CN107677477B - 马达及减速装置的损坏侦测系统及损坏侦测方法 - Google Patents

Abstract

一种马达及减速装置的损坏侦测系统，包括第一侦测模块、第二侦测模块以及运算模块。第一侦测模块包括第一伴随转动组件及第一感测组件，第一伴随转动组件设置于马达转动轴，在第一伴随转动组件转动过程中以第一感测组件感测并产生第一侦测讯号。第二侦测模块包括第二伴随转动组件及第二感测组件，第二伴随转动组件设置于减速装置转动轴的表面，在第二伴随转动组件转动过程中以第二感测组件感测并产生第二侦测讯号。运算模块根据第一侦测讯号及第二侦测讯号产生侦测转速比，当侦测转速比与预设转速比不相等时，运算模块发送损坏通知讯号。本发明节省了损坏排除时间，同时避免了由于额外的检测工作而造成的产能严重损失。

Description

马达及减速装置的损坏侦测系统及损坏侦测方法

技术领域

本发明涉及一种用于马达及减速装置的损坏侦测系统及损坏侦测方法。

背景技术

机器人的应用相当广泛，举凡工业生产、医疗手术、环境探测等不同领域皆可通过机器人的协助以提高产能或效率。机器人的机械手臂可模仿人类手臂功能并完成各种作业，其中最不可或缺的致动组件为马达和对应的减速装置。马达提供机械手臂动力来源，减速装置则用于因应不同的应用场景将高转速马达的动力来源转换为精细的三轴方向移动，而马达驱动减速装置内的齿轮组后更能够增大扭矩，让机械手臂产生极大的力量。

以机器人常用的直流马达而言，直流马达驱动减速装置的齿轮组，齿轮组中具有各种大小的齿轮去传动，然后通过减速装置的转动轴将动力输出到外面的结构，例如手臂关节、手指关节或脖子转轴等。然而，当机器人的这些可动部位发生异常时，目前却没有一个可以快速且准确判断损坏部位是马达或是减速装置的机制，只能通过现场工程师将损坏部位的机械逐一拆解后分别测试，徒增不必要的损坏排除时间。而若是实际现场生产线的机械手臂发生损坏，额外的检测工作将造成产能严重损失。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种马达及减速装置的损坏侦测系统及损坏侦测方法。

为达到上述目的，本发明于结构层面采用的技术方案是：

一种马达及减速装置的损坏侦测系统，适用于通过一传动轴连接的一马达及一减速装置，其中该马达具有一第一转动轴，该减速装置具有一第二转动轴，所述的马达及减速装置的损坏侦测装置包括：

一第一侦测模块，包括一第一伴随转动组件及一第一感测组件，该第一伴随转动组件设置于该第一转动轴，该第一感测组件感测在该第一伴随转动组件转动过程中所产生的物理变化量并据以产生一第一侦测讯号；

一第二侦测模块，包括一第二伴随转动组件及一第二感测组件，该第二伴随转动组件设置于该第二转动轴的表面，该第二感测组件感测在该第二伴随转动组件转动过程所产生的物理变化量并据以产生一第二侦测讯号；以及

一运算模块，电性连接至该第一侦测模块及该第二侦测模块，该运算模块接收该第一侦测讯号及该第二侦测讯号并据以产生一侦测转速比例数值，该运算模块更包括一预设转速比例数值，当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述第一伴随转动组件为磁性转盘，所述第一感测组件为霍尔效应传感器，所述第一侦测讯号为电压变化量。

2．上述方案中，所述第二伴随转动组件为反光贴纸，所述第二感测组件为光电传感器。

3．上述方案中，所述运算模块更包括根据所述第一侦测讯号产生一第一侦测转速，该预设转速比例数值中更包括一第一预设转速，当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等且当该第一预设转速及该第一侦测转速不相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号，并指示为马达损坏；当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等且当该第一预设转速及该第一侦测转速相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号，并指示为减速装置损坏。

为达到上述目的，本发明于方法层面采用的技术方案是：

一种马达及减速装置的损坏侦测方法，适用于所述损坏侦测系统，所述的损坏侦测方法包括：

以所述运算模块接收所述预设转速比例数值；

以所述第一侦测模块感测所述第一转动轴转动过程中产生的物理变化量并据以产生所述第一侦测讯号；

以所述第二侦测模块感测所述第二转动轴转动过程中产生的物理变化量并据以产生所述第二侦测讯号；

以运算模块接收所述第一侦测讯号及所述第二侦测讯号并据以产生所述侦测转速比例数值；以及

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等时，以所述运算模块发送所述损坏通知讯号。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，其中更包括：

以所述运算模块接收所述第一预设转速；

以所述运算模块接收所述第一侦测讯号并据以产生所述第一侦测转速；

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等且当所述第一预设转速及所述第一侦测转速不相等时，所述运算模块发送所述损坏通知讯号，并指示为马达损坏；以及

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等且当所述第一预设转速及所述第一侦测转速相等时，所述运算模块发送所述损坏通知讯号，并指示为减速装置损坏。

本发明的工作原理及优点如下：

相比现有技术而言，本发明通过分别安装于马达和减速装置上的两个检测模块测得两个转速，求得其转速比值后与减速装置预期的转速比值互相比对，借此在马达或减速装置其中任一者损坏时实时反馈。进一步地，根据马达在供应指定电压时预期的正常转速与检测转速比对，以确认损坏部位是马达或是减速装置。因此节省了损坏排除时间，同时避免了由于额外的检测工作而造成的产能严重损失。

附图说明

附图1A为依据本发明一实施例所绘示的马达及减速装置损坏侦测系统功能方块图；

附图1B为依据本发明另一实施例所绘示的马达及减速装置损坏侦测系统功能方块图；

附图2为依据本发明一实施例所绘示的磁性转盘正面示意图；

附图3A为依据本发明一实施例所绘示的马达及减速装置损坏侦测方法流程图；

附图3B为依据本发明另一实施例所绘示的马达及减速装置损坏侦测方法流程图。

以上附图中：1．损坏侦测系统；10．马达；12．第一转动轴；20．传动轴；30．减速装置；32．第二转动轴；50．第一侦测模块；52．第一伴随转动组件；54．第一感测组件；60．第二侦测模块；62．第二伴随转动组件；64．第二感测组件；70．运算模块；S31~S37．步骤；S41~S49．步骤。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：请参考图1A。本发明所揭露的马达及减速装置损坏侦测系统1应用于马达10与减速装置30上，其中马达通过传动轴20带动减速装置30转动。马达10具有第一转动轴12，减速装置30具有第二转动轴32。在本发明一实施例中，所揭露的损坏侦测系统1包括：第一侦测模块50、第二侦测模块60以及运算模块70。

第一转动轴12与传动轴20为马达10所驱动，具有相同的第一转速。在下文述及的实施例中，所指的马达10为直流马达，然而本发明所揭露的损坏侦测系统1亦可应用于未含转速传感器的交流马达、脉冲马达、步进马达或伺服马达上。马达10通过传动轴20以第一转速输入减速装置30，经过减速装置30降低转速后以第二转速输出至所欲致动的组件，例如机械手臂的关节。减速装置30或称为减速机（Decelerator），于下文述及的实施例中，所指的减速装置30为齿轮减速机（Gear Reducer），然而本发明所揭露的损坏侦测系统1亦可应用于蜗杆减速机（Worm Wheel Reducer）、摆线针轮减速机（Cycloid Reducer）或谐波齿轮减速机（Harmonic Drive）等其他类型的减速装置30。综上所述，本发明所揭露的损坏侦测系统1并不限定马达10或减速装置30内部的构造。

第一侦测模块50包括第一伴随转动组件52及第一感测组件54。第一伴随转动组件52连接于第一转动轴12，跟随第一转动轴12同步转动。请一并参考图1A及图2，在本发明一实施例中，第一伴随转动组件52为磁性转盘，磁性转盘由多个永久磁铁组成一圆盘状结构，其正面如图2所示。磁性转盘设置在第一转动轴12上并被马达10带动旋转，旋转时将改变磁性转盘周围的磁场。第一感测组件54为霍尔效应传感器（Hall effect sensor），或称霍尔组件。霍尔组件被设置于接近但不接触磁性转盘的位置，如图1的第一感测组件54的位置所示。当马达10启动时，连接于第一转动轴12的磁性转盘便随之转动，霍尔组件可在每一个永久磁铁经过时产生一个相应的电压变化，本发明一实施例中所述的第一侦测讯号即指此电压变化。另外，必须注意的是，本实施例并不限制磁性转盘上永久磁铁的个数，但凡可因为转动让霍尔效应传感器测得磁场变化的磁性转盘皆可视为本发明所揭露的第一伴随转动组件52。

第二侦测模块60包括第二伴随转动组件62及第二感测组件64。第二伴随转动组件62设置于第二转动轴32的表面，在第二转动轴32转动时作圆周运动。请参考图1A，在本发明一实施例中，第二伴随转动组件62为反光贴纸，黏贴于第二转动轴32的表面。第二感测组件64为光电传感器，光电传感器包括投光器、受光器及检测电路。投光器对准目标持续发射光束，光束一般源自半导体光源如发光二极管（LED）。受光器由光电二极管和光学组件如透镜或光圈组成。检测电路则可在受光器接收到光线时产生电子讯号。光电传感器被固定于接近但不接触反光贴纸的位置，如图1A的第二感测组件64的位置所示。当减速装置30启动时，黏贴于第二转动轴32表面的反光贴纸将以一固定频率反射投光器投射的光线；换言之，当反光贴纸正好绕行到光电传感器投光/受光范围时，光电传感器的受光器将接收到反光贴纸反射的光线，然后检测电路针对此现象产生一个相应的电子讯号，本发明一实施例中所述的第二侦测讯号即指此电子讯号。值得注意的是，在本发明的一实施例中，通过磁盘及霍尔组件侦测马达10转速，并通过反光贴纸及光电传感器侦测减速装置30转速。然而，实际上亦可根据需求而改为通过磁盘及霍尔组件侦测减速装置30转速，并通过反光贴纸及光电传感器侦测马达10转速。换言之，本发明并不限制「第一侦测模块50」及「第二侦测模块60」的感应结构。

运算模块70电性连接至第一侦测模块50及第二侦测模块60以接收第一侦测讯号和第二侦测讯号。在本发明一实施例中，运算模块70为微处理器（Microprocessor），装设于一组装印刷电路板（Printed Circuit Board Assembly，PCBA）上，如图1所示。运算模块70根据单位时间内第一侦测讯号的电压变化次数可换算出第一转动轴12的第一侦测转速。同理，运算模块70根据单位时间内第二侦测讯号的反光感应次数可换算出第二转动轴32的第二侦测转速。运算模块70进一步计算第一侦测转速与第二侦测转速两者的比例，得到一侦测转速比例数值。一般而言，在选定减速装置30之后，减速装置30的减速比可从其规格说明书中得知，因此，此减速比即可作为一预设转速比例数值输出至运算模块70中作为比对之用。当预设转速比例数值与侦测转速比例数值两者不相等时，运算模块70发送一损坏讯号，实时通知维修人员目前有马达10或减速装置30损坏。

另外，在选定马达10之后，使用者亦可从马达10的规格说明书中得知在输入额定电压（Rated Voltage）时，马达10的额定负载转速（Rated Load Speed）。实际上，此额定负载转速通常以每分钟转速（Revolutions Per Minute，RPM）表示。此额定负载转速可作为第一预设转速，和减速装置30减速比等作为预设参数输入至运算模块70中作为比对之用。当运算模块70比对预设转速比例数值与侦测转速比例数值后判断有损坏状况发生时，运算模块70进一步比对第一侦测转速与马达10的第一预设转速，若两者不相等，则可判断为损坏部位为马达10；换言之，若第一侦测转速与第一预设转速两者相等，则可判断损坏部位为减速装置30。运算模块70进一步发送指示损坏部位的损坏讯号，以便实时通知维修人员针对损坏部位进行后续处理。

请参考图1B。第一侦测模块50中的第一伴随转动组件52除了可装设于马达10的第一转动轴12外，亦可装设于传动轴20上。此外，运算模块70所装设的组装印刷电路板亦可配合机构设计，而在电路板上增设孔洞，使传动轴20贯穿而不影响传动轴20的旋转。

请参考图3A，其为绘示本发明所揭露的马达及减速装置损坏侦测方法在一实施例中的流程图。如步骤S31所示，在马达10及减速装置30运作前，根据减速装置30的规格说明书所述的减速比输入至运算装置70中作为预设转速比例数值。在马达10及减速装置30转动过程中，如步骤S32所示，由第一侦测模块50感测马达10转动以产生第一感测讯号。同样地，第二侦测模块60感测减速装置30转动以产生第二感测讯号。在两个感测讯号皆产生之后，如步骤S33及步骤S34所示，运算模块70接收前述两个感测讯号并分别计算得到第一侦测转速及第二侦测转速。得到两个转速之后，如步骤S35所示，运算模块70可进一步计算得到侦测转速比例数值。然后如步骤S36所示，运算模块70比较此侦测转速比例数值与预设转速比例数值，若两者相同，代表目前马达10及减速装置30皆正常运作，则回到步骤S32继续侦测转速。反之，若预设转速比例数值不等于侦测转速比例数值，则代表马达10或减速装置30其中至少一者发生损坏，使得侦测转速比例数值不符预期，因此如步骤S37所示，运算模块70发送损坏通知讯号。

请参考图3B，其为绘示本发明所揭露的马达及减速装置损坏侦测方法在另一实施例中的流程图。需补充说明的是，在步骤S41中，预先输入至运算模块70的预设转速比例数值，更包括将马达规格说明书中所述的马达额定负载转速作为第一预设转速输入至运算模块70。步骤S42~步骤S46与前述实施例基本相同。在步骤S46，当确认马达10或减速装置30其中至少一者损坏后，为进一步确认损坏装置为何者，因此如步骤S47所示，运算模块70比较第一侦测转速与第一预设转速。若两者不相等，代表马达10损坏使得输出转速不如预期，因此如步骤S48所示，运算模块70发送指示为马达10损坏的损坏通知讯号。反过来说，如果第一侦测转速与第一预设转速两者相等，代表马达10的转速如预期输出，损坏部位应为减速装置30，因此如步骤S49所示，运算模块70发送指示为减速装置30损坏的损坏通知讯号。

综合以上所述，本发明所揭露的马达及减速装置的损坏侦测系统1及损坏侦测方法，配置第一侦测模块50和第二侦测模块60分别量测马达10及减速装置30的转速，通过运算模块70计算侦测转速比例数值之后，与减速装置30的预设转速比例数值作比对，因而可以实时反应马达10或减速装置30的运作状况；另外更通过马达10第一预设转速和第一侦测转速的比对，进一步地实时确认损坏部件为何，因此减少了维修过程中额外花费在寻找损坏部件的时间成本与人力成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种马达及减速装置的损坏侦测系统，适用于通过一传动轴连接的一马达及一减速装置，其中该马达具有一第一转动轴，该减速装置具有一第二转动轴，其特征在于：所述的马达及减速装置的损坏侦测装置包括：

一第一侦测模块，包括一第一伴随转动组件及一第一感测组件，该第一伴随转动组件设置于该第一转动轴，该第一感测组件感测在该第一伴随转动组件转动过程中所产生的物理变化量并据以产生一第一侦测讯号；

一第二侦测模块，包括一第二伴随转动组件及一第二感测组件，该第二伴随转动组件设置于该第二转动轴的表面，该第二感测组件感测在该第二伴随转动组件转动过程所产生的物理变化量并据以产生一第二侦测讯号；以及

一运算模块，电性连接至该第一侦测模块及该第二侦测模块，该运算模块接收该第一侦测讯号及该第二侦测讯号并据以产生一侦测转速比例数值，该运算模块更包括一预设转速比例数值，当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号；

所述运算模块更包括根据所述第一侦测讯号产生一第一侦测转速，该预设转速比例数值中更包括一第一预设转速，当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等且当该第一预设转速及该第一侦测转速不相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号，并指示为马达损坏；当该预设转速比例数值及该侦测转速比例数值两者不相等且当该第一预设转速及该第一侦测转速相等时，该运算模块发送一损坏通知讯号，并指示为减速装置损坏；

其中所述第一预设转速为所述马达的额定负载转速。

2.根据权利要求1所述的损坏侦测系统，其特征在于：所述第一伴随转动组件为磁性转盘，所述第一感测组件为霍尔效应传感器，所述第一侦测讯号为电压变化量。

3.根据权利要求1所述的损坏侦测系统，其特征在于：所述第二伴随转动组件为反光贴纸，所述第二感测组件为光电传感器。

4.一种马达及减速装置的损坏侦测方法，其特征在于：适用于权利要求1所述损坏侦测系统，所述的损坏侦测方法包括：

以所述运算模块接收所述预设转速比例数值；

以所述第一侦测模块感测所述第一转动轴转动过程中产生的物理变化量并据以产生所述第一侦测讯号；

以所述第二侦测模块感测所述第二转动轴转动过程中产生的物理变化量并据以产生所述第二侦测讯号；

以运算模块接收所述第一侦测讯号及所述第二侦测讯号并据以产生所述侦测转速比例数值；以及

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等时，以所述运算模块发送所述损坏通知讯号；

其中更包括：

以所述运算模块接收所述第一预设转速；

以所述运算模块接收所述第一侦测讯号并据以产生所述第一侦测转速；

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等且当所述第一预设转速及所述第一侦测转速不相等时，所述运算模块发送所述损坏通知讯号，并指示为马达损坏；以及

当所述预设转速比例数值及所述侦测转速比例数值两者不相等且当所述第一预设转速及所述第一侦测转速相等时，所述运算模块发送所述损坏通知讯号，并指示为减速装置损坏。

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