CN117773904A - 机械手臂的运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明的机械手臂的运行系统包括一控制装置、多个轴驱控装置及一解刹监控装置。控制装置用于产生一运行指令。轴驱控装置耦接控制装置。每一轴驱控装置包括一马达及一驱动器。多个轴驱控装置的驱动器接收运行指令来产生对应的多个解刹信号。多个解刹信号用于解除对应的轴驱控装置的马达的一刹车状态。解刹监控装置耦接控制装置及轴驱控装置，且包括多个监控电路。其中，在多个监控电路的其中一个没有接收到对应的解刹信号时，解刹监控装置通知控制装置不允许执行运行指令。

Description

机械手臂的运行系统

技术领域

本发明涉及机械手臂，特别涉及一种机械手臂的运行系统。

背景技术

机械手臂的运作是通过控制装置的运行指令控制机械手臂的各轴(关节)的轴驱控装置来运行，轴驱控装置包括马达及驱动器(driver)。在机械手臂断电或是前一运行结束后，马达的刹车机构会闭合，以锁住马达。因此，当要执行新的运行指令时，控制装置在发送运行指令给轴驱控装置的驱动器后，驱动器会供应解刹电源给马达，以让刹车机构解除刹车，而松开马达，如此，马达就能正常依据运行指令运作。

但在实际中，驱动器有可能故障或误动作，而没有送出解刹电源，表示，马达尚未松开，接着，驱动器继续执行控制装置的运行指令驱动马达，如此，强迫运行被锁住的马达会导致磨损或烧毁的问题。

发明内容

有鉴于上述缺陷，本发明的目的在于提供一种可靠且安全的机械手臂的运行系统。

基于此，依据本发明的机械手臂的运行系统包括一控制装置、多个轴驱控装置及一解刹监控装置。控制装置用于产生一运行指令。多个轴驱控装置耦接控制装置。每一轴驱控装置包括一马达及一驱动器。多个轴驱控装置的驱动器接收运行指令来产生对应的多个解刹信号。多个解刹信号用于解除对应的多个马达的一刹车状态。解刹监控装置耦接控制装置及多个轴驱控装置，且包括多个监控电路。多个监控电路对应多个轴驱控装置且用于接收多个解刹信号来解除刹车状态，而通知控制装置允许执行运行指令，以使多个轴驱控装置的多个马达依据运行指令运作。其中，在多个监控电路的其中一个没有接收到对应的解刹信号时，解刹监控装置通知控制装置不允许执行运行指令。

如此，本发明的机械手臂的运作系统可通过对应多个轴驱控装置数量的解刹监控装置的监控电路以一对一的方式监视驱动器是否正常输出解刹信号来确认驱动器的状态，进而反馈接收解刹信号的状态给控制装置，来避免马达损坏或烧毁。

附图说明

有关机械手臂的运行系统的详细构造、特点与其运作将于以下的实施例予以说明，然而，应能理解的是，以下将说明的实施例以及附图仅只作为示例性地说明，其不应用来限制本发明的申请专利范围，其中：

图1是本发明的机械手臂的运行系统的示意图；

图2是图1中运行系统的方块图；

图3是图2中解刹监控装置的第一实施例的电路图；

图4是图2中解刹监控装置的第二实施例的电路图；

图5是图2中解刹监控装置的第三实施例的电路图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

10：运行系统；

30：控制装置；

50：机械手臂；

51-56：轴驱控装置；

511-561：驱动器；

513-563：马达；

70：解刹监控装置；

71-76：监控电路；

711-761：信号侦测单元；

713-763：开关单元；

715-765：通知单元；

717-767：电源处理单元；

Q1-Q6：输入晶体管；

Q7-Q12：供电晶体管；

Q13-Q18：N沟道增强型场效应晶体管；

U1-U6：光电耦合器；

K1-K6：继电器；

V_B：解刹电源。

具体实施方式

以下通过所列举的若干实施例配合附图，详细说明本发明的技术内容及特征，本说明书内容所提及的“连接”或“耦接”用语，只是以正常形成电性导通或连接的用语，并非作为限制主张范围的用意。

为了详细说明本发明的技术特点所在，现举以下的实施例并配合附图说明如后，其中：

如图1及图2所示，图1是本发明的运行系统10应用于机械手臂50的示意图，图2是运行系统10的组成方块图。本实施例中，机械手臂50可以六轴方向运行。

运行系统10包括一控制装置30、六个轴驱控装置(joint device)51-56及一解刹监控装置70。

控制装置30用于产生一运行指令。运行指令包括运行中需要运作的各轴驱控装置51-56的解刹及运行规划，以让各轴驱控装置51-56按照运行规划执行动作。

多个轴驱控装置51-56耦接控制装置30。每一轴驱控装置51-56包括一驱动器511-561及一马达513-563。多个轴驱控装置51-56的驱动器511-561接收运行指令来产生对应的六个解刹信号，多个解刹信号用于解除对应的多个轴驱控装置51-56的马达513-563的一刹车状态。其中，在刹车状态中，马达513-563是不能被运转或运行。在解除刹车状态后，马达513-563被释放才能被自由地运转或运行，也就是执行运行规划。

解刹监控装置70耦接控制装置30及多个轴驱控装置51-56，且包括六个监控电路71-76。多个监控电路71-76对应连接多个轴驱控装置51-56，且接收对应的多个解刹信号来解除刹车状态，而通知控制装置30允许执行运行指令，以使马达513-563依据运行指令运作。

其中，在监控电路71-76的其中一个没有接收到解刹信号时，解刹监控装置70通知控制装置30不允许执行运行指令。监控电路71-76的其中一个表示任一个或一个以上(例如二个、三个、四个、五个、六个)，在这种情况下，控制装置30不允许轴驱控装置51-56执行运行指令中的运行规划，以避免马达513-563在刹车状态中强行运转所造成损坏。

此外，判断是否收到解刹信号是对已选择启用的监控电路71-76，在其他实施例中，当只选择启用六个当中的三个时，上述的收到解刹信号的判断是对已被启用的监控电路，其余未被启用的则不进行判断或确认。当然在其他实施例中，选择启用的监控电路71-76的数量可以更多或较少，而不以上述举例为限。

如图3所示，图3是解刹监控装置的第一实施例的电路图。多个监控电路71-76是相同的组成，其每一个包括一信号侦测单元711-761、一开关单元713-763、一通知单元715-765及一电源处理单元717-767。

信号侦测单元711-761连接驱动器511-561，且用于接收解刹信号。本实施例中，信号侦测单元711-761包括输入晶体管Q1-Q6，输入晶体管Q1-Q6是选用P沟道增强型场效应晶体管(PMOSFET)。输入晶体管Q1-Q6的栅极连接驱动器511-561，用于接收解刹信号。输入晶体管Q1-Q6的源极连接解刹电源VB。

开关单元713-763连接信号侦测单元711-761及通知单元715-765。输入晶体管Q1-Q6的漏极连接开关单元713-763的输入端，通知单元715-765连接开关单元713-763的输出端。本实施例中，开关单元713-763例如指拨开关，用于选择使用及未使用的监控电路71-76，例如，仅需使用六个轴驱控装置中的其中三个轴驱控装置时，通过开关单元713-763开启对应这三个轴驱控装置的开关，未使用的轴驱控装置所对应的开关单元713-763则保持断开，以保留轴驱控装置的使用弹性。

通知单元715-765连接控制装置30，且依据信号侦测单元711-761的运作通知控制装置30是否有收到解刹信号。本实施例中，每一通知单元715-765是相同的电路组成，例如二极管及发光二极管。二极管连接开关单元713-763及控制装置30，以改变电压或信号的电平状态(例如高电压及低电压)来通知控制装置30。发光二极管则可通过光线来进行提醒，以便于维修及监控。

在输入晶体管Q1-Q6的栅极接收到解刹信号时，输入晶体管Q1-Q6成截止状态，因此，输入晶体管Q1-Q6的漏极不会对开关单元713-763及通知单元715-765供电，而以低电压通知控制装置30。

相反地，异常状态举例来说，当输入晶体管Q3的栅极没有接收到解刹信号，但其他输入晶体管Q1-Q2及Q4-Q6的栅极有接收到解刹信号时，输入晶体管Q3会成导通状态，输入晶体管Q1-Q2及Q4-Q6会成截止状态，因此，输入晶体管Q1-Q2及Q4-Q6的漏极不会对开关单元713-723、743-763及通知单元715-725、745-765供电，但输入晶体管Q3的漏极可以对开关单元733及通知单元735供电，因此，通知单元735会以高电压通知控制装置30存在异常，以使控制装置30输出停止指令，来让驱动器511-561不能或停止执行运行指令。

电源处理单元717-767连接解刹电源VB、对应轴驱控装置51-56的驱动器511-561及马达513-563，且依据解刹信号对应的马达513-563供应解刹电源VB，以松开马达513-563的刹车结构。

本实施例中，电源处理电路717-767包括触发元件及供电晶体管Q7-Q12。触发元件连接供电晶体管Q7-Q12及对应多个轴驱控装置51-56的驱动器511-561。触发元件依据解刹信号触发供电晶体管Q7-Q12导通，以对马达513-563供应解刹电源VB。其中，在没有收到解刹信号时，触发元件不会对触发供电晶体管Q7-Q12导通。

触发元件例如N沟道增强型场效应晶体管(NMOSFET)Q13-Q18，供电晶体管Q7-Q12例如P沟道增强型场效应晶体管(PMOSFET)。N沟道增强型场效应晶体管Q13-Q18的栅极连接多个轴驱控装置51-56的驱动器511-561，N沟道增强型场效应晶体管Q13-Q18的源极连接至接地端，N沟道增强型场效应晶体管Q13-Q18的漏极连接解刹电源VB及供电晶体管Q7-Q12的栅极，供电晶体管Q7-Q12的源极连接解刹电源VB，供电晶体管Q7-Q12的漏极连接多个轴驱控装置51-56的马达513-563。

当N沟道增强型场效应晶体管Q13-Q18的栅极都正常接收到解刹信号时，N沟道增强型场效应晶体管Q13-Q18触发供电晶体管Q7-Q12导通，而使供电晶体管Q7-Q12的漏极对多个轴驱控装置51-56的马达513-563供应解刹电源VB，来让马达513-563完成解刹，随后，马达513-563即可正常执行运行指令。

延续前述异常的例子，发生异常时，解刹电源VB无法传送给马达533。

如图4所示，图4是解刹监控装置的第二实施例的电路图。相较于图3的差异在于触发元件，图3的触发元件是以场效晶体管为例，图4的触发元件是以光电耦合器U1-U6为例，相同部分的组成及运作于此不再赘述。

当多个轴驱控装置51-56的驱动器511-561正常输出解刹信号时，光电耦合器U1-U6会被导通来触发供电晶体管Q7-Q12导通，以使供电晶体管Q7-Q12的漏极对多个轴驱控装置51-56的马达513-563供应解刹电源VB，来释放马达513-563，随后，马达513-563即可正常执行运行指令。

相同地，当轴驱控装置51-56的驱动器511-561的至少一个没有正常输出解刹信号时，没有接收到解刹信号的光电耦合器U1-U6不会被导通，因此，供电晶体管Q7-Q12也不会被触发。

如图5所示，图5是解刹监控装置的第三实施例的电路图。每一监控电路71-76包括一继电器K1-K6及一开关单元713-763。开关单元713-763连接继电器K1-K6及控制装置30。继电器K1-K6包括控制线圈、第一共同接点C1、第一常闭接点NC1、第一常开接点NO1、第二共同接点C2、第二常闭接点NC2、第二常开接点NO2。控制线圈连接对应轴驱控装置51-56的驱动器511-561。继电器K1的第一共同接点C1连接至接地端。第一常开接点NO1连接开关单元713-763，继电器K1-K6的第一常开接点NO1连接继电器K2-K6的第一共同接点C1。第二共同接点C2连接解刹电源VB。第二常开NO2接点连接对应六轴驱控装置的马达513-563。

当控制线圈正常接收到驱动器511-561送出的解刹信号后，继电器K1-K6的开关会从常闭接点NC1、NC2切换至常开接点NO1、NO2，以通过第一常开接点NO1、开关单元713-763通知控制装置30，以使控制装置30控制轴驱控装置51-56的驱动器511-561执行运行指令。解刹电源VB则可通过第二常开接点NO2供电至马达513-563，以释放马达513-563。

相同地，当任一继电器K1-K6的控制线圈没有接收到解刹信号时，没有接收到解刹信号的继电器K1-K6的开关仍保持在常闭接点NC1、NC2位置，如此，没有接收到解刹信号的继电器K1-K6反馈给控制装置30的状态(例如高电压电平状态)是与其他有收到解刹信号的继电器K1-K6反馈给控制装置30的状态(例如低电压电平状态)不同，因此，控制装置30输出停止指令而不允许执行运行指令，以避免马达513-563磨损或烧毁。

虽然上述的各实施例是以六轴机械手臂为例，但其他实施例中，轴驱控装置及监控电路的数量可以更多或较少，例如超过六轴，或是例如仅有二轴、三轴、四轴或五轴，因此，本发明的运行系统不以六轴为限。

通过上述实施例说明本领域技术人员可理解本发明的机械手臂的运行系统的硬件配置的技术及目的，因此，上述关于晶体管(包括N沟道或P沟道)或继电器的配置亦能在硬件中通过数量或逻辑元件安排来改变而达成相同的技术及目的，因此，实施例中所说明的晶体管及继电器并非作为限制主张范围的用意。此外，前述对于以电压电平状态的高低来确认解刹信号传输状态也仅是用于说明本发明，在其他实施例可以通过与本发明相反的逻辑进行判断，例如低电压电平状态代表没有收到解刹信号。

Claims (7)

1.一种机械手臂的运行系统，包括：

一控制装置，用于产生一运行指令；

多个轴驱控装置，耦接该控制装置，每一轴驱控装置包括一马达及一驱动器，该多个轴驱控装置的驱动器接收该运行指令来产生对应的多个解刹信号，该多个解刹信号用于解除对应的多个马达的一刹车状态；及

一解刹监控装置，耦接该控制装置及该多个轴驱控装置，且包括多个监控电路，该多个监控电路对应该多个轴驱控装置且用于接收该多个解刹信号来解除该刹车状态，而通知该控制装置允许执行该运行指令，以使该多个轴驱控装置的多个马达依据运行指令运作，其中，在该多个监控电路的其中一个没有接收到对应的该解刹信号时，该解刹监控装置通知该控制装置不允许执行该运行指令。

2.根据权利要求1所述的机械手臂的运行系统，其中，该多个监控电路的每一个包括一信号侦测单元、一开关单元、一通知单元及一电源处理单元，该信号侦测单元连接对应该多个轴驱控装置的多个驱动器，且用于接收该解刹信号，该开关单元连接该信号侦测单元及该通知单元，该通知单元连接该控制装置，且依据该信号侦测单元的运作通知该控制装置是否有收到该解刹信号，该电源处理单元连接一解刹电源、对应该多个轴驱控装置的多个驱动器及多个马达，且依据解刹信号对应的该马达供应该解刹电源。

3.根据权利要求2所述的机械手臂的运行系统，其中，该信号侦测单元包括一晶体管，该晶体管依据该解刹信号运作。

4.根据权利要求2所述的机械手臂的运行系统，其中，该电源处理电路包括一触发元件及一供电晶体管，该触发元件连接该供电晶体管及对应该多个轴驱控装置的多个驱动器，该触发元件依据该解刹信号触发该供电晶体管导通，以对该马达供应该解刹电源，在没有收到该解刹信号时，该触发元件不能触发该供电晶体管导通。

5.根据权利要求4所述的机械手臂的运行系统，其中，该触发元件包括一晶体管。

6.根据权利要求4所述的机械手臂的运行系统，其中，该触发元件包括一光电耦合器。

7.根据权利要求1所述的机械手臂的运行系统，其中，该多个监控电路的每一个包括一继电器及一开关单元，该开关单元连接该继电器及该控制装置，该继电器包括一控制线圈、一第一共同接点、一第一常闭接点、一第一常开接点、一第二共同接点、一第二常闭接点及一第二常开接点，该控制线圈连接对应该多个轴驱控装置的多个驱动器，该第一共同接点连接一接地端，该第一常开接点连接该开关单元，该第二共同点连接一解刹电源，该第二常开接点连接对应该多个轴驱控装置的多个马达。