紧急停止，以确保使用者的安全。

此外，该步骤b亦可利用预定的一较小控制速度及一较大控制速度，以作为限制该机械手臂20运作速度的条件，亦即，当该受测装置40接近该感测装置12的速度(检测速度)大于该较小控制速度时，该控制器60将该机械手臂20的运作速度限制在预定的一较大限制速度以下；当该检测速度大于该较大控制速度时，该控制器60则将该机械手臂20的运作速度限制在预定的一较小限制速度以下，或者使该机械手臂20停止运作。

当有多个机械手臂系统在彼此附近运作，例如图8中有二个如图2所示的机械手臂系统，在此状况下亦可使各机械手臂20所安装的感测单元10能感测其他机械手臂系统的受测装置40，以同时确保该等机械手臂系统的用户的安全。

最后，必须再次说明，本发明于前揭实施例中所揭露的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其他等效元件的替代或变化，亦应为本案的权利要求范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种机械手臂的安全控制方法，包含有下列步骤：

a.将一感测单元安装于一机械手臂，并设定至少一控制距离，以通过该感测单元的位置与该至少一控制距离形成出一随着该机械手臂运作而变化的假想限制范围；以及

b.使一受测装置随着一用户移动，并通过该感测单元的信号及该受测装置的信号检测该受测装置是否位于该假想限制范围内；当该受测装置位于该假想限制范围内，则限制该机械手臂的运作速度。

2.如权利要求1所述的机械手臂的安全控制方法，其中该感测单元包含有一感测装置，该感测装置对应一该控制距离；该步骤b中检测出一检测距离，该检测距离为该感测装置与该受测装置的距离；当该检测距离小于该感测装置对应的控制距离时，则限制该机械手臂的运作速度。

3.如权利要求2所述的机械手臂的安全控制方法，其中该步骤b中还检测出一检测速度，该检测速度为该受测装置接近该感测装置的速度；当该检测速度大于预定的一控制速度时，则限制该机械手臂的运作速度。

4.如权利要求2所述的机械手臂的安全控制方法，其中该步骤b中还检测出一检测速度，该检测速度为该受测装置接近该感测装置的速度；当该检测距离小于该感测装置对应的控制距离且该检测速度大于预定的一控制速度时，则限制该机械手臂的运作速度。

5.如权利要求1所述的机械手臂的安全控制方法，其中该感测单元包含有一第一感测装置及一第二感测装置，该至少一控制距离包含有一对应该第一感测装置的第一控制距离以及一对应该第二感测装置的第二控制距离；该步骤b中检测出一第一检测距离及一第二检测距离，该第一检测距离为该第一感测装置与该受测装置的距离，该第二检测距离为该第二感测装置与该受测装置的距离；当该第一检测距离小于该第一控制距离或该第二检测距离小于该第二控制距离时，则限制该机械手臂的运作速度。

6.如权利要求5所述的机械手臂的安全控制方法，其中该第一感测装置及该第二感测装置分别对应预定的一第一控制速度及一第二控制速度，该步骤b还检测出一第一检测速度及一第二检测速度，该第一检测速度为该受测装置接近该第一感测装置的速度，该第二检测速度为该受测装置接近该第二感测装置的速度；当该第一检测速度大于该第一控制速度或该第二检测速度大于该第二控制速度时，则限制该机械手臂的运作速度。

7.如权利要求1所述的机械手臂的安全控制方法，其中该感测单元包含有一感测装置，该至少一控制距离包含有对应该感测装置的一较大控制距离及一较小控制距离；该步骤b中检测出一检测距离，该检测距离为该感测装置与该受测装置的距离；当该检测距离小于该较大控制距离时，则限制该机械手臂的运作速度，且当该检测距离小于该较小控制距离时，则再次限制该机械手臂的运作速度。

8.如权利要求7所述的机械手臂的安全控制方法，其中该步骤b中还检测出一检测速度，该检测速度为该受测装置接近该感测装置的速度；当该检测速度大于预定的一较小控制速度时，则限制该机械手臂的运作速度，且当该检测速度大于预定的一较大控制速度时，则再次限制该机械手臂的运作速度。

9.如权利要求7所述的机械手臂的安全控制方法，其中该步骤b中限制该机械手臂的运作速度的方式是将该机械手臂的运作速度限制在预定的一较大限制速度以下；该步骤b中再次限制该机械手臂的运作速度的方式是使该机械手臂停止运作，或者将该机械手臂的运作速度限制在预定的一较小限制速度以下。

10.如权利要求1所述的机械手臂的安全控制方法，其中该步骤b中限制该机械手臂的运作速度的方式是使该机械手臂停止运作，或者将该机械手臂的运作速度限制在预定的一限制速度以下。