CN109514527B - 机器手臂的教导系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器手臂的教导系统及方法，在教导工具上设置灯号，通过按压教导工具的按钮切换不同灯号，由臂上相机拍摄，传输拍摄的影像至控制装置，经辨识灯号，根据辨识的灯号，控制机器手臂进行相对应的教导作业，以简化教导系统。

Description

机器手臂的教导系统及方法

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及机器手臂在教导作业轨迹时，控制移动机器手臂的教导系统及方法。

背景技术

随着生产技术的快速发展，工厂自动化利用相机定位物件，引导机器手臂自动抓取物件进行组装制造，以提高工厂生产速度及效率。而简单且安全的教导机器手臂作业轨迹，让机器手臂迅速进入生产行列，可提高生产效率。

为了提高机器手臂的教导效率，现有技术美国公开的US20140201112专利案，在教导工具上设按键，且利用有线线路将教导工具连接至机器手臂的控制装置，通过按压按键产生控制信号，经有线线路传输至控制装置，控制机器手臂的臂上相机拍摄手持教导工具，并将拍摄的影像传输至控制装置进行影像处理，定位教导工具移动的轨迹，以产生作业轨迹。由于加工的工件大小形状各异，教导工具在某些方位受有线线路的缠绕及连接拘束，难以摆放教导工具进行教导，而耗费过多的教导时间。因此另有现有技术美国公告的US5748854专利案，在教导工具上设置红外线发射器，无线连线机器手臂上的联络接收器，利用无线传输教导工具压下按键的信号，控制机器手臂的相机拍摄教导工具的定位标记，减少有线线路的束缚，以增加教导机器手臂作业轨迹的方便性。

然而，前述现有技术虽可减少有线线路的束缚，但需要在教导工具与机器手臂，分别设置无线传输发送器及接收器等，以无线传输控制信号，不仅增加机器手臂的零件成本及装设空间，且增加无线传输技术的控制复杂度，而且无线传输的信号，易受噪声干扰，让机器手臂的教导作业无法平顺的进行。因此，机器手臂在教导系统及方法上，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的教导系统，在教导工具上设置灯号，通过教导工具的按钮控制灯号，由臂上相机拍摄及辨识灯号，使机器手臂进行教导作业，以简化教导系统。

本发明的目的在于提供一种机器手臂的教导方法，利用按压教导工具按钮切换不同灯号，由臂上相机拍摄及辨识灯号，根据灯号控制机器手臂进行相对应教导作业，以快速进行教导作业。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的教导系统及方法，在教导工具设有灯号及多个按钮，利用操作按钮切换灯号，机器手臂的一端为固定端，另一端为活动的端末部，端末部上固定臂上相机，控制装置接至机器手臂连，控制机器手臂移动机器手臂的臂上相机，追踪拍摄教导工具，影像处理拍摄的影像，以定位教导工具，荧幕连接至控制装置，用以显示臂上相机拍摄的影像，其中，教导工具利用操作按钮切换灯号，由臂上相机拍摄灯号，经控制装置辨识灯号，且根据辨识的灯号，控制机器手臂进行相对应的教导作业。

本发明机器手臂的教导系统，教导工具设有定位部与握把部，定位部的顶面设有灯号，灯号为独立的灯光，定位部的底面凸伸该握把部，握把部的端部形成指引端，握把部上设多个按钮。定位部的顶面另设有定位图样，也可以定位图样的型态变化作为灯号。教导工具的按钮包含第一按钮及第二按钮，灯号包含第一灯号及第二灯号，利用按压第一按钮或第二按钮，开关第一灯号或第二灯号形成待机、启动、结束或测试灯号，以控制教导作业。

本发明机器手臂的教导系统，教导工具利用不按压第一按钮及第二按钮，关闭第一灯号及第二灯号，形成待机灯号，控制机器手臂不进行教导作业，单纯移动教导工具。教导工具利用按压第一按钮，开启第一灯号，形成启动灯号，控制机器手臂进行教导作业，追踪拍摄教导工具，并定位及记录教导工具经过的作业点位。教导工具利用按压第二按钮，开启第二灯号，形成结束灯号，控制机器手臂结束教导作业，停止追踪教导工具，并将记录的作业点位形成教导的作业轨迹。教导工具利用同时按压第一按钮及第二按钮，开启第一灯号及第二灯号，形成测试灯号，控制机器手臂进行测试教导的作业轨迹。

发明机器手臂的教导方法，在待机灯号时，移动教导工具至需要轨迹的起点，移动机器手臂的臂上相机，使教导工具进入臂上相机的视窗，让臂上相机追踪拍摄教导工具，并将拍摄影像显示在荧幕，切换至启动灯号，经控制装置辨识出启动灯号，以控制机器手臂进行教导作业，追踪定位及记录教导工具经过需要轨迹的作业点位，将教导工具移动到需要轨迹的终点，切换至结束灯号，经控制装置辨识出结束灯号，以结束教导作业，并将追踪定位的作业点位，形成及记录为教导的作业轨迹。

本发明机器手臂的教导方法，在形成教导的作业轨迹后，切换至测试灯号，经控制装置辨识出测试灯号，控制机器手臂依据教导的作业轨迹试行。接着检查试行的教导的作业轨迹是否符合需求？如果符合需求则完成教导作业，否则切换至待机灯号，重复教导作业，直到教导的作业轨迹符合需求，才完成教导作业。

附图说明

图1为本发明机器手臂的教导系统的示意图；

图2为本发明教导工具的待机灯号的示意图；

图3为本发明教导工具的启动灯号的示意图；

图4为本发明教导工具的结束灯号的示意图；

图5为本发明教导工具的测试灯号的示意图；

图6为本发明另一实施例教导工具的灯号的示意图；

图7为本发明机器手臂的教导方法的流程图。

符号说明

10 教导系统

11，40 教导工具

12 机器手臂

13 臂上相机

14 控制装置

15 荧幕

16，41 定位部

17，44 握把部

18 顶面

19，42 定位图样

20 灯号

20a，43a 第一灯号

20b，43b 第二灯号

21 底面

22 指引端

23 按钮

23a，45a 第一按钮

23b，45b 第二按钮

24 固定端

25 端末部

26 致动马达

30 鞋子

31 支架

32 起点

33 终点

34 教导作业轨迹

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。

如图1所示，为本发明机器手臂的教导系统的示意图。本发明的教导系统10，主要包含教导工具11、机器手臂12、臂上相机13、控制装置14及荧幕15。其中，教导工具11具有定位部16与握把部17，定位部16的顶面18设有定位图样19及灯号20，灯号20为独立的灯光，定位部16的底面21凸伸一握把部17，握把部17的端部形成指引端22，握把部17上设多个按钮23，握把部17可供使用者手持，并操作按钮23切换灯号20。

机器手臂12为多肘节形式，一端为固定端24，另一端为活动的端末部25，端末部25上固定臂上相机13，各肘节设致动马达26。机器手臂12连接至控制装置14，由控制装置14控制各肘节设致动马达26的转动，移动机器手臂12的端末部25，承载臂上相机13追踪拍摄教导工具11，且将拍摄的影像传输至控制装置14进行影像处理，以定位教导工具11的指引端22，同时控制装置14将拍摄的影像传输至连接的荧幕15，用以显示臂上相机13拍摄的影像。

机器手臂12利用固定端24形成机器手臂坐标系统M的原点，机器手臂12通过已知各肘节长度，以及控制装置14控制各肘节致动马达26转动的角度，控制装置14可计算出端末部25的移动位置，定位端末部25相对应机器手臂坐标系统M的坐标。而臂上相机13固定在端末部25，相对端末部25的位置也为固定，因此，由端末部25的机器手臂坐标系统M的坐标，加上臂上相机13相对端末部25的距离，控制装置14也可获得臂上相机13相对应机器手臂坐标系统M的坐标。

机器手臂12利用臂上相机13追踪拍摄教导工具11的定位图样19，控制装置14利用拍摄的定位图样19，由臂上相机13的焦距及定位图样19的参考点，可形成臂上相机13的相机坐标系统C，而获得教导工具11的定位图样19在相机坐标系统C的坐标。利用臂上相机13在机器手臂坐标系统M的坐标，相机坐标系统C经机器手臂坐标系统M的坐标转换，进而取得教导工具11的定位图样19在机器手臂坐标系统M的坐标。由于教导工具11的几何结构固定，教导工具11上指引端22相对定位图样19的位置固定，同样可获得指引端22在机器手臂坐标系统M的坐标。

请同时参考图2至图5，图2为本发明教导工具的待机灯号的示意图，图3为本发明教导工具的启动灯号的示意图，图4为本发明教导工具的结束灯号的示意图，图5为本发明教导工具的测试灯号的示意图。图2中，本发明教导工具11的握把部17的多个按钮23，利用按压按钮23循环切换开-关灯号20，操作按钮23切换定位部16顶面18的灯号20，以适时控制待机、启动、结束或测试等教导作业。本发明教导工具11利用不按压握把部17的第一按钮23a及第二按钮23b，关闭定位部16的第一灯号20a及第二灯号20b，形成待机灯号，通知控制装置不进行教导作业，仅是单纯移动教导工具11。

图3中，本发明教导工具11利用按压握把部17的第一按钮23a，开启定位部16的第一灯号20a，形成启动灯号，通知控制装置进行教导作业，追踪移动的教导工具11，并选取教导工具11的指引端22经过的作业点位。图4中，本发明教导工具11利用按压握把部17的第二按钮23b，开启定位部16的第二灯号20b，形成结束灯号，通知控制装置结束教导作业，停止追踪教导工具11及停止选取教导工具11的指引端22的作业点位，并将已选取的作业点位形成教导的作业轨迹。图5中，本发明教导工具11利用同时按压握把部17的第一按钮23a及第二按钮23b，开启定位部16的第一灯号20a及第二灯号20b，形成测试灯号，通知控制装置进行测试教导的作业轨迹。

请再参考图1至图5，本发明机器手臂12的教导系统10进行教导作业时，以教导机器手臂12进行鞋底涂胶作业举例说明，本发明包含且不限于鞋底涂胶作业，凡教导机器手臂12的作业轨迹均可适用本发明的技术。图1中，将鞋子30固定在机器手臂12作业环境中的支架31，手持教导工具11按压按钮23切换至图2的待机灯号，并移动教导工具11的指引端22至需要轨迹的起点32，再移动机器手臂12承载臂上相机13，使定位图样19进入臂上相机13的视窗，让臂上相机13追踪拍摄定位图样19，并将定位图样19显示在荧幕15中。接着按压第一按钮23a切换待机灯号至图3的启动灯号，臂上相机13持续追踪拍摄的定位图样19，传输拍摄影像至控制装置14，经影像处理辨识出启动灯号，控制装置14控制机器手臂12开始进行教导作业，追踪定位教导工具11，并选取及记录教导工具11的指引端22经过的作业点位。

继续手持教导工具11的指引端22沿着需要轨迹移动，控制装置14控制机器手臂12追踪定位移动的教导工具11，直到移动到需要轨迹的终点33，按压第二按钮23b切换至图4的结束灯号，臂上相机13持续追踪拍摄定位图样19，传输拍摄影像至控制装置14，经影像处理辨识出结束灯号，控制装置14结束教导作业，停止追踪定位教导工具11的指引端22选取的作业点位，并将已选取的作业点位形成及记录为教导作业轨迹34。

接着同时按压握把部17的第一按钮23a及第二按钮23b，开启定位部16的第一灯号20a及第二灯号20b，切换至图5的测试灯号，臂上相机13持续拍摄定位图样19，传输拍摄影像至控制装置14，经影像处理辨识出测试灯号，控制装置14进行测试前述纪录教导作业轨迹34。使机器手臂12依据教导作业轨迹34试行，如果教导作业轨迹34符合需求，就可完成教导作业，如果教导作业轨迹34不符合需求，利用按压握把部17的第一按钮23a，关闭定位部16的第一灯号20a及第二灯号20b，切换至图22的待机灯号，重复前述教导作业，直到教导作业轨迹34符合需求，才完成教导作业。

如图6所示，为本发明另一实施例的教导工具的灯号的示意图。本发明前述实施例的教导工具虽为独立的灯号，但本发明包含且不限于前述实施例的独立灯号。例如本实施例的教导工具40的灯号，也可利用教导工具40的定位部41的定位图样42的型态变化作为灯号。本实施例将定位图样42分成两部分灯号，相对前述实施例分别作为第一灯号43a及第二灯号43b，并利用按压教导工具40的握把部44的第一按钮45a及第二按钮45b，切换定位图样42的第一灯号43a及第二灯号43b，达到切换为待机、启动、结束或测试等教导作业的灯号。

如图7所示，为本发明机器手臂的教导方法的流程图。本发明机器手臂的教导方法的详细步骤说明如下:首先步骤S1，将教导工具切换至待机灯号时，开始进行机器手臂的教导作业；在步骤S2，移动教导工具至需要轨迹的起点；步骤S3，再移动机器手臂的臂上相机，使定位图样进入臂上相机13的视窗，让臂上相机追踪拍摄定位图样，并将定位图样显示在荧幕；步骤S4，将教导工具切换至启动灯号，经控制装置辨识出启动灯号，控制装置控制机器手臂进行教导作业，追踪定位及记录教导工具经过需要轨迹的作业点位；在步骤S5，手持教导工具移动到需要轨迹的终点；步骤S6，将教导工具切换至结束灯号，经控制装置辨识出结束灯号，结束教导作业，并将追踪定位的作业点位，形成及记录为教导的作业轨迹；步骤S7，将教导工具切换至测试灯号，经控制装置辨识出测试灯号，使机器手臂依据教导的作业轨迹试行；步骤S8，检查教导的作业轨迹是否符合需求？如果教导的作业轨迹符合需求，则可进入步骤S9完成教导作业，如果教导的作业轨迹不符合需求，则至步骤S10切换至待机灯号，重复前述教导作业，直到教导的作业轨迹符合需求，才完成教导作业。

因此，本发明机器手臂的教导系统及方法，在教导工具上设置灯号，通过按压教导工具的按钮切换不同灯号，由控制装置控制臂上相机拍摄及辨识灯号，并根据辨识的灯号，不需额外增设红外线或无线传输等装置传输控制信号，就可控制机器手臂进行教导作业的相对应作业，达到简化机器手臂的教导系统及快速进行教导作业的目的。

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，都属本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种机器手臂的教导系统，其特征在于，包含：

教导工具，设有灯号及多个按钮，操作按钮切换灯号；

机器手臂，一端为固定端，另一端为活动的端末部，端末部上固定臂上相机；

控制装置，连接至机器手臂，控制机器手臂移动机器手臂的臂上相机，追踪拍摄教导工具，影像处理拍摄的影像，以定位教导工具；

荧幕，连接至控制装置，显示臂上相机拍摄的影像；

其中，教导工具利用操作该按钮切换该灯号，由该臂上相机拍摄灯号，经控制装置辨识灯号，且根据辨识的灯号，控制机器手臂进行相对应的教导作业，

其中该教导工具的按钮包含第一按钮及第二按钮，灯号包含第一灯号及第二灯号，利用不按压第一按钮及第二按钮、或按压第一按钮或/和第二按钮，开关第一灯号和/或第二灯号形成待机、启动、结束或测试灯号，以控制教导作业。

2.如权利要求1所述的机器手臂的教导系统，其中该教导工具设有定位部与握把部，定位部的顶面设有灯号，定位部的底面凸伸该握把部，握把部的端部形成指引端，握把部上设多个按钮。

3.如权利要求2所述的机器手臂的教导系统，其中该灯号为独立的灯光。

4.如权利要求2所述的机器手臂的教导系统，其中该定位部的顶面设有定位图样，以定位图样的型态变化作为灯号。

5.如权利要求1所述的机器手臂的教导系统，其中该教导工具利用不按压第一按钮及第二按钮，关闭第一灯号及第二灯号，形成待机灯号，控制机器手臂不进行教导作业，单纯移动教导工具。

6.如权利要求1所述的机器手臂的教导系统，其中该教导工具利用按压第一按钮，开启第一灯号，形成启动灯号，控制机器手臂进行教导作业，追踪拍摄教导工具，并定位及记录教导工具经过的作业点位。

7.如权利要求6所述的机器手臂的教导系统，其中该教导工具利用按压第二按钮，开启第二灯号，形成结束灯号，控制机器手臂结束教导作业，停止追踪教导工具，并将记录的作业点位形成教导的作业轨迹。

8.如权利要求1所述的机器手臂的教导系统，其中该教导工具利用同时按压第一按钮及第二按钮，开启第一灯号及第二灯号，形成测试灯号，控制机器手臂进行测试教导的作业轨迹。

9.一种机器手臂的教导方法，其步骤包含:

在待机灯号时，移动教导工具至需要轨迹的起点；

移动机器手臂的臂上相机，使教导工具进入臂上相机的视窗，让臂上相机追踪拍摄教导工具，并将拍摄影像显示在荧幕；

切换至启动灯号，经控制装置辨识出启动灯号，以控制机器手臂进行教导作业，追踪定位及记录教导工具经过需要轨迹的作业点位；

将教导工具移动到需要轨迹的终点；

切换至结束灯号，经控制装置辨识出结束灯号，以结束教导作业，并将追踪定位的作业点位，形成及记录为教导的作业轨迹。

10.如权利要求9所述的机器手臂的教导方法，其中形成教导的作业轨迹后，切换至测试灯号，经控制装置辨识出测试灯号，控制机器手臂依据教导的作业轨迹试行。

11.如权利要求9所述的机器手臂的教导方法，其中检查试行的教导的作业轨迹符合需求，则完成教导作业，否则切换至待机灯号，重复教导作业，直到教导的作业轨迹符合需求，才完成教导作业。

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