CN116635701A - 接触感应器与运用其的自动化系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种接触感应器(23)，其上定义有至少一单位受触区域A，用于设置在一自动化设备的一可动构件(22)，且与自动化设备的一控制器(21)电性连接，以改变可动构件(22)的运动状态。接触感应器(23)包括一第一接触感应单元(231)以及一第二接触感应单元(232)。第一接触感应单元(231)位于单位受触区域A中，且具有一第一输出端(231o)，第一输出端(231o)与控制器(21)电性连接。第二接触感应单元(232)也位于单位受触区域A中，且具有一第二输出端(232o)，第二输出端(232o)与控制器(21)电性连接。

Description

接触感应器与运用其的自动化系统 技术领域

本申请涉及一种接触感应器，特别关于一种可大幅降低失效机率的接触感应器，以及运用其的自动化系统。

背景技术

随着自动化设备的发展，自动化设备的安全性问题也受到关注。例如，由于会与作业人员近距离协同作业，协作机器人(collaboration robots)的安全机制成为重要课题。国际标准组织为此于近年发表了ISO/TS 15066，针对机器人装置中的协作机器人制定了进一步的安全性规范。

接触侦测机制是自动化设备的安全机制的其中一种。增设接触侦测机制之后，自动化设备即可在侦测到接触事件时，做出紧急应变的处理。例如，请参考图1，一种现有的具备接触侦测机制的自动化系统1为一协作机器人系统，包括一控制器11、一可动构件12、一接触感应器13以及一信号线14。可动构件12为协作机器人系统的可动机械手臂，其可依控制器11的控制进行运动。接触感应器13设置于可动构件12上，且以信号线14与控制器11电性连接。

信号线14可包括两条导线，分别与接触感应器13的输入端与输出端电性连接。输入端提供接触感应器13一电压，当接触感应器13侦测到接触事件时，会电性导通输入端与输出端，使输出端输出电压作为接触信号。控制器11因此透过信号线14可接收接触信号，并即时改变可动构件12的运动状态，例如使可动构件12即时停止运动，以防止自动化系统1的运动伤害到附近协作的作业人员。

发明内容

本申请提出一种用于自动化系统的接触感应器，其设计可大幅降低失效机率，以确保与自动化设备协作的作业人员的安全。

为达上述目的，本申请的一实施例中，一接触感应器上定义有至少一单 位受触区域，用于设置在一自动化设备的一可动构件，且与自动化设备的一控制器电性连接，以改变可动构件的运动状态。接触感应器包括一第一接触感应单元以及一第二接触感应单元。第一接触感应单元位于单位受触区域中，且具有一第一输出端，第一输出端与控制器电性连接。第二接触感应单元也位于单位受触区域中，且具有一第二输出端，第二输出端与控制器电性连接。

依本申请的另一形式的实施例，一种自动化系统包括一自动化设备、一控制器与一接触感应器。自动化设备包括一可动构件。控制器控制自动化设备的运动状态。接触感应器用于设置在可动构件，与控制器电性连接，且定义有至少一单位受触区域。接触感应器包括第一接触感应单元与第二接触感应单元。第一接触感应单元位于单位受触区域中，且具有一第一输出端，第一输出端与控制器电性连接。第二接触感应单元也位于单位受触区域中，且具有一第二输出端，第二输出端与控制器电性连接。

在一个例子中，第一接触感应单元与第二接触感应单元于单位受触区域中可以并排设置。在另一个例子中，第一接触感应单元与第二接触感应单元于单位受触区域中也可以重叠设置。

在一个例子中，第一接触感应单元可包括两个膜层、两个电极层、一感应层以及一间隙层。两个膜层分别具有相对的一第一内表面与一第二内表面。两个电极层分别设置于第一内表面与第二内表面上，且两个电极层之间相隔一间隙。感应层设置于两个电极层的其中之一上。间隙层设置于两个膜层之间，以使两个电极层之间保持间隙。感应层可包括一压敏材料，压敏材料内包含至少一导电物质。

在一个例子中，运动状态可包括一停止状态，且第一输出端输出的一接触信号可为一导通/不导通信号。

依本申请的实施例，接触感应器以及整个自动化系统的安全机制的失效机率可大幅地降低，确保了与自动化系统协作的作业人员的安全。

附图说明

图1为示意图，示出了一种现有的具备接触侦测机制的自动化系统。

图2为示意图，示出了依本申请一实施例的自动化系统。

图3为示意图，示出了依本申请另一实施例的自动化系统。

图4为示意图，示出了依本申请一实施例的第一接触感应单元。

图5为立体图，示出了依本申请一实施例的接触感应器的结构。

图6为立体图，示出了依本申请另一实施例的接触感应器的结构。

图7为立体图，示出了依本申请又一实施例的接触感应器的结构。

图8为示意图，示出了依本申请再一实施例的接触感应器的结构。

其中，附图标记

1 自动化系统

11 控制器

12 可动构件

13 接触感应器

14 信号线

2 自动化系统

21 控制器

22 可动构件

23 接触感应器

231 第一接触感应单元

231i 第一输入端

231o 第一输出端

232 第二接触感应单元

232i 第二输入端

232o 第二输出端

24、24a、24b 信号线

31a 膜层

31af 第一内表面

31b 膜层

31bf 第二内表面

32a 电极层

32b 电极层

33a 感应层

33b 感应层

34 间隙层

A 单位受触区域

G 间隙

S11、S12 输入信号线

S21、S22 输出信号线

具体实施方式

请参考图2，依本申请一实施例的自动化系统2为一协作机器人系统，包括一控制器21、一可动构件22、一接触感应器23、以及连接接触感应器23与控制器21的信号线24。在本实施例中，自动化系统2的控制器21、可动构件22与信号线24分别与图1所绘示的现有技术中的控制器11、可动构件12与信号线14相同，因此相关的描述在此不再赘述。

在本实施例中，接触感应器23用于设置在可动构件，定义有至少一单位受触区域A，且于单位受触区域A中设有一第一接触感应单元231以及一第二接触感应单元232。第一接触感应单元231具有一第一输出端231o，第二接触感应单元232则具有一第二输出端232o。所谓单位受触区域，在本实施例中是指作业人员与接触感应器23接触的最小区域，例如一公分乘一公分的区域等。在本实施例中，单位受触区域A设置了两个接触感应单元。由于单位受触区域是作业人员与接触感应器23接触的最小区域，因此如果单位受触区域A被接触，会使两个接触感应单元同时作动。

在图2的实施例中，信号线24的数量以一条为例来说明。图3为依本申请另一实施例的自动化系统2的实施例，在此实施例中，信号线24的数量以两条(24a、24b)为例，且本申请不以此为限制。即本申请的自动化系统2的实施例可具有至少一条信号线24，且信号线24的数量可为一条或多条。

请参考图4，在本实施例中，第一接触感应单元231包括两膜层31a与31b、两电极层32a与32b、两感应层33a与33b以及一间隙层34。两膜层31a与31b分别具有相对应的第一内表面31af以及第二内表面31bf。两电极层32a与32b分别设置于对应的第一内表面31af与第二内表面31bf上，且相隔一间隙G。两感应层33a与33b分别设置于相对应的电极层32a与32b上。间隙层34设置于两个膜层31a与31b之间，以使两个电极层32a与32b之间保持间隙G。两个感应层33a与33b可为包括导电材料的压敏材料(Pressure Sensitive Material)，并以涂布或印刷的方式形成于两个电极层32a与32b上。

当膜层31a被接触时，会受到压力而变形，使两个电极层32a与32b之间的距离变短。感应层33a与33b的压敏材料受到压力，使压敏材料内的导电材料接触，形成一导电通路于两个电极层32a与32b之间。如后参考图4所述，电极层32a与32b分别连接第一输出端231o与第一输入端231i。两个电极层32a与32b之间若因接触而形成导电通路，则第一输入端231i接收的电压可自第一输出端231o输出，以作为接触信号。

请参考图5，在本实施例中，第一接触感应单元231以及一第二接触感应单元232位于接触感应器23所定义出的单位受触区域A中并排设置。在此实施例中，第二感应单元232的第二输出端232o与第一接触感应单元231的第一输出端231o在接触感应器23中接触连接，第二感应单元232的第二输入端232i与第一接触感应单元231的第一输入端231i在接触感应器23中接触连接。第一输出端231o与电极层32a电性连接，第一输入端231i则与电极层32b电性连接。

基于此设计，当与自动化系统2协作的作业人员接触到接触感应器23的单位受触区域A时，第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232都会输出接触信号。如此，即使第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232其中之一失效，也不会发生完全没有接触信号输出的状况，即本申请以具有多重化接触感应单元的接触感应器23大幅提升了自动化系统2的安全性。此外，由于第一输入端231i与第二输入端232i在接触感应器23中电性连接，并与单一的输入信号线S11接触连接，第一输出端231o与第二输出端232o也在接触感应器23中电性连接，并与单一的输出信号线S21接触连接，且输入信号线S11延伸与输出信号线S21延伸至该接触感应器23的外部，因此，在此实施例中，图2所示的信号线24可以直接与本实施例的接触感应器23连接，而不需做任何的设计变更或转接。换言之，在此实施例中，该信号线24内仅包括单一输入信号线S11以及单一输出信号线S21，且通过单一的输入信号线S11以及输出信号线S21与第一输入端231i、第二输入端232i 以及第一输出端231o以及第二输出端232o接触连接，有效简化信号线的线路配置的复杂度。

请参考图6，在本实施例中，与图5具有相同元件符号的为相同元件，与此将不再赘述。图6与图5的差别在于，在本实施例中，具有两条输入信号线S11、S12以及两条输出信号线S21、S22，第一输入端231i与第二输入端232i以分开的两条输入信号线S11、S12延伸至该接触感应器23的外部，第一输出端231o与第二输出端232o以分开的两条输出信号线S21、S22延伸至该接触感应器23的外部，且该输入信号线S11与该输出信号线S21形成与控制器21电性连接的信号线24a(如图3所示)，该输入信号线S12与该输出信号线S22形成与控制器21电性连接的信号线24b(如图3所示)。藉此，本申请的接触感应器23的实施例除了在接触感应器23的内部实现接触感应单元231、232的多重化之外，更以多条信号线24a、24b的方式实现信号线的多重化，以不同信号线24a、24b输出同一组接触信号的方式，在信号线24a、24b的其中的一个失效时，也不会发生完全没有接触信号输出的状况，即以本申请以多重化的接触感应器23以及信号线24大幅提升了自动化系统2的安全性。

请参考图7，在本实施例中，与图6具有相同元件符号的为相同元件，与此将不再赘述。图7与图6的差别在于，第一接触感应单元231与第二接触感应单元232彼此独立不电性连接，并透过个别的信号线24a、24b与控制器21电性连接(如图3所示)。进一步的来说，第一接触感应单元231的第一输入端231i单独地以输入信号线S11延伸至该接触感应器23的外部，第一接触感应单元231的第一输出端231o单独地以输出信号线S21延伸至该接触感应器23的外部，第二接触感应单元232的第二输入端232i单独地以输入信号线S12延伸至该接触感应器23的外部，第二接触感应单元232的第二输出端232o单独地以输出信号线S22延伸至该接触感应器23的外部，且输入信号线S11与输出信号线S21形成信号线24a，输入信号线S12与输出信号 线S22形成信号线24b。换言之，本实施例中，第一接触感应单元231的第一输入端231i不与第二接触感应单元232的第二输入端232i接触连接，第一接触感应单元231的第一输出端231o不与第二接触感应单元232的第二输出端232o接触连接。

基于此设计，当与自动化系统2协作的作业人员接触到接触感应器23的单位受触区域A时，第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232都会输出接触信号。如此，即使第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232其中之一失效，也不会发生完全没有接触信号输出的状况，大幅提升了自动化系统2的安全性。此外，由于第一接触感应单元231与第二接触感应单元232彼此不接触连接，因此当其中的一个失效时，可于接触感应器23外部快速进行检测，增进接触感应器23检修时的便利性。

请参考图8，在另一实施例中，第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232于单位受触区域A中重叠配置。与图5所绘示者相似地，当接触感应器23的单位受触区域A被接触时，彼此重叠配置的第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232皆会输出接触信号，因此即使第一接触感应单元231以及第二接触感应单元232其中之一失效，也不会发生完全没有接触信号输出的状况，因此大幅提升了自动化系统2的安全性。

在一实施例中，接触感应器23所输出的接触信号为导通/不导通信号(on/off signal)，并非例如携带通讯封包数据的信号等的复杂信号。因此，接触感应器23不需要设置数值运算所需的元件，例如处理器或存储器等来输出接触信号。这进一步降低了接触感应器23的故障风险。此外，当接触感应器23被触摸时，由于接触信号是导通/不导通信号，控制器21不需要对接触信号进行编码解码处理，可以立刻改变自动化系统2的运动状态，例如使自动化系统2的可动构件22立刻进入停止状态。此种设计大幅提升了安全装置的反应速度，并且降低了整个安全机制的失效机率。

在上述的实施例中，接触感应器23具备一个单位受触区域，且单位受触 区域中设有两个接触感应单元。但本领域技术人员可根据实际的应用，改变单位受触区域的数量，或是每个单位受触区域中设置的接触感应单元的数量。例如，接触感应器23可以具备四个单位受触区域，且每个单位受触区域中均设有四个接触感应单元，而不脱离本申请的精神与范畴。

依上述本申请的实施例，接触感应器以及整个自动化系统的安全机制的失效机率可大幅地降低，确保了与自动化系统协作的作业人员的安全。

综上所述，虽然本申请已以实施例公开如上，但其并非用以限定本申请。本申请所属技术领域中的本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本申请的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (22)

1. 一种接触感应器，其上定义有至少一单位受触区域，且用于设置在一自动化设备的一可动构件，以及用于与该自动化设备的一控制器电性连接，以改变该可动构件的运动状态，该接触感应器包括：

   一第一接触感应单元，位于该单位受触区域中，且具有一第一输出端，该第一输出端与该控制器电性连接；以及

   一第二接触感应单元，位于该单位受触区域中，且具有一第二输出端，该第二输出端与该控制器电性连接。
2. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该第一接触感应单元与该第二接触感应单元于该单位受触区域中并排设置。
3. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该第一接触感应单元与该第二接触感应单元于该单位受触区域中重叠设置。
4. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该第一接触感应单元包括：

   两个膜层，分别具有相对的一第一内表面与一第二内表面；

   两个电极层，分别设置于该第一内表面与该第二内表面上，且该二电极层之间相隔一间隙；

   一感应层，设置于该两个电极层的其中之一上；以及

   一间隙层，设置于该两个膜层之间，以使该两个电极层之间保持该间隙。
5. 根据权利要求4所述的接触感应器，其中该感应层包括一压敏材料，该压敏材料内包含至少一导电物质。
6. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该运动状态包括一停止状态。
7. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该第一输出端输出的一接触信号为一导通/不导通信号。
8. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该接触感应器以至少两条信号线与该控制器电性连接，每一该信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该等信号线中的其中的一个的输出信号线接触连接，该第二输出端与该等信号线的其中的另一个的输出信号线接触连接。
9. 根据权利要求1所述的接触感应器，其中该第一输出端与该第二输出端于该接触感应器中接触连接。
10. 根据权利要求9所述的接触感应器，其中，该接触感应器以一单一信号线与该控制器电性连接，该单一信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该第二输出端与该输出信号线接触连接。
11. 根据权利要求9所述的接触感应器，其中，该接触感应器以至少两条信号线与该控制器电性连接，每一该信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该第二输出端与该至少两条信号线的输出信号线接触连接。
12. 一种自动化系统，包括：

    一自动化设备，其包括一可动构件；

    一控制器，其控制该可动构件的运动状态；

    一接触感应器，其上定义有至少一单位受触区域，设置在该可动构件，且与该控制器电性连接，该接触感应器包括：

    一第一接触感应单元，位于该单位受触区域中，且具有一第一输出端，该第一输出端与该控制器电性连接；以及

    一第二接触感应单元，位于该单位受触区域中，且具有一第二输出端，该第二输出端与该控制器电性连接。
13. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该第一接触感应单元与该第二接触感应单元位于该单位受触区域中并排设置。
14. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该第一接触感应单元与该第二接触感应单元位于该单位受触区域中重叠设置。
15. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该第一接触感应单元包括：

    两个膜层，具有相对的一第一内表面与一第二内表面；

    两个电极层，分别设置于该第一内表面与该第二内表面上，且该两个电极层之间相隔一间隙；

    一感应层，设置于该两个电极层的其中之一上；以及

    一间隙层，设置于该两个膜层之间，以使该两个电极层之间保持该间隙。
16. 根据权利要求15所述的自动化系统，其中该感应层包括一压敏材料，该压敏材料内包含至少一导电物质。
17. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该运动状态包括一停止状态。
18. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该第一输出端输出的一接触信号为一导通/不导通信号。
19. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该接触感应器以至少两条信号线与该控制器电性连接，每一该信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该等信号线中的其中的一个的输出信号线接触连接，该第二输出端与该等信号线的其中的另一个的输出信号线接触连接。
20. 根据权利要求12所述的自动化系统，其中该第一输出端与该第二输出端于该接触感应器中接触连接。
21. 根据权利要求20所述的自动化系统，其中，该接触感应器以一单一信号线与该控制器电性连接，该单一信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该第二输出端与该输出信号线接触连接。
22. 根据权利要求20所述的自动化系统，其中，该接触感应器以至少两条信号线与该控制器电性连接，每一该信号线包括一输出信号线，该第一输出端与该第二输出端与该至少两条信号线的输出信号线接触连接。