CN106965170B - 以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法，主要是通过实时监控于正常运作状态下所事先量测制成的控制参数矩阵与实际反电动势值，据以在异常发生前都能稳定的夹持，确保夹持工作都能在正常状况下运作，提高夹持稳定性。

Description

以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法

技术领域

本发明涉及机械手领域，特别是涉及一种以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法。

背景技术

随着自动化生产于各领域的广泛利用，具有体积小、重量轻、外型逼真及灵活度高特点的电动夹爪的重要性与日俱增，为确保夹持工作的稳定性，电动夹爪就必须在夹持工作进行中被实时监测或控制。

而监测或控制电动夹爪的方式众多，已知其中一种控制方式是依据步进马达的特性进行控制控制，其控制基础在于步进马达具有输出转矩与转速成反比的特性，通过控制切换步进马达的速度来控制由步进马达驱动的夹爪的夹持力；然而，此种控制方式仍会产生运作中不乐见的缺陷，由于步进马达的输出转矩与转速成反比，因此在步进马达速度急遽变化，例如急遽加速时，此时，转矩下降而无法负荷外界负载，而造成小幅度的滑脱，造成失步，而此失步现象将影响夹持的稳定性而有被改善的必要；

另有一种已知的控制方式则是另外设置传感器侦测马达失步，当马达失步时即切断马达的电源，改以另外的保持机构保持夹持力；而此种控制方式是在马达失步时才做保持夹持力的应对手段，因此完全无法避免马达失步的状况发生，因此夹持力量无法被稳定的控制；况且，这种控制方式还必须配置独立的保持机构保持夹持力，因此将会使整体机构复杂化并提高整体机构成本，并因此提高制造端成本上的负担而有待改善；

有鉴于此，本发明人潜心研究并更深入构思，历经多次研发试作后，终于发明出一种以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法。

发明内容

本发明提供一种以反电动势为监控依据的夹持装置及控制方法，其主要目的是改善一般夹爪控制方式仍有夹持力无法稳定控制、机构复杂的缺陷。

为达前述目的，本发明提供一种以反电动势为监控依据的夹持装置，包含：

夹持装置；

步进马达，链接夹持装置并可驱动夹持装置夹持或松释；

控制器，与步进马达电性连接，且控制器包含电性连接的驱动单元、控制单元、指令接收单元以及存取单元，其中：

驱动单元电性连接步进马达而能驱动步进马达运转并回馈步进马达的实际反电动势值；

控制单元与驱动单元电性连接；

指令接收单元与控制单元电性连接，且指令接收单元能接受对夹持装置的夹持状态、夹持速度及夹持力的控制指令；以及

存取单元与控制单元电性连接，且存取单元内存置控制参数矩阵，控制参数矩阵中的每一位置具有对应的反电动势阀值；控制单元能依据指令接收单元的控制指令控制步进马达运作，且控制单元更能以控制指令比对控制参数矩阵取得对应的反电动势阀值并实时比对实际反电动势值，最后依据比对结果选择控制步进马达。

同样为达前述目的，本发明更提供一种以反电动势为监控依据的夹持装置控制方法，包含依序进行：

驱动步进马达步骤，控制器依照控制指令通过驱动单元驱动步进马达运转，且步进马达运转时产生实际反电动势值；

比对控制参数矩阵步骤，控制器依据控制指令比对存取单元中的控制参数矩阵，控制参数矩阵中的每一位置具有对应的反电动势阀值；

求对应反电动势阀值步骤，控制器比对实际反电动势于控制参数矩阵的位置以求得对应的反电动势阀值；

监控实际反电动势步骤，控制器持续监控实际反电动势值；

比对并控制步骤，控制器比对监控的实际反电动势值及求得的反电动势阀值，当实际反电动势值小于反电动势阀值时，维持步进马达的驱动；而当实际反电动势值达反电动势阀值时，停止继续驱动步进马达以维持夹持。

本发明通过实时监控于正常运作状态下所事先量测制成的控制参数矩阵与与实际反电动势值，据以在异常发生前进行稳定的夹持，并确保夹持工作都能在正常状况下运作，提高夹持稳定性。

附图说明

图1为本发明的以反电动势为监控依据的夹持装置的系统配置图。

图2为本发明的以反电动势为监控依据的夹持装置控制方法的步骤流程图。

图3为本发明的以中控制参数矩阵的示意图。

附图中符号标记说明：

10为夹持装置；20为步进马达；30为控制器；31为驱动单元；32为控制单元；33为指令接收单元；34为存取单元；(I)为接收控制指令步骤；(II)为驱动步进马达步骤；(III)为比对控制参数矩阵步骤；(IV)为求对应反电动势阀值步骤；(V)为监控实际反电动势步骤；(VI)为比对并控制步骤。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种以反电动势为监控依据的夹持装置，请配合参阅图1至图3所示，包含：

夹持装置10；

步进马达20，链接夹持装置10并可驱动夹持装置10夹持或松释；

控制器30，与步进马达20电性连接，且控制器30包含电性连接的驱动单元31、控制单元32、指令接收单元33以及存取单元34，其中：

驱动单元31电性连接步进马达20而能驱动步进马达20运转并回馈步进马达20的实际反电动势值；

控制单元32与驱动单元31电性连接；

指令接收单元33与控制单元32电性连接，且指令接收单元33能接受对夹持装置10的夹持状态、夹持速度及夹持力的控制指令；以及

存取单元34与控制单元32电性连接，且存取单元34内存置控制参数矩阵，控制参数矩阵为以夹持装置的夹持状态(夹持、松释)、夹持速度及夹持力为参数制成的三维矩阵，且于控制参数矩阵中的每一位置均有对应的反电动势阀值，且上述参数均为在步进马达正常运作无失步的状态下实际量测；控制单元32能依据指令接收单元33的控制指令控制步进马达20运作，且控制单元30更能以控制指令比对控制参数矩阵取得对应的反电动势阀值并实时比对实际反电动势值，最后依据比对结果选择控制步进马达20。

以上为本发明以反电动势为监控依据的夹持装置的结构组态及特征，而其控制方法依序包含：

接收控制指令步骤(I)，通过指令接收单元33下达控制指令，指令接收单元接收对夹持装置10的夹持状态、夹持速度及夹持力的控制指令；

驱动步进马达步骤(II)，控制器30的指令接收单元33接收控制指令后，控制单元32存取并依据指令接收单元32所接收的控制指令驱动步进马达20运转，且步进马达20运转时产生实际反电动势值；

比对控制参数矩阵步骤(III)，控制器30的控制单元32依据指令接收单元32所接收的控制指令的参数比对存取单元34中的控制参数矩阵，控制参数矩阵中的每一位置具有对应的反电动势阀值；

求对应反电动势阀值步骤(IV)，控制器30比对实际反电动势于控制参数矩阵的位置以求得对应的反电动势阀值；进一步地，请配合参阅如图3所示为控制参数矩阵的示意图，控制参数矩阵是由夹持装置10的夹持状态、夹持速度以及夹持力建立的三维矩阵，当然，控制参数矩阵中各维度中的元素可依控制需求改变，而以此例来说，用第一维度表示夹持状态，夹持状态具有2个元素分别代表夹掣(1)与松释(0)；用第二维度表示夹持速度，其具有20个元素，代表1mm/s到20mm/s；用第三维度代表夹持力，其具有11个元素，代表50％到100％的力量。当控制器30由指令接收单元33接收外部的控制指令后，控制单元32即会存取存取单元34中的控制参数矩阵并求得对应的反电动势阀值；例如，当外部命令为“松释、5mm/s、50％”时，控制单元32会对应参数值并寻址到[0][4][0]的矩阵位置读取该位置的反电动势阀值；

监控实际反电动势步骤(V)，控制器30的控制单元32持续监控由驱动单元31反馈的实际反电动势值；

比对并控制步骤(VI)，控制器30的控制单元32比对监控的实际反电动势值及求得的反电动势阀值，当实际反电动势值小于反电动势阀值时，维持步进马达的驱动；而当实际反电动势值达反电动势阀值时，代表夹持装置10已夹持到对象，则停止继续驱动该步进马达20，使夹持装置10维持于此夹持状态。

综上，本发明实施例主要通过事先量测非失步状态时的运作参数并制成控制参数矩阵，并在控制夹持装置10夹持时实时回馈实际反电动势值、实时比对控制参数矩阵，据此而能在比对后实时依据比对结果进行监控，达到实时监控、稳定夹持参数的目的；

而由于本发明实施例是以反电动势值做为实时监控的基础，配合本发明实施例中控制参数矩阵的参考，因此本发明实施例能确实防止失步现象的发生，确保每个夹持动作保持在最佳夹持状态，提高夹持力的稳定性，并能完全避免发生工件松脱的状况发生，提高产品良率。

此外，由于本发明实施例是通过监控步进马达20运作产生的反电动势值，整个监控过程中不需独立设置扭力传感器，因此又具有结构组态简单、装配使用自由度高的优异性，当然也据此提高整体产品的附加价值。

还有，由于本发明实施例的控制参数矩阵是结合夹持状态、夹持速度以及夹持力制成的三维矩阵，如此意谓本发明实施例能在不同的夹持状态、不同的夹持速度以及不同的夹持力条件下均能得到相应的反电动势阀值，因此又显示本发明实施例的运用具有极佳的动态性，适用度高，而具有极高的经济价值；基于此，又可进一步推论，当夹持装置的控制参数不同时，控制参数矩阵的参数值是能被增减及改变的，控制参数矩阵并不限于如图3的参数才是。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种以反电动势为监控依据的夹持装置，其特征在于，包含：

夹持装置；

步进马达，连接所述夹持装置并可驱动所述夹持装置夹持或松释；

控制器，与所述步进马达电性连接，且所述控制器包含电性连接的驱动单元、控制单元、指令接收单元以及存取单元，其中：

所述驱动单元电性连接所述步进马达而能驱动所述步进马达运转并回馈所述步进马达的实际反电动势值；

所述控制单元与所述驱动单元电性连接；

所述指令接收单元与所述控制单元电性连接，且所述指令接收单元能接受对夹持装置的夹持状态、夹持速度及夹持力的控制指令；以及

所述存取单元与所述控制单元电性连接，且所述存取单元内存置控制参数矩阵，所述控制参数矩阵中的每一位置具有对应的反电动势阀值；所述控制单元能依据所述指令接收单元的控制指令控制所述步进马达运作，且所述控制单元更能以所述控制指令比对所述控制参数矩阵取得对应的反电动势阀值并实时比对所述实际反电动势值，最后依据比对结果选择控制所述步进马达。

2.根据权利要求1所述的以反电动势为监控依据的夹持装置，其中其特征在于，所述控制参数矩阵为以夹持装置的夹持状态、夹持速度及夹持力为参数制成的三维矩阵，前述夹持状态包含夹持与松释两种状态。

3.一种以反电动势为监控依据的夹持装置控制方法，其特征在于，所述控制方法包含下列步骤依序进行：

驱动步进马达步骤，控制器依照控制指令通过驱动单元驱动步进马达运转，且所述步进马达运转时产生实际反电动势值；

比对控制参数矩阵步骤，所述控制器依据所述控制指令比对存取单元中的控制参数矩阵，所述控制参数矩阵中的每一位置具有对应的反电动势阀值；

求对应反电动势阀值步骤，所述控制器比对控制指令于所述控制参数矩阵的位置以求得对应的反电动势阀值；

监控实际反电动势步骤，所述控制器持续监控实际反电动势值；

比对并控制步骤，所述控制器比对监控的实际反电动势值及求得的反电动势阀值，当实际反电动势值小于反电动势阀值时，维持步进马达的驱动；而当实际反电动势值大于或等于反电动势阀值时，停止继续驱动步进马达以维持夹持。

4.根据权利要求3所述的以反电动势为监控依据的夹持装置控制方法，其特征在于，所述控制参数矩阵为以夹持装置的夹持状态、夹持速度及夹持力为参数制成的三维矩阵，前述夹持状态包含夹持与松释两种状态。