CN106976083A - 机器手臂解除剎车的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器手臂解除剎车的方法，取得驱动模块的重力角度，并由马达的编码器侦测获得驱动模块的转动角度，比对重力角度及转动角度，由比对结果，判断剎车装置的负载方向，控制马达以相反负载方向输出预设的力矩，进行控制驱动模块的电磁阀缩回挡销，以解除剎车。

Description

机器手臂解除剎车的方法

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及机器手臂从剎车停止转动中，解除剎车让机器手臂移动的方法。

背景技术

工厂自动化利用机器手臂自动抓取工件，不断来回移动进行组装制造，以提高生产的效率。而来回移动的机器手臂，除了需要驱动模块提供动力外，尚需依赖稳定可靠的剎车，才能将机器手臂停止在预定的位置，以进行精确的作业。

请参考图1，为现有技术美国专利US8410732的机器手臂的驱动模块10。现有技术的驱动模块10，利用马达11驱动转轴12转动，经由减速装置13减速后，输出动力移动机器手臂。驱动模块10中设置剎车装置，剎车装置将棘轮14固定在转轴12上，并在棘轮14周边设置电磁阀15，电磁阀15通过伸缩的挡销16离合棘轮14，阻挡或释放棘轮14转动。驱动模块10另在转轴12的一端固定编码器(Encoder)17，侦测马达11的转动角度，作为监视及控制马达11转动的反馈信号。

当机器手臂需要移动时，控制电磁阀15缩回挡销16释放棘轮14，再以信号控制马达11驱动转轴12转动，并由编码器17监视马达11是否依照信号需要的角度转动。当机器手臂需要停止时，驱动模块10进行剎车作业，启动电磁阀15伸长挡销16阻挡棘轮14转动，产生剎车力矩，抵抗机器手臂本身及乘载工件所形成负载的惯性力，以停止棘轮14固定的转轴12转动，进而阻止机器手臂移动，再由编码器17监视马达11是否依照信号停止在需要的角度。

然而，当电磁阀15的挡销16停止机器手臂转动后，机器手臂的负载，将经由棘轮14作用在电磁阀15伸长的挡销16上，如乘载工件过大，负载将使棘轮14与挡销16间形成较大的摩擦力。当机器手臂需要再移动时，控制电磁阀15缩回挡销16的力量，不足以克服棘轮14与挡销16间的摩擦力时，挡销16被棘轮14卡阻，电磁阀15将无法顺利缩回挡销16释放棘轮14，因而导致驱动模块10无法解除剎车。如在无法解除剎车下，一旦驱动模块10使用更大力量或转动角度驱动马达11转动时，将造成挡销16或棘轮14弯曲变形，不仅影响机器手臂定位的精确性，甚至造成机器手臂毁损。因此，机器手臂在解除剎车的方法上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器手臂解除剎车的方法，通过机器手臂的重力感测器取得重力方向，及利用驱动模块的转动角度获得负载方向，再以反向预设的力矩转动马达，以解除剎车。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂解除剎车的方法，取得驱动模块的重力角度，并由马达的编码器侦测获得驱动模块的转动角度，比对重力角度及转动角度，由比对结果，判断剎车装置的负载方向，控制马达以相反负载方向输出预设的力矩，进行控制驱动模块的电磁阀缩回挡销，以解除剎车。

本发明由设在驱动模块的控制电路板的重力感测器，侦测重力方向，再由驱动模块根据转动基准决定重力方向相对驱动模块的重力角度。将重力角度减去转动角度，比对重力角度及转动角度的正负结果。比对结果为正，判断机器手臂的负载以顺时针方向作用在剎车装置，比对结果为负，判断机器手臂的负载以逆时针方向作用在剎车装置。

附图说明

图1为现有技术机器手臂的驱动模块的侧剖视图；

图2为本发明机器手臂承受负载的示意图；

图3为本发明机器手臂的驱动模块的侧剖视图；

图4为本发明机器手臂在顺时针方向的负载作用的示意图；

图5为本发明机器手臂在逆时针方向的负载作用的示意图；

图6为本发明机器手臂解除剎车的方法的流程图。

符号说明

20 机器手臂

21 第一驱动模块

22 第一支撑臂

23 第二驱动模块

24 第二支撑臂

25 端末部

26 夹爪

27 工件

30 驱动模块

31 马达

32 转轴

33 减速装置

34 控制电路板

35 重力感测器

36 剎车装置

37 棘轮

38 电磁阀

39 挡销

40 弹簧

41 编码器

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举较佳实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参阅图2、图3、图4及图5，图2为本发明机器手臂承受负载的示意图，图3为本发明机器手臂的驱动模块的侧剖视图，图4为本发明机器手臂在顺时针方向的负载作用的示意图，图5为本发明机器手臂在逆时针方向的负载作用的示意图。本发明为包含至少一轴的机器手臂20，图2中，本实施例以多轴的机器手臂20为例说明。机器手臂20利用第一驱动模块21驱动第一支撑臂22的一端转动角度α，第一支撑臂22的另一端固定第二驱动模块23，第二驱动模块23以第一支撑臂22为转动基准，驱动第二支撑臂24的一端转动角度θ1。让第二支撑臂24另一端的端末部25，驱动夹爪26夹取工件27。

本发明第一驱动模块21与第二驱动模块23使用相同的驱动模块30。图3中，驱动模块30利用马达31驱动转轴32转动，经由减速装置33减速后，输出动力移动机器手臂20。驱动模块30另在控制电路板34上，设置重力感测器35，用以侦测驱动模块30所在位置的重力的方向。驱动模块30并设置剎车装置36，剎车装置36将棘轮37固定在转轴32上。图3中，棘轮37径向伸出转轴32的圆周，并在棘轮37周边设置电磁阀38，电磁阀38具有伸缩的挡销39，挡销39受电磁阀38的磁力作用，电磁阀38关状态(OFF)时，弹簧40顶出挡销39进入棘轮37的转动路径，开状态(ON)时压挤弹簧40，缩回挡销39脱离棘轮37的转动路径。驱动模块30另在转轴32的一端固定编码器41，侦测及记录马达31的转动角度。

当机器手臂20剎车时，控制电磁阀38关状态(OFF)，由弹簧40顶出挡销39，使挡销39进入棘轮37的转动路径阻挡棘轮37移动，产生剎车力矩，抵抗机器手臂20负载产生的惯性力，停止棘轮37固定的转轴32转动，进而阻止机器手臂20移动。而剎车装置36停止机器手臂20转动后，机器手臂20的负载，经由棘轮37作用在电磁阀38伸长的挡销39上。当机器手臂需要再移动前，必须先解除剎车，克服棘轮37卡阻挡销39的摩擦力，控制电磁阀38开状态(ON)，缩回挡销39，让挡销39脱离棘轮37的转动路径，不会卡阻棘轮37转动，才能控制驱动模块30自由转动转轴32输出动力。

以第二驱动模块23解除剎车为例，由于机器手臂20经由各马达的编码器41记录第一驱动模块21与第二驱动模块23的转动角度，机器手臂20各部分相对的位置关系为已知。因此，图2中，本发明利用机器手臂20在剎车时纪录的各马达的转动角度，即第一驱动模块21驱动第一支撑臂22的一端转动角度α，第二驱动模块23驱动第二支撑臂24的转动角度θ1。由于第二驱动模块23已受第一支撑臂22转动角度α，无法仅凭转动角度θ1判断与重力方向V的关系。因此第二驱动模块23需借助设于其控制电路板34的重力感测器35，侦测第二驱动模块23的重力方向V，并根据第二驱动模块23的转动基准的第一支撑臂22，决定重力方向V相对在第二驱动模块23的重力角度θ。

再利用前述第二驱动模块23转动第二支撑臂24的转动角度θ1与重力方向V的重力角度θ，比对重力角度θ减去转动角度θ1的结果，由于第二支撑臂24的转动角度θ1不大于重力角度θ，所以θ-θ1≧0，比对结果为正，就可判断第二支撑臂24位于重力方向V伸展转动角度的一边。如图4中，机器手臂20的负载L，藉棘轮37以顺时针方向作用在挡销39。因此，第二驱动模块23需利用预设的力矩T，以相反负载L的方向驱动马达31转动棘轮37，就可抵销在挡销39的负载L作用力，使棘轮37对挡销39的摩擦力减少或消失，电磁阀38就可顺利缩回挡销39，成功解除剎车。

同理，在第二驱动模块23受第一支撑臂22转动角度α的状态未变下，当第二驱动模块23驱动第二支撑臂24转动角度θ2，如图2中虚线所示的第二支撑臂24’。第二驱动模块23的重力感测器35，侦测重力方向V相对仍在第二驱动模块23的重力角度θ。比对重力角度θ减去转动角度θ2的结果，由于第二支撑臂24的转动角度θ1大于重力角度θ，所以θ-θ1<0，比对结果为负，就可判断第二支撑臂24’位于重力方向V收缩转动角度的一边。如图5中，机器手臂20的负载L，藉棘轮37由逆时针方向作用在挡销39。只要第二驱动模块23利用预设的力矩T，以相反向负载L的方向驱动马达31转动棘轮37，同样可抵销作用在挡销39的负载L，使棘轮37对挡销39的摩擦力减少或消失，电磁阀38也可顺利缩回挡销39，解除剎车。前述本发明虽以第二驱动模块23举例说明解除剎车，但包含且不限于第二驱动模块23，同样也可在各驱动模块推知承受的负载方向，据以解除剎车。

如图6所示，为本发明机器手臂解除剎车的方法的流程图。本发明机器手臂解除剎车的方法的详细步骤说明如下:步骤S1，开始进行解除剎车；在步骤S2，由重力感测器取得重力方向，决定重力方向相对驱动模块的重力角度；步骤S3，获得驱动模块的转动角度；步骤S4，比对重力角度及转动角度，即由重力角度减去转动角度获得正负的比对结果；步骤S5，由比对结果，判断剎车装置的负载方向；步骤S6，控制马达以相反负载方向输出预设的力矩；步骤S6进行解除剎车，即控制电磁阀顺利缩回挡销；最后进入步骤S8，结束解除剎车作业。

因此，本发明机器手臂解除剎车的方法，就可通过机器手臂的重力感测器取得重力方向，并决定重力方向相对驱动模块的重力角度，利用编码器取得驱动模块的转动角度，计算重力角度减去转动角度的比对结果，判断剎车装置承受的负载方向，再以反向预设的力矩转动马达，抵销挡销的负载，让电磁阀顺利缩回挡销，达到成功解除剎车的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该多个较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，于不脱离本发明的精神下，皆属本发明权利要求的范围。

Claims (8)

1.一种机器手臂解除剎车的方法，其步骤包含：

取得驱动模块的重力角度；

获得驱动模块的转动角度；

比对重力角度及转动角度；

由比对结果，判断剎车装置的负载方向；

控制马达以相反负载方向输出预设的力矩；

进行解除剎车。

2.如权利要求1所述的机器手臂解除剎车的方法，其中该驱动模块根据转动基准决定重力方向相对驱动模块的重力角度。

3.如权利要求2所述的机器手臂解除剎车的方法，其中该重力方向由设在驱动模块的控制电路板的重力感测器侦测取得。

4.如权利要求1所述的机器手臂解除剎车的方法，其中该驱动模块的转动角度由马达的编码器侦测取得。

5.如权利要求1所述的机器手臂解除剎车的方法，其中解除剎车是控制驱动模块的电磁阀缩回挡销。

6.如权利要求1所述的机器手臂解除剎车的方法，其中该比对结果由重力角度减去转动角度获得正负结果。

7.如权利要求6所述的机器手臂解除剎车的方法，其中比对结果为正，判断机器手臂的负载以顺时针方向作用在剎车装置。

8.如权利要求6所述的机器手臂解除剎车的方法，其中比对结果为负，判断机器手臂的负载以逆时针方向作用在剎车装置。