TWI582558B

TWI582558B - 以反電動勢為監控依據的夾持裝置及控制方法

Info

Publication number: TWI582558B
Application number: TW104144361A
Authority: TW
Inventors: 翁振民; 陳惟紹
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-05-11
Also published as: TW201723701A

Description

以反電動勢為監控依據的夾持裝置及控制方法

本發明提供一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置及控制方法，其是與機械手有關。

按，隨著自動化生產於各領域的廣泛利用，具有體積小、重量輕、外型逼真及靈活度高特點之電動夾爪的重要性與日俱增，為確保夾持工作的穩定性，電動夾爪就必須在夾持工作進行中被即時監測或控制。

而監測或控制電動夾爪的方式眾多，已知其中一種控制方式是依據步進馬達的特性進行控制控制，其控制基礎在於步進馬達具有輸出轉矩與轉速成反比的特性，藉由控制切換步進馬達的速度來控制由步進馬達驅動的夾爪之夾持力；然，此種控制方式仍會產生運作中不樂見之缺失，由於步進馬達之輸出轉矩與轉速成反比，因此在步進馬達速度急遽變化，例如急遽加速時，此時，轉矩下降而無法負荷外界負載，而造成小幅度的滑脫，造成失步，而此失步現象將影響夾持的穩定性而有被改善之必要；

另有一種已知的控制方式則是另外設置一傳感器偵測馬達失步，當馬達失步時即切斷馬達的電源，改以另外的保持機構保持夾持力；而此種控制方式是在馬達失步時才做保持夾持力的應對手段，因此完全無法避免馬達失步的狀況發生，因此夾持力量無法被穩定的控制；況且，此種控制方式還必須配置獨立的保持機構保持夾持力，因此將會複雜化整體機構並提高整體機構成本，並因此提高製造端成本上的負擔而有待改善；

有鑑於此，本發明人潛心研究並更深入構思，歷經多次研發試作後，終於發明出一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置及控制方法。

本發明提供一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置及控制方法，其主要目的是改善一般夾爪控制方式仍有夾持力無法穩定控制、機構複雜之缺失。

為達前述目的，本發明提供一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置，包含：

一夾持裝置；

一步進馬達，連結該夾持裝置並可驅動該夾持裝置夾持或鬆釋；

一控制器，與該步進馬達電性連接，且該控制器包含電性連接的一驅動單元、一控制單元、一指令接收單元以及一存取單元，其中：

該驅動單元電性連接該步進馬達而能驅動該步進馬達運轉並回饋該步進馬達的實際反電動勢值；

該控制單元與該驅動單元電性連接；

該指令接收單元與該控制單元電性連接，且該指令接收單元能接受對夾持裝置的夾持狀態、夾持速度及夾持力的控制指令；以及

該存取單元與該控制單元電性連接，且該存取單元內存置一控制參數矩陣，該控制參數矩陣中的每一位置具有對應的一反電動勢閥值；該控制單元能依據該指令接收單元的控制指令控制該步進馬達運作，且該控制單元更能以該控制指令比對該控制參數矩陣取得對應的反電動勢閥值並即時比對該實際反電動勢值，最後依據比對結果選擇控制該步進馬達。

同樣為達前述目的，本發明更提供一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置控制方法，包含依序進行：

驅動步進馬達步驟，一控制器依照一控制指令透過一驅動單元驅動一步進馬達運轉，且該步進馬達運轉時產生實際反電動勢值；

比對控制參數矩陣步驟，該控制器依據該控制指令比對一存取單元中的一控制參數矩陣，該控制參數矩陣中的每一位置具有對應的一反電動勢閥值；

求對應反電動勢閥值步驟，該控制器比對實際反電動勢於該控制參數矩陣的位置以求得對應的反電動勢閥值；

監控實際反電動勢步驟，該控制器持續監控實際反電動勢值；

比對並控制步驟，該控制器比對監控的實際反電動勢值及求得的反電動勢閥值，當實際反電動勢值小於反電動勢閥值時，維持步進馬達的驅動；而當實際反電動勢值達反電動勢閥值時，停止繼續驅動步進馬達以維持夾持。

本發明透過即時監控於正常運作狀態下所事先量測製成的控制參數矩陣與與實際反電動勢值，據以在異常發生前進行穩定的夾持，並確保夾持工作都能在正常狀況下運作，提高夾持穩定性。

本發明實施例提供一種以反電動勢為監控依據的夾持裝置，請配合參閱圖1至圖3所示，包含：

一夾持裝置10；

一步進馬達20，連結該夾持裝置10並可驅動該夾持裝置10夾持或鬆釋；

一控制器30，與該步進馬達20電性連接，且該控制器30包含電性連接的一驅動單元31、一控制單元32、一指令接收單元33以及一存取單元34，其中：

該驅動單元31電性連接該步進馬達20而能驅動該步進馬達20運轉並回饋該步進馬達20的實際反電動勢值；

該控制單元32與該驅動單元31電性連接；

該指令接收單元33與該控制單元32電性連接，且該指令接收單元33能接受對夾持裝置10的夾持狀態、夾持速度及夾持力的控制指令；以及

該存取單元34與該控制單元32電性連接，且該存取單元34內存置一控制參數矩陣，該控制參數矩陣為以夾持裝置的夾持狀態(夾持、鬆釋)、夾持速度及夾持力為參數製成的三維矩陣，且於該控制參數矩陣中的每一位置均有對應的一反電動勢閥值，且上述參數均係在該步進馬達正常運作無失步之狀態下實際量測；該控制單元32能依據該指令接收單元33的控制指令控制該步進馬達20運作，且該控制單元30更能以該控制指令比對該控制參數矩陣取得對應的反電動勢閥值並即時比對該實際反電動勢值，最後依據比對結果選擇控制該步進馬達20。

以上為本發明以反電動勢為監控依據的夾持裝置之結構組態及特徵，而其控制方法依序包含：接收控制指令步驟(I)，透過該指令接收單元33下達控制指令，該指令接收單元接收對夾持裝置10的夾持狀態、夾持速度及夾持力的控制指令；驅動步進馬達步驟(II)，該控制器30的該指令接收單元33接收控制指令後，該控制單元32存取並依據該指令接收單元33所接收的控制指令驅動該步進馬達20運轉，且該步進馬達20運轉時產生實際反電動勢值；比對控制參數矩陣步驟(III)，該控制器30的控制單元32依據該指令接收單元32所接收的控制指令之參數比對該存取單元34中的控制參數矩陣，該控制參數矩陣中的每一位置具有對應的一反電動勢閥值；求對應反電動勢閥值步驟(IV)，該控制器30比對實際反電動勢於該控制參數矩陣的位置以求得對應的反電動勢閥值；進一步地，請配合參閱如圖3所示為控制參數矩陣的示意圖，該控制參數矩陣是由夾持裝置10的夾持狀態、夾持速度以及夾持力建立的三維矩陣，當然，該控制參數矩陣中各維度中的元素係可依控制需求改變，而以此例來說，用第一維度表示夾持狀態，夾持狀態具有2個元素分別代表夾掣(0)與鬆釋(1)；用第二維度表示夾持速度，其具有20個元素，代表1mm/s到20mm/s；用第三維度代表夾持力，其具有11個元素，代表50%到100%的力量。當控制器30由該指令接收單元33接收外部的控制指令後，該控制單元32即會存取該存取單元34中的控制參數矩陣並求得對應的反電動勢閥值；例如，當外部命令為「鬆釋、5mm/s、50%」時，該控制單元32會對應參數值並定址到[1][4][0]的矩陣位置讀取該位置的反電動勢閥值；監控實際反電動勢步驟(V)，該控制器30的控制單元32持續監控由該驅動單元31反饋的實際反電動勢值；比對並控制步驟(VI)，該控制器30的控制單元32比對監控的實際反電動勢值及求得的反電動勢閥值，當實際反電動勢值小於反電動勢閥值時，維持步進馬達的驅動；而當實際反電動勢值達反電動勢閥值時，代表夾持裝置10已夾持到物件，則停止繼續驅動該步進馬達20，使夾持裝置10維持於此夾持狀態。

綜上，本發明實施例主要透過事先量測非失步狀態時的運作參數並製成控制參數矩陣，並在控制夾持裝置10夾持時即時回饋實際反電動勢值、即時比對控制參數矩陣，據此而能在比對後即時依據比對結果進行監控，達到即時監控、穩定夾持參數之目的；而由於本發明實施例係以反電動勢值做為即時監控的基礎，配合本發明實施例中控制參數矩陣的參考，因此本發明實施例能確實防止失步現象的發生，確保每個夾持動作保持在最佳夾持狀態，提高夾持力的穩定性，並能完全避免發生工件鬆脫的狀況發生，提高產品良率。

此外，由於本發明實施例係透過監控步進馬達2o運作產生的反電動勢值，整個監控過程中不需獨立設置扭力傳感器，因此又具有結構組態簡單、裝配使用自由度高之優異性，當然也據此提高整體產品的附加價值。

還有，由於本發明實施例之控制參數矩陣是結合夾持狀態、夾持速度以及夾持力製成的三維矩陣，如此意謂本發明實施例能在不同的夾持狀態、不同的夾持速度以及不同的夾持力條件下均能得到相應的反電動勢閥值，因此又顯示本發明實施例之運用具有極佳的動態性，適用度高，而具有極高的經濟價值；基於此，又可進一步推論，當夾持裝置的控制參數不同時，該控制參數矩陣的參數值是能被增減及改變的，該控制參數矩陣並不限於如圖3之參數才是。

10‧‧‧夾持裝置

20‧‧‧步進馬達

30‧‧‧控制器

31‧‧‧驅動單元

32‧‧‧控制單元

33‧‧‧指令接收單元

34‧‧‧存取單元

（I）‧‧‧接收控制指令步驟

（II）‧‧‧驅動步進馬達步驟

（III）‧‧‧比對控制參數矩陣步驟

（IV）‧‧‧求對應反電動勢閥值步驟

（V）‧‧‧監控實際反電動勢步驟

（VI）‧‧‧比對並控制步驟

圖1 為本發明以反電動勢為監控依據的夾持裝置之系統組態圖。圖2 為本發明以反電動勢為監控依據的夾持裝置控制方法之步驟流程圖。圖3 為本發明以中控制參數矩陣的示意圖。