TWI586496B

TWI586496B - 機器人裝置及其運動控制方法

Info

Publication number: TWI586496B
Application number: TW105105246A
Authority: TW
Inventors: 楊秉勳
Original assignee: 寧波弘訊科技股份有限公司; 弘訊科技股份有限公司
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-06-11
Also published as: TW201729962A

Description

機器人裝置及其運動控制方法

本發明係關於一種控制系統，尤指一種機器人裝置及其運動控制方法。

現代化生產線中，由於機器人裝置取件具有效率高、成本低、物件品質穩定等優點，故其已廣泛地用於取代人力生產。

如第1圖所示，習知機器人裝置1係為六軸關節型機械手臂，其藉由六個旋轉軸11,12,13,14,15,16供各機械手臂10,100之關節相對轉動，以控制各機械手臂10,100的位置及狀態，且該機器人裝置1常見的運動控制方法係為點對點(泛稱PTP)運動及直線補差(泛稱LINE)運動。

所述之點對點運動係利用當前位置與目標位置的六軸角度進行插補(Interpolation)，進而控制機械手臂，且該點對點運動的執行時間較短，但其移動軌跡沒有規律。其中，該當前位置係表示機械手臂之末端點的現在位置，且該目標位置係表示機械手臂於運動結束時，其末端點的位置，而該插補亦稱插值，係表示數控系統依照一定方法確定運動軌跡的過程。

所述之直線補差運動係利用當前位置與目標位置的卡氏座標距離進行插補，且該線性補差運動之移動軌跡為直線，但其執行時間較久。

上述兩種方式皆可令裝置到達相同的位置，故一般於沒有要求軌跡條件的情況下，使用者通常會選擇更加省時的點對點運動。

惟，於進行點對點運動時，該機器人裝置1會有難以預測運動軌跡的缺點，因而導致該機器人裝置1之末端機械手臂100之運動軌跡S容易超出預設的工作範圍R，如第1’圖所示，致使觸發警報器，甚至發生該機器人裝置1碰撞其它機台之狀況。其中，所述之工作範圍R亦稱軟體行程極限，其表示因工作環境的空間或擺設，限制此機構的工作範圍，以確保工作安全。

再者，為了確保工作安全，亦有部分使用者選用線性補差運動之方法控制各該機械手臂10,100，但該機器人裝置1會因而增加工作時間。

因此，如何解決上述習知技術的種種問題，實為目前業界亟待解決的課題。

為解決上述習知技術之種種問題，本發明遂揭露一種機器人裝置，係包括：關節型機械手臂；複數旋轉軸，係樞接至該機械手臂，以供該機械手臂之關節藉之相對轉動；以及主機，係電性連接該旋轉軸以控制該旋轉軸之作動。

本發明復提供一種該主機控制該旋轉軸之運動控制方法，係先取得該旋轉軸之當前位置與該旋轉軸之目標位置，再進行點對點運動並即時計算該旋轉軸之位置。該計算該旋轉軸之位置之流程係包含：計算該旋轉軸之插補位置；判斷該旋轉軸之插補位置與該當前位置是否相同，若不同，則將該插補位置傳送至運動控制卡以控制機械手臂動作，並將該插補位置作為當前位置；以及判斷該更新後之當前位置與該目標位置是否相同，若相同時，則結束該點對點運動。

前述之機器人裝置中，該關節型機械手臂具有六個該關節，以對應六個該旋轉軸。

前述之運動控制方法中，該當前位置係為軸角度。

前述之運動控制方法中，該目標位置係為軸角度。

前述之運動控制方法中，該插補位置係為角度插補。

前述之運動控制方法中，該計算該旋轉軸之插補位置之步驟，係先求出該插補位置，再以順向運動學求出並判斷是否符合工作範圍。

前述之運動控制方法中，該判斷該旋轉軸之插補位置與該當前位置是否相同之步驟，若相同時，則該主機會發出警示。

前述之運動控制方法中，該判斷該更新後之當前位置與該目標位置是否相同之步驟，若不相同時，則重新進行該計算該旋轉軸之位置之流程。

由上可知，本發明之機器人裝置及其運動控制方法，主要藉由於點對點運動時，同時計算該旋轉軸之位置，若該機械手臂之運動軌跡可能會超出工作範圍，則該主機予以修正該旋轉軸之運動，以避免該機械手臂之運動軌跡超出工作範圍，故不僅能克服該機器人裝置超出工作範圍的問題，且因能即時修正運動軌跡而不會影響該機器人裝置之工作時間。因此，本發明之機器人裝置及其運動控制方法能兼顧工作安全與工作時間之縮短。

1‧‧‧機器人裝置

10,100‧‧‧機械手臂

11,12,13,14,15,16‧‧‧旋轉軸

20‧‧‧主機

200-204‧‧‧步驟

R‧‧‧工作範圍

S,L‧‧‧運動軌跡

第1圖係為習知機器人裝置之側面示意圖；第1’圖係為習知機器人裝置之末端手臂之運動軌跡與工作範圍之平面示意圖；第2圖係為本發明之運動控制方法之流程方塊圖；以及第3圖係為應用第2圖之運動控制方法之機器人裝置之運動軌跡與工作範圍之平面示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

第2圖係為本發明之運動控制方法之流程方塊圖。於本實施例中，該運動控制方法係應用於如第1圖所示之機器人裝置1，即安裝配載於控制器之主機20，故以下說明請一併參閱第1及2圖。

如第2圖所示，該機器人裝置1(其具有六軸關節型機械手臂10,100以及主機20)於進行點對點運動時，該主機20用以計算該旋轉軸11,12,13,14,15,16之角度，其係先取得六個旋轉軸11,12,13,14,15,16之當前位置之軸角度及六個旋轉軸11,12,13,14,15,16之目標位置之軸角度，再進行點對點運動，且即時計算六個旋轉軸11,12,13,14,15,16之位置。具體地，該計算六個旋轉軸11,12,13,14,15,16之位置的步驟係如下所述。

首先，進行步驟200之作業，係依機械手臂10,100之移動速度規劃，以計算各該旋轉軸11,12,13,14,15,16之插補位置(如角度插補)，其作為該次的各旋轉軸之角度。例如，於求出該第一個旋轉軸11的角度後，以順向運動學求出並判斷是否符合工作範圍，其中，該順向運動學係為一種以各軸的角度推算出末端點之卡氏座標位置的演算法。

因此，若不符合時，則取消第一個旋轉軸11此次的角度插補，而保留原始的角度，之後依序執行第二旋轉軸12到第六個旋轉軸16的角度插補；若符合時，則依序繼續執行第二個旋轉軸12到第六個旋轉軸16的角度插補，其運算過程與該第一個旋轉軸11相同。

於該第一至第六旋轉軸11,12,13,14,15,16之角度插補結束後，進行步驟201之作業，係判斷各該旋轉軸11,12,13,14,15,16之角度插補(即插補後之軸角度)與該當前位置的軸角度是否相同。

若相同時，則進行步驟202之警示作業，即當無法藉由該角度插補之修正來避開超出工作範圍的狀況時，該主機20會立即發出警示。

若不相同時，則表示六個旋轉軸11,12,13,14,15,16之插補結果屬於正常，故進行步驟203之作業，係將插補後的軸角度傳送至運動控制卡，並以插補後的軸角度作為當前位置的軸角度。具體地，將插補後的角度資料傳送至運動控制卡，以於該機器人裝置1運作時，用此插補後的角度資料控制各該機械手臂10,100動作。

最後，接續步驟203之作業，進行步驟204之作業，係判斷該更新後之當前位置之軸角度與該目標位置的軸角度是否相同。若不相同時，則表示點對點運動尚未結束，需重複上述步驟200至步驟203之作業；若相同時，則表示該點對點運動已結束。

因此，本發明之運動控制方法係藉由在計算六軸角度時，一併配合六個旋轉軸11,12,13,14,15,16的工作範圍之判斷，故當各該旋轉軸11,12,13,14,15,16的動作會超出工作範圍時，則這次計算先取消該旋轉軸插補後的軸角度，維持該旋轉軸當前位置的軸角度，再開始各該機械手臂10,100之動作。藉此，能避免該機器人裝置1之機械手臂10,100之運動軌跡超出預設的工作範圍，故當該機器人裝置1於作動時，新的插補位置能令原本超出工作範圍的動作變成正常執行。

具體地，如第3圖所示，當末端機械手臂100之運動軌跡可能會超出該工作範圍R時，其運動軌跡L經該運動控制方法修正後，將沿著該工作範圍R的邊緣，使該末端機械手臂100之運動軌跡L位於該工作範圍R內。

綜上所述，本發明之運動控制方法係於點對點運動時，同時計算目前各旋轉軸轉動所推導而出的卡氏座標，若有任何一機械手臂之運動軌跡超出工作範圍的情況，則予以修正，藉此克服機械手臂之運動軌跡超出工作範圍的問題，故能有效解決機器人裝置超出工作範圍的問題，且因能即時修正運動軌跡而不會影響機器人裝置之工作時間。

再者，本發明之運動控制方法只有在該機器人裝置可能超出工作範圍時，才會進行運動軌跡之修正，故該機器人裝置於未修正運動軌跡時，其工作時間並不會增加。

因此，本發明之運動控制方法能減少機械手臂超出工作範圍的情況發生，且不會導致工作時間增長，故能兼顧工作安全與工作時間之縮短。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

200-204‧‧‧步驟

Claims

一種機器人裝置，係包括：關節型機械手臂；複數旋轉軸，係軸接至該關節型機械手臂，以供該關節型機械手臂之關節藉之相對轉動；以及主機，係用以控制該旋轉軸之作動，該控制之方法係先取得該旋轉軸之當前位置與該旋轉軸之目標位置，再進行點對點運動並即時計算該旋轉軸的卡氏座標之位置，其中，該計算該旋轉軸之位置之流程係包含：計算該旋轉軸之插補位置；判斷該旋轉軸之插補位置與該當前位置是否相同，若不同，則將該旋轉軸之插補位置取代該當前位置，以更新該當前位置；將該更新後之當前位置傳送至該主機；及判斷該更新後之當前位置與該目標位置是否相同，若相同，則結束該點對點運動。
如申請專利範圍第1項所述之機器人裝置，其中，該關節型機械手臂具有六個該關節，以對應六個該旋轉軸。
一種機器人裝置之運動控制方法，該機器人裝置包含關節型機械手臂、供該關節型機械手臂之關節相對轉動的旋轉軸以及作動該旋轉軸之主機，該方法包括：取得該旋轉軸之當前位置與該旋轉軸之目標位置；以及進行點對點運動並即時計算該旋轉軸的卡氏座標之位置，其中，該計算該旋轉軸之位置之流程係包含：計算該旋轉軸之插補位置；判斷該旋轉軸之插補位置與該當前位置是否相同，若不同，則將該插補位置傳送至運動控制卡以控制機械手臂動作，並將該插補位置作為當前位置；以及判斷該更新後之當前位置與該目標位置是否相同，若相同時，則結束該點對點運動。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該當前位置係為軸角度。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該目標位置係為軸角度。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該插補位置係為角度插補。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該計算該旋轉軸之插補位置之步驟，係先求出該插補位置，再以順向運動學求出並判斷是否符合工作範圍。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該判斷該旋轉軸之插補位置與該當前位置是否相同之步驟，若相同時，則該主機會發出警示。
如申請專利範圍第3項所述之運動控制方法，其中，該判斷該更新後之當前位置與該目標位置是否相同之步驟，若不相同時，則重新進行該計算該旋轉軸之位置之流程。