CN108621205A - 协作型机器手臂的防夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种协作型机器手臂的防夹方法，利用阻抗检测到碰触协作人员时，紧急停止机器手臂，并由运作模式切换至力矩模式，计算阻抗的大小，检查阻抗大于预设阀值时，机器手臂自动退至回复点位，将机器手臂由力矩模式切换至重力模式，随协作人员推开机器手臂，以利防夹。

Description

协作型机器手臂的防夹方法

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及人机协作型的工业机器手臂，在检测人机碰撞或紧急停止时，自动采取防护人员安全的方法。

背景技术

机器手臂具有灵活移动、精确定位及连续性作业的特性，虽然成为产品生产线上制造组装的最佳利器。但仍有机器手臂无法取代人的工作，需要人机协同作业。而在人机协作中，确保人员在机器手臂高速运作的环境中工作安全，成为人机协作的主要课题。

为了确保人员在机器手臂环境的工作安全，例如现有技术的美国专利案US8788093，在机器手臂的端末器(End Effector)设置力检测装置，当力检测装置检测机器手臂受到的外力超过预设的阀值时，即刻停止机器手臂，虽然可减轻对协作人员的伤害。但是协作人员如果被机器手臂夹住，停止的机器手臂，仍然保持夹住协作人员的姿势，受夹的协作人员可能无法自力脱困，前述现有技术并无法确保协作人员的工作安全。

因此，另有现有技术美国专利案US20160207197，检测机器手臂碰触到协作人员时，即刻停止机器手臂，以减轻对协作人员的伤害，并继续检测碰触协作人员的时间，假如持续碰触协作人员的时间不超出预设时间，则表示协作人员已自行远离，机器手臂不再动作，否则只要机器手臂持续碰触协作人员的时间超出预设时间，为了进一步确保协作人员的安全，将再命令机器手臂往远离协作人员的方向撤离一段预设距离，以避免碰触协作人员。

然而，前述现有技术机器手臂虽然在停止后，再往远离协作人员的方向撤离一段预设距离，以确保协作人员的安全。但是先前技术机器手臂撤离的距离如果预设距离不足，仍然无法让受夹的协作人员完全脱困，而撤离的方向已脱离原作业路径，可能需要校正调整，才能回复至原作业状态。此外，协作人员在历经受夹后，极可能惊慌失措随意乱闯，现有技术机器手臂撤离的方向，也可能再次夹住协作人员，造成协作人员更严重的伤害，而无法达到确保协作人员安全的目的。因此，如何在人机协作中确保协作人员的安全，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协作型机器手臂的防夹方法，在停止机器手臂且退至回复点位后，将机器手臂由力矩模式切换为重力模式，让协作人员随意推离机器手臂脱困，以确保协作人员的安全。

本发明的另一目的在于提供一种协作型机器手臂的防夹方法，在退至回复点位后，通过检测机器手臂的阻抗，检查碰触协作人员时，切换为重力模式，检查未碰触协作人员时，切回运作模式，由回复点位继续未完行程，以快速回复至机器手臂的运作状态。

为了达到前述发明的目的，本发明协作型机器手臂的防夹方法，在运作模式时，利用阻抗检测到碰触协作人员时，紧急停止机器手臂，判断造成协作人员受夹，并由运作模式切换至力矩模式，计算阻抗的大小，检查阻抗大于预设阀值时，机器手臂自动退至回复点位，接着将机器手臂由力矩模式切换至重力模式，随协作人员推开机器手臂。在检查阻抗不大于预设阀值，判断未造成协作人员受夹，将机器手臂切回运作模式，继续未完的作业。

本发明协作型机器手臂的防夹方法，将回复点位预设在机器手臂远离受夹的位置，或预设在特定坐标的位置，或预设在反阻抗的方向远离受夹的位置，或预设在运作模式的作业路径中受夹位置的前一作业点位。

本发明另一实施例协作型机器手臂的防夹方法，在机器手臂由力矩模式切换至重力模式前，检查阻抗等于零时，机器手臂切回运作模式，沿作业路径继续未完的作业。检查阻抗不等于零时，判断协作人员仍与机器手臂维持在碰触状态中，再将机器手臂由力矩模式切换至重力模式，以利协作人员推开机器手臂防夹。

附图说明

图1为本发明机器手臂在运作模式碰触协作人员的示意图；

图2为本发明机器手臂退至回复点的示意图；

图3为本发明机器手臂切换至重力模式的示意图；

图4为本发明协作型机器手臂的防夹方法的流程图；

图5为本发明另一实施例协作型机器手臂的防夹方法的流程图。

符号说明

1 机器手臂

2 底座

3 轴臂

4 夹取装置

5 动力肘节

6 力矩感测器

7 工作台

8 协作人员

9 回复点位

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，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请参考图1所示，为本发明机器手臂在运作模式碰触协作人员的示意图。本发明的机器手臂1包含底座2、多个轴臂3及夹取装置4。其中机器手臂1的固定端为底座2，底座2利用动力肘节5连结轴臂3，多个轴臂3间同样利用动力肘节5连结，夹取装置4连结在最后的轴臂3，形成机器手臂1的活动端。每一动力肘节5中设有力矩感测器6，用以检测动力肘节5输出的力矩。机器手臂1利用控制动力肘节5，驱动轴臂3转动，以移动夹取装置4至工作台7进行作业。

当机器手臂1在设定的运作模式进行作业时，机器手臂1控制动力肘节5输出预设的力矩，驱动轴臂3转动，使夹取装置4沿着教导的作业路径移动。如果在作业路径中，机器手臂1碰触到额外的物体，例如协作人员8，碰触到的轴臂3将使驱动该轴臂3的动力肘节5产生阻抗，而阻抗的变化可由该动力肘节5中力矩感测器6检测的力矩，与预设输出的力矩产生的差异获得阻抗。

如图2所示，为本发明机器手臂退至回复点的示意图。在运作模式的作业过程中，一旦机器手臂1的力矩感测器6检测到阻抗，机器手臂1判断遭遇到碰触，将紧急停止，并由运作模式切换至力矩模式，立即计算阻抗的大小，如果阻抗不大于预设阀值，判断未造成协作人员8受夹，可能仅是协作人员8作业过程中不慎碰触机器手臂1，机器手臂1将切回运作模式，继续未完的作业。

如果阻抗大于预设阀值，判断造成协作人员8受夹，为了让协作人员8从受夹中脱困，机器手臂1将自动退至回复点位9，使机器手臂1远离夹住的位置，使协作人员8有脱困的空间。回复点位9可预先设定特定坐标的位置，或依反阻抗的方向，驱动机器手臂1远离夹住的位置。本发明将回复点位9设在作业路径中受夹位置的前一作业点位，因机器手臂1在前作业点位并未产生碰触，应为对协作人员8安全的作业点位。况且退回至前作业点位，在排除协作人员8受夹状态后，机器手臂1可由前作业点位切回运作模式，立即沿作业路径继续未完的作业。

如图3所示，为本发明机器手臂切换至重力模式的示意图。本发明机器手臂1在退至回复点位9后，虽然已离开协作人员8受夹的位置一段距离，协作人员8应可自行脱困。但因离开的距离设定不足，或因协作人员8受夹时，惊慌失措随意行动，而造成另一次受夹状态，因此退至回复点位9并无法确保协作人员8的安全。本发明机器手臂1为了确保协作人员8的安全，在退至回复点位9后，将机器手臂1由力矩模式切换至重力模式。在重力模式时，机器手臂1控制动力肘节5输出力矩，使机器手臂1与受到例如重力等负载维持平衡的状态，并让机器手臂1控制动力肘节5随外在推力的方向移动。因此本发明机器手臂1一旦切换至重力模式，就可随受夹的协作人员8脱困的潜意识，任意推开机器手臂1，重力模式的机器手臂1就会随推开的力量移动，进而确保受夹的协作人员8脱困。

如图4所示，为本发明协作型机器手臂的防夹方法的流程。本发明协作型机器手臂的防夹方法的详细步骤说明如下:在步骤S1，本发明机器手臂当在运作模式时，利用阻抗检测到碰触协作人员；步骤S2，机器手臂将紧急停止，并由运作模式切换至力矩模式；接着至步骤S3，计算阻抗的大小；步骤S4，检查阻抗是否大于预设阀值？如果检查阻抗不大于预设阀值，判断未造成协作人员受夹，则至步骤S5，将机器手臂切回运作模式，继续未完的作业。如果检查阻抗大于预设阀值，判断造成协作人员受夹，则至步骤S6，机器手臂自动退至回复点位；接着至步骤S7，本发明机器手臂由力矩模式切换至重力模式，随协作人员推开机器手臂。

因此，本发明的协作型机器手臂的防夹方法，就可在停止机器手臂且退至回复点位后，通过将机器手臂由力矩模式切换为重力模式，让协作人员随意推离机器手臂进行脱困，达到本发明确保协作人员安全的目的。

如图5所示，为本发明另一实施例协作型机器手臂的防夹方法的流程。本实施例基本架构与前实施例相同，但基于前实施例，因将机器手臂切换至重力模式后，虽可随受夹的协作人员任意推开，然而推开后机器手臂就不会维持在作业路径上，因而推开后的位置及状态尚需再行确认，因此无法由重力模式立即切回运作模式，继续未完的作业。机器手臂必须经校正调整才能切回运作模式，甚至需要重新开机启动机器手臂，才能继续未完的作业，因而延缓机器手臂的作业效率。为了避免降低作业效率，本发明在切换至重力模式前，先行检查阻抗的状态，在确认阻抗不为零时，才切换至重力模式，否则不切换至重力模式，以避免不必要切入重力模式，防止延缓机器手臂的作业。

本发明另一实施例协作型机器手臂的防夹方法的详细步骤说明如下:在步骤T1，本发明机器手臂当在运作模式时，利用阻抗检测到碰触协作人员；步骤T2，机器手臂将紧急停止，并由运作模式切换至力矩模式；接着至步骤T3，计算阻抗的大小；步骤T4，检查阻抗是否大于预设阀值？如果检查阻抗不大于预设阀值，判断未造成协作人员受夹，则至步骤T8，将机器手臂切回运作模式，继续未完的作业。

如果检查阻抗大于预设阀值，判断造成协作人员受夹，则至步骤T5，机器手臂自动退至回复点位；接着至步骤T6，再次检查阻抗是否等于零？假如阻抗不等于零时，协作人员仍与机器手臂维持在碰触状态中，则至步骤T7，本发明机器手臂由力矩模式切换至重力模式，随协作人员推开机器手臂，假如检查阻抗等于零时，则至步骤T8，机器手臂切回运作模式，沿作业路径继续未完的作业。

因此，本发明协作型机器手臂的防夹方法，在停止机器手臂且退至回复点位后，就可通过再次检测机器手臂的阻抗，检查阻抗不为零，机器手臂仍碰触协作人员时，才将机器手臂由力矩模式切换为重力模式，让协作人员能随意推离机器手臂进行脱困，而在检查阻抗为零，机器手臂未碰触协作人员时，避免不必要切换至重力模式，则将机器手臂由力矩模式切回运作模式，并可由回复点位立即继续未完行程，达到快速回复机器手臂的运作状态的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该等优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种协作型机器手臂的防夹方法，其特征在于，其步骤包含：

在运作模式时，利用阻抗检测到碰触协作人员；

紧急停止机器手臂，并由运作模式切换至力矩模式；

计算阻抗的大小；

检查阻抗大于预设阀值时，机器手臂自动退至回复点位；

机器手臂由力矩模式切换至重力模式，随协作人员推开机器手臂。

2.如权利要求1所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中检查阻抗大于预设阀值时，判断造成协作人员受夹。

3.如权利要求1所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中检查阻抗不大于预设阀值，判断未造成协作人员受夹，将机器手臂切回运作模式，继续未完的作业。

4.如权利要求1所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中该回复点位预设在机器手臂远离受夹的位置。

5.如权利要求4所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中该回复点位预设在特定坐标的位置。

6.如权利要求5所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中该回复点预设在运作模式的作业路径中受夹位置的前一作业点位。

7.如权利要求5所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中该回复点预设在反阻抗的方向远离受夹的位置。

8.如权利要求1所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中在机器手臂由力矩模式切换至重力模式前，检查阻抗等于零时，机器手臂切回运作模式，沿作业路径继续未完的作业。

9.如权利要求8所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中检查阻抗不等于零时，将机器手臂由力矩模式切换至重力模式。

10.如权利要求9所述的协作型机器手臂的防夹方法，其中检查阻抗不等于零时，判断协作人员仍与机器手臂维持在碰触状态中。