CN107745382A

CN107745382A - 机器手臂的同步控制系统

Info

Publication number: CN107745382A
Application number: CN201710910521.4A
Authority: CN
Inventors: 吴志铭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-03-02

Abstract

本发明公开了一种机器手臂的同步控制系统，包括：复数个机器手臂，该机器手臂各自包括可动的复数个关节；一控制装置，同时电连接于该些机器手臂的该些关节，该控制装置包括：一储存模组，储存有一节点表，该节点表包括复数个节点，各该机器手臂的各该关节对应到一个该节点；一处理模组，电连接于该储存模组，用于依序接收复数个讯号框。本发明解决了现有技术中存在的针对于产线中多个控制站无法实时沟通或者协作，导致在制造过程中带来不便的技术问题，以提高生产线的容错率。

Description

机器手臂的同步控制系统

技术领域

本发明属于控制系统领域，尤其涉及一种机器手臂的同步控制系统。

背景技术

目前，随着自动化技术的进步，现今自动化设备具有高效率、高准确性、高稳定性、低成本等特点，逐渐被应用在各式各样的生产线中，取代工时受限，并且逐步昂贵的人力。因此，自动化设备在产线中所占的比例愈来愈高，亦在产线中扮演著越来越重要的角色。

一般的自动化生产线中会需要应用到许多不同的自动化设备，分别用来在产线中执行不同的功能。为了符合不同的功能所需，自动化设备常会具有不同的机械上的构造，或者具有不同的控制机制。因此，为了控制不同类型的自动化设备，常需要设置专用的控制站来管理、操作特定的自动化设备。也就是说，在一条自动化生产线中，多个不同类型的自动化设备，需要对应使用多种不同类型的控制站来分别进行管理、控制以及操作的动作。

前面所提到的多种控制站的设置，当多种自动化设备需要协同对产品进行处置时，不同类型的控制站间的沟通协调，便成为相当复杂的课题，会大幅度的提高生产线整体系统的复杂度。另外，即便应用在相同类型的自动化设备，由于仍旧需要对应各自动化设备设置控制站，设置多个重复的控制站会增加成本。再者，多个控制站之间常会有无法沟通或协作困难的问题，提升了多个自动化设备在控制上的困难度，给制造带来不便。

因此，现有技术有待于改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种机器手臂的同步控制系统，旨在解决现有技术中存在的，针对于产线中多个控制站无法实时沟通或者协作，导致在制造过程中带来不便的技术问题，以提高生产线的容错率。

为了解决上述技术问题，本发明的机器手臂的同步控制系统，包括：

复数个机器手臂，该机器手臂各自包括可动的复数个关节；

一控制装置，同时电连接于该些机器手臂的该些关节，该控制装置包括：

一储存模组，储存有一节点表，该节点表包括复数个节点，各该机器手臂的各该关节对应到一个该节点；

一处理模组，电连接于该储存模组，用于依序接收复数个讯号框，各该讯号框包括复数个动作值，各该动作值对应到各该关节在一单位时间内的一动作状态，其中该处理模组用以将一个该讯号框内的该些动作值，分别对应指定到各该节点，以使该节点表中的各该节点均被指定到一个该动作值，当该节点表中的各该节点均被指定到一个该动作值后，该处理模组用以根据该节点表同步输出该些动作值至该些关节，以同步控制该些机器手臂。

优选地，该节点的数目等于该机器手臂的关节数目之和。

优选地，当该动作值为正值时，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是正动作。

优选地，当该动作值为负值时，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是逆动作。

优选地，当该动作值为零時，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是维持固定姿势。

优选地，该些机器手臂中至少一个具有不同数量的关节。

优选地，该节点在该节点表中的排列顺序，与该些动作值在该讯号框内的排列顺序相同。

优选地，该机器手臂包括一个第一机器手臂及一个第二机器手臂，在该节点表中，对应该第二机器手臂的该节点，位于对应该第一机器手臂的该节点后方，在该讯号框内，对应该第二机器手臂的该动作值，位于对应该第一机器手臂的该动作值后方。

优选地，该控制装置还包括一输出汇流排，该处理模组经由该输出汇流排同步输出该动作值至该关节。

本发明的机器手臂同步控制系统，每一个机器手臂的关节都对应到同一个节点表中的节点，使得同一个控制装置可以同步输出动作值到多个机器手臂的多个关节，达成同步控制多个机器手臂的目的。此外，因为只采用了一个控制装置，可以降低系统的复杂度同时节省成本，并且提升整体系统在使用上的便利性，提高容错率。

附图说明

图1是本发明第一实施例的同步控制系统的示意图；

图2是本发明第一实施例的储存模块的示意图；

图3是储存模组接收到的讯号框的示意图；

图4是本发明第二实施例的同步控制系统的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的同步控制系统，利用节点表来对应到多个机械手臂的多个关节，让同一个控制装置可以同步控制多个机械手臂，降低系统的复杂度，可以节省成本，并且提供便利的控制机制。

机器手臂的同步控制系统包括多个机械手臂以及一控制装置。多个机器手臂各自包括可动的多个关节，控制装置同时电连接于前述多个机器手臂的多个关节。请参照图1，是本发明第一实施例的同步控制系统的示意图。本实施例中，同步控制系统100包括一第一机器手臂110、一第二机器手臂120以及一第三机器手臂130。第一机器手臂110、第二机器手臂120及第三机器手臂130是相同类型的机器手臂，具有相同的硬体规格，相同的作动机制以及相同的讯号控制逻辑。第一机器手臂110包括可动的五个第一关节a1、a2、a3、a4、a5。第二机器手臂120包括可动的五个第二关节b1、b2、b3、b4、b5。第三机器手臂130包括可动的五个第三关节c1、c2、c3、c4、c5。

以第一机器手臂110为例，如图1所示，第一个第一关节a1 是可以在水平面上左右旋转的关节，以带动与它相连的第一机器手臂110的部件在水平面上旋转。第二个第一关节a2是可以在垂直面上转动的关节，作动的方向为向上转动或向下转动，以带动与它相连的第一机器手臂110的部件在垂直面上转动。第三个第一关节a3同样是可以在垂直面上转动的关节，作动的方向为向上转动或向下转动，以带动与它相连的第一机器手臂110的部件在垂直面上转动。第四个第一关节a4也是可以在垂直面上转动的关节，作动的方向为向上转动或向下转动，以带动与它相连的第一机器手臂110的部件在垂直面上转动。第五个第一关节a5同样也是可以在垂直面上转动的关节，用于带动第一机器手臂110最前端的夹持部进行开闔的动作，从而夹持物件。每一个第一关节a1~a5可以转动的角度可以依照实际上的需要来设计，本发明并不限制。

本实施例中，第二机器手臂120及第三机器手臂130具有与第一机器手臂110相同的关节设计，第二关节b1~b5与第一关节a1~a5相同，第三关节c1~c5与第一关节a1~a5相同，此处不再重复描述。

同步控制系统100的控制装置150同时电连接于所有的关节(包含第一关节a1~a5、第二关节b1~b5及第三关节c1~c5)，用来同时控制所有的关节。控制装置150包括一储存模组151及一处理模组152。

请参照图2，是本发明第一实施例的储存模块的示意图。储存模组151储存有一节点表B，节点表B包括多个节点P，第一机器手臂110的每个第一关节a1~a5都对应到节点表B中的一个节点P。第二机器手臂120的每个第二关节b1~b5都对应到节点表B中的一个节点P。第三机器手臂130的每个第三关节c1~c5都对应到节点表B中的一个节点P。较佳的是，节点表B中的节点P数目，等同于第一机器手臂110的第一关节a1~a5、第二机器手臂120的第二关节b1~b5以及第三机器手臂130的第三关节c1~c5数目的总和。本实施例中总共有15个关节a1~c5，节点表B中对应的具有15个节点P。

同时参照图1及图3，图3是储存模组接收到的讯号框的示意图。处理模组152电连接于储存模组151，且处理模组152是用来依序接收多个讯号框F1~Fn。每一个讯号框F1~Fn中都包括多个动作值V1~Vm。各动作值V1~Vm对应到各关节a1~c5在一单位时间内的一动作状态。处理模组152用于将一个讯号框F1~Fn内的多个动作值V1~Vm，分别对应指定到各个节点P，从而让节点表B中的各节点P均被指定到一个动作值V1~Vm。在这样的条件下，每一个讯号框F1~Fn中动作值V1~Vm的数目至少要等于节点P的数目，并且同样等于所有关节a1~c5的数目。处理模组152用于在节点表B中的各节点P均被指定到一个动作值V1~Vm后，根据节点表B同步输出多个动作值V1~Vm至第一至第三机器手臂110~130的多个关节a1~c5，从而同步控制第一至第三机器手臂110~130。

在较佳的实施例中，多个节点P在节点表B中的排列顺序，与多个动作值V1~Vm在讯号框F1~Fn内的排列顺序相同。更详尽地来说，在节点表B中，对应第二机器手臂120的第二关节b1~b5的多个节点P，位于对应第一机器手臂110的第一关节a1~a5的多个节点P后方。对应于此顺序，在讯号框F1~Fn内，对应第二机器手臂120的多个动作值V6~V10，位于对应第一机器手臂110的多个动作值V1~V5后方。在这样的情况下，本实施例中总计有15个关节a1~c5，每一个讯号框F1~Fn则对应包括15个动作值V1~V15 (m=15)。动作值V1~V5是对应到第一机器手臂110的第一关节a1~a5，动作值V6~V10对应到第二机器手臂120的第二关节b1~b5，动作值V11~V15对应到第三机器手臂130的第三关节c1~c5。

另外一方面，关于动作值V1~Vm的内容，动作值V1~Vm可以是正值、负值或零。动作值V1~Vm的大小表示各个关节需要移动的角度或距离。以第一个讯号框F1为例，讯号框F1内的动作值V1~V15可以例如以下式表示：

F1 (+2,-2,0,-3,-5,0,0,0,-2,+2,+3,+5,+6,-6,0)

当动作值V1~Vm为正值时，对应的关节a1~c5在单位时间内的动作状态是正动作。以图1中的第一机器手臂110为例，假定第一关节a1向右方旋转为正动作，向左方旋转为逆动作。在动作值V1为正值(例如上式中所示为+2)的情况下，第一关节a1会带动与它连接的第一机器手臂110的部件向右方转动2个单位角度(或单位位移量)。在不同的实施例中，当动作值V1为负值时(例如为-2时)，对应的关节a1在单位时间内的动作状态是逆动作，也就是向左旋转2个单位角度(或单位位移量)。在又一实施例中，当动作值V1为零时，对应的关节a1在单位时间内的动作状态是维持固定姿势，也就是在单位时间内不产生转动及任何的位移。

本发明的实施例中，其餘所有的关节a2~c5同样都是以相同的逻辑，利用动作值V2~V15来进行操作。这方面的内容不再重复叙述。

另外，本发明的实施例中，并不对讯号框F1~Fn的数目以及单位时间的长短进行限制，可以依照实际系统的需要进行调整。在一种实施例中，每一个单位时间为0.2秒，讯号框F1~Fn总计共有5个(n=5)。处理模组152依序接收并输出五个讯号框的动作值V1~Vm后，相当于可以控制各机器手臂110~130长达1秒的动作。经由调整单位时间的长短以及讯号框F1~Fn的数目，同步控制系统100可以达到多个机器手臂110~130执行动作的速度快慢及时间长短。

请继续参照图1，控制装置150还包括一输出汇流排153，处理模组152经由输出汇流排153同步输出多个动作值V1~Vm至多个机器手臂110~130的多个关节a1~c5。也就是每一个机器手臂110~130的每一个关节a1~c5，同时经由输出汇流排153电连接到控制装置150，以準备接收动作值V1~Vm。此外，本实施例的控制装置150更包括一输入模组154，用于接收来自控制装置150外部的讯号输入。例如可以连接到网路装置，以从远端接收多个讯号框F1~Fn，进行多个机器手臂110~130的控制及操作。实际应用上，控制装置150可以是一台桌上型个人电脑，或者是一台笔记本型个人电脑，不需要特用的控制站，可以省去购买特用控制站的成本，并降低整个同步控制系统100的复杂度。

前述依照本发明一实施例的同步控制系统100，利用将一个讯号框F1~Fn内的多个动作值V1~Vm指定到各节点P的方式，让控制装置150可以根据节点表B输出动作值V1~Vm到多个机器手臂110~130，达到同步控制多个机器手臂110~130的目的。

在图1的实施例中，同步控制系统100中多个机器手臂110~130是相同型式，并且具有相同数量的关节a1~a5、b1~b5、c1~c5。然而本发明并不以此为限制。在不同的实施例中，多个机器手臂中至少有一个具有不同数量的关节数目。

请参照图4，是依照本发明第二实施例中同步控制系统的示意图。本实施例中，同步控制系统200包括一第一机器手臂210、一第二机器手臂220以及一第三机器手臂230。第一机器手臂210、第二机器手臂220及第三机器手臂230三者是类型均不相同的机器手臂，具有不同的硬体规格，不同的作动机制，但是仍然具有相同的讯号控制逻辑。第一机器手臂210包括可动的五个第一关节a1、a2、a3、a4、a5。第二机器手臂220包括可动的三个第二关节b1、b2、b3。第三机器手臂330包括可动的两个第三关节c1、c2。

第一机器手臂210与前述图1中的第一机器手臂110相同，第二机器手臂220与前述图1中第二机器手臂120部分相同。第三机器手臂包括两个都是在水平面上左右旋转的关节c1、c2，以带动与它相连的部件在水平面上旋转。

同步控制系统200包括一控制装置250，同时电连接于所有的关节(包含第一关节a1~a5、第二关节b1~b3及第三关节c1~c2)，用来同时控制所有的关节a1~c2。控制装置250包括一储存模组251及一处理模组252。

储存模组251储存有一节点表，节点表包括多个节点，第一到第三机器手臂110~130的每个第一关节a1~c2都对应到节点表中的一个节点。本实施例中，节点表中节点数目较佳的等于所有关节a1~c2数目的总和。也就是说，本实施例中总共有10个关节a1~c2，节点表中对应的具有10个节点。然而在不同的实施例中，节点表中节点的数目可以大于所有关节a1~c2的数目总和，让节点表中有多餘的节点作为备用，以供同步控制系统200日后可以连接其他机器手臂，或是让输出汇流排253可以连接到其他关节。如此一来可以提升同步控制系统200未来升级或变更的弹性。

本实施例中，处理模组252是用来依序接收多个讯号框，讯号框包括多个动作值。各动作值对应到各关节a1~c2在一单位时间内的一动作状态。此部分技术内容与前述依照图1的同步控制系统100相同，此处不再重复叙述。控制装置250更包括一输入模组254，用于接收讯号框的输入，使用者可以直接在控制装置250本地端输入动作值，不需要通过网路，可以即时即地对机器手臂210~230进行操作及控制。

上述依照本发明实施例的机器手臂之同步控制系统，控制装置同时连接到所有机器手臂的关节，同时利用一个节点表中的多个节点去对应各个关节，从而可以同步输出动作值到各关节，达到同步控制多个机器手臂的目的。利用同一个控制装置来同步控制所有的机器手臂，不需要对应不同形式的机器手臂设置不同的控制装置，可以降低系统的复杂度，可以节省成本，同时提供一致性的控制机制，提升整体系统在使用上的便利性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种机器手臂的同步控制系统，其特征在于，包括：

复数个机器手臂，该机器手臂各自包括可动的复数个关节；

2.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，该节点的数目等于该机器手臂的关节数目之和。

3.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，当该动作值为正值时，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是正动作。

4.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，当该动作值为负值时，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是逆动作。

5.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，当该动作值为零時，对应的该关节在该单位时间内的动作状态是维持固定姿势。

6.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，该些机器手臂中至少一个具有不同数量的关节。

7.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，该节点在该节点表中的排列顺序，与该些动作值在该讯号框内的排列顺序相同。

8.如权利要求7所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，该机器手臂包括一个第一机器手臂及一个第二机器手臂，在该节点表中，对应该第二机器手臂的该节点，位于对应该第一机器手臂的该节点后方，在该讯号框内，对应该第二机器手臂的该动作值，位于对应该第一机器手臂的该动作值后方。

9.如权利要求1所述机器手臂的同步控制系统，其特征在于，该控制装置还包括一输出汇流排，该处理模组经由该输出汇流排同步输出该动作值至该关节。