TWI673149B - 機械手臂觸控定位裝置 - Google Patents

Abstract

一種機械手臂觸控定位裝置包含一定位治具以及一觸發組件。定位治具是用以固定於作業平台，並具有一觸控組件。觸發組件是可拆卸地裝設於一機械手臂之一作業端部。其中，當作業端部帶動觸發組件朝定位治具移動而接觸到觸控組件時，觸控組件會發送一位置訊號至一控制主機，使控制主機據以停止驅動機械手臂，並以一觸控座標系紀錄位置訊號所對應之定位點座標。

Description

機械手臂觸控定位裝置

本發明係關於一種機械手臂觸控定位裝置，尤其是指一種輔助機械手臂對作業平台進行定位點紀錄作業之機械手臂觸控定位裝置。

近年來科技發展迅速，有越來越多的科技公司投入自動化裝置的開發，以協助工廠提升製造產品的產率與品質。然而在實際運用上，自動化裝置在投入產線進行生產製造之前，往往需要進行教點的過程，也就是讓機械手臂紀錄夾取或加工等作業的位置座標，這樣自動化裝置在運作時，便能依據紀錄好的位置座標去進行相對應的動作。

一般來說，現有的機械手臂大致可以區分為協作型手臂與工業型手臂，協作型手臂的輸出動力與規模較小，主要是供工作人員直接手動移動來紀錄定位點之位置座標，然而工業型手臂的輸出動力較大，無法以手動的方式進行移動，通常只能透過遙控移動方向的方式操作機械手臂移動並紀錄定位點的位置座標。

承上所述，在實務上，當工作人員在對工 業型手臂進行教點作業時，由於遙控操作移動方向的方式並無法精準的將手臂移動至目標位置，因此在機械手臂實際運作時，很容易因為誤差過大而導致夾取作業時的重心不穩，進而影響到整體作業的安全性，而雖然也有業者利用座標輸入的移動方式來進行機械手臂的教點作業，但由於座標輸入的移動方式往往需要經過多次的座標輸入來修正機械手臂的位置，進而逼近目標位置，因此不僅操作複雜，且會耗費較多的時間。

有鑑於在現有技術中，當使用者在對工業型機械手臂進行教點作業時，很容易會因為遙控的操作方式而無法將機械手臂移動至目標位置，即使利用輸入座標的方式，也需要經過多次的修正才能精準的移動至目標位置；緣此，本發明的目的在於提供一種機械手臂觸控定位裝置，藉以解決機械手臂教點作業不便利的問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種機械手臂觸控定位裝置，係用以輔助一自動化裝置對一作業平台進行定位點紀錄作業，自動化裝置包含一機械手臂以及一控制主機，機械手臂係可活動地設置於一用於在作業平台進行作業之一作業空間，控制主機係通信連結於機械手臂，機械手臂觸控定位裝置包含一定位治具以及一觸發組件。

定位治具包含一治具本體、複數個固定組 件以及一觸控組件。治具本體係具有彼此背向之一第一面與一第二面，第一面係面向作業平台，第二面係面向機械手臂。複數個固定組件係連結於治具本體，用以固定於作業平台，藉以使治具本體相對地固設於作業平台。觸控組件係固定於第二面，通信連結於控制主機，並設定有一觸控座標系。觸發組件係可拆卸地裝設於機械手臂之一作業端部。其中，當作業端部帶動觸發組件沿一第一方向朝治具本體移動而接觸到觸控組件時，觸控組件係發送一位置訊號至控制主機，控制主機係依據位置訊號停止驅動機械手臂，並以觸控座標系紀錄位置訊號所對應之定位點座標。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，觸控組件具有一觸控面，觸控面係與第二面共面。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，定位治具更包含一通訊模組，係電性連結於觸控組件，並通信連結於控制主機。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，固定組件包含一伸縮部與一夾固部，伸縮部係沿一垂直於第一方向之第二方向可移動地穿設於治具本體，夾固部係連結於伸縮部，且夾固部係沿第一方向延伸。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，觸控組件為一觸控板或一觸控面板。

本發明之機械手臂觸控定位裝置是利用 定位治具固定於作業平台上，並將觸發組件固接於機械手臂之作業端部，因此使用者可以透過作業端部帶動觸發組件朝作業平台移動，然後在觸發組件接觸到觸控組件時，觸控組件便會將位置訊號發送至控制主機，以使控制主機將機械手臂之座標位置進行定位，且控制主機還可操控作業端部帶動觸發組件在觸控組件上移動而進一步整合手臂座標系與觸控座標系，藉以使控制主機完全掌握機械手臂與作業平台之間的相對位置關係，因此本發明之機械手臂觸控定位裝置不僅能提升定位點紀錄作業的便利性，還能有效地提升定位點紀錄作業的效率。

100‧‧‧機械手臂觸控定位裝置

1‧‧‧定位治具

11‧‧‧治具本體

111‧‧‧第一面

112‧‧‧第二面

1121‧‧‧觸控組件設置槽

12a、12b、12c、12d‧‧‧固定組件

121a‧‧‧伸縮部

122a‧‧‧夾固部

13‧‧‧觸控組件

131‧‧‧觸控面

14‧‧‧通訊模組

2‧‧‧觸發組件

21‧‧‧組接部

22‧‧‧接觸部

200‧‧‧自動化裝置

201‧‧‧機械手臂

2011‧‧‧基座

2012‧‧‧第一轉動部

2013‧‧‧第二轉動部

2014‧‧‧第一臂部

2015‧‧‧第二臂部

2016‧‧‧作業端部

202‧‧‧影像擷取模組

203‧‧‧控制主機

2031‧‧‧傳輸模組

2032‧‧‧處理模組

300‧‧‧作業平台

400‧‧‧待加工元件

500‧‧‧夾取裝置

600‧‧‧電子元件

WS‧‧‧作業空間

L1‧‧‧第一方向

L2‧‧‧第二方向

L3‧‧‧第三方向

d1‧‧‧第一高度

d2‧‧‧延伸間距

d3‧‧‧第二高度

d4‧‧‧延伸長度

d5‧‧‧厚度

S1‧‧‧位置訊號

S2‧‧‧停止訊號

S3‧‧‧影像訊號

C‧‧‧手臂座標系

x‧‧‧第一軸向

y‧‧‧第二軸向

z‧‧‧第三軸向

C'‧‧‧觸控座標系

x'‧‧‧第一軸向

y'‧‧‧第二軸向

第一圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置設置於作業平台上，以供自動化裝置對作業平台進行定位點紀錄作業之立體示意圖；第二圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置之系統示意圖；第三圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置之剖面示意圖；第四圖係顯示本發明之觸發組件受到機械手臂帶動而抵接觸控組件之剖面示意圖；第五圖係顯示本發明之觸發組件受到機械手臂帶動而抵接觸控組件之立體示意圖；以及第六圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置自機械手 臂與作業平台上拆卸後，機械手臂在作業平台上進行作業之立體示意圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置設置於作業平台上，以供自動化裝置對作業平台進行定位點紀錄作業之立體示意圖；第二圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置之系統示意圖。

如第一圖與第二圖所示，一種機械手臂觸控定位裝置100係用以輔助一自動化裝置200對一作業平台300進行定位點紀錄作業。其中，自動化裝置200包含一機械手臂201、一影像擷取模組202以及一控制主機203，機械手臂201係可活動地設置於一用於在作業平台300進行作業之一作業空間WS，影像擷取模組202係設置於作業空間WS。控制主機203包含一傳輸模組2031與一處理模組2032，傳輸模組2031是通信連結於機械手臂201與影像擷取模組202，而處理模組2032是電性連結於傳輸模組2031。其中，影像擷取模組202例如為一電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)，而傳輸模組2031例 如為Wi-Fi模組或藍芽模組等無線通訊模組控制主機203係通信連結於機械手臂201與影像擷取模組202，且控制主機203例如為一電腦設備。

承上所述，機械手臂201還包含一基座2011、一第一轉動部2012、一第二轉動部2013、一第一臂部2014、一第二臂部2015以及一作業端部2016，第一轉動部2012是可轉動地設置於基座2011，第二轉動部2013是固設於第一轉動部2012，第一臂部2014是可轉動地連結於第二轉動部2013，第二臂部2015是可轉動地連結於第一臂部2014，作業端部2016是可轉動地連結於第二臂部2015；其中，藉由第一轉動部2012、第二轉動部2013、第一臂部2014、第二臂部2015以及作業端部2016之轉動控制，可以使作業端部2016沿一第一方向L1移動，而由於機械手臂201之組成為現有技術，故在此不多加贅言。

機械手臂觸控定位裝置100包含一定位治具1以及一觸發組件2。定位治具1包含一治具本體11、四個固定組件12a、12b、12c與12d、一觸控組件13以及一通訊模組14。

請繼續參閱第三圖，第三圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置之剖面示意圖。如第一圖與第三圖所示，治具本體11係具有彼此背向之一第一面111與一第二面112，第一面111係面向作業平台300，第二面112係面向機械手臂201與影像擷取模組202，且治具本體11在第一面111與第二面112之間具有一第一高度d1。此 外，第二面112還開設有一觸控組件設置槽1121。

四個固定組件12a、12b、12c與12d係分別連結於治具本體11，用以夾固於作業平台300，藉以使治具本體11相對地固設於作業平台300；其中，固定組件12a與12c是沿一第二方向L2可往復移動地分別穿設治具本體11之兩側，而固定組件12b與12d則是沿一第三方向L3可往復移動地分別穿設治具本體11之兩側；此外，第二方向L2與第三方向L3是彼此垂直，且第二方向L2與第三方向L3皆垂直於第一方向L1。

在本實施例中，以固定組件12a為例，固定組件12a更包含一伸縮部121a與一夾固部122a，伸縮部121a是沿第二方向L2可往復移動地穿設於治具本體11，而夾固部122a是自伸縮部121a沿第一方向L1延伸所形成，且夾固部122a之內側面與治具本體11之側面間之間距為一延伸間距d2。在實際運用上，治具本體11內部更可設有位移感測器，位移感測器包含由齒條與齒輪所組成之接觸式位移感測器以及利用雷射或電容進行距離測量之非接觸式位移感測器，藉以獲得延伸間距d2。其中，由於固定組件12b、12c與12d之構造皆與固定組件12a相同，故在此不多加贅言。此外，在本實施例中，兩兩一組之固定組件12a與12c，也可利用齒輪與齒條之配合來達到同步向外拉伸或向內縮之動作，藉以使固定組件12a與12c相對於治具本體11之延伸間距d2皆一致，而固定組件12b與12d同樣也是同步反向移動之設計。

觸控組件13係嵌設於觸控組件設置槽 1121內，且觸控組件13具有一觸控面131，當觸控面131受到觸控按壓時，觸控組件13會發送出一代表受到按壓點座標之位置訊號S1。在本實施例中，觸控面131係與第二面112共面，但不限於此，在其他實施例中，觸控面131亦可高於或低於第二面112。此外，觸控組件13更設定有一對應於觸控面131之觸控座標系C'，觸控座標系C'在本實施例中為直角坐標系，但不限於此。而觸控座標系C'包含了一第一軸向x'與一第二軸向y'。在實務運用上，觸控組件13可以是觸控板或觸控面板，觸控板是指只有觸控感應功能之感應板，而觸控面板是指具有觸控功能與顯示功能之感應板，其中觸控功能例如是使用電容式觸控技術、電阻式觸控技術、超音波式觸控技術或光學式觸控技術等原理所構成。

通訊模組14係電性連結於觸控組件13，並通信連結於控制主機203之傳輸模組2031，藉以使觸控組件13透過通訊模組14通信連結於控制主機203，進而在觸控組件13受到按壓觸控時，將位置訊號S1經由通訊模組14傳送至控制主機203。在實務運用上，通訊模組14例如為Wi-Fi模組或藍芽模組等無線通訊模組。

觸發組件2包含一組接部21與一接觸部22。組接部21是可拆卸地裝設於機械手臂201之作業端部2016。接觸部22是連結於組接部21，並自組接部21沿第一方向L1延伸。其中，組接部21具有一第二高度d3，而接觸部22沿第一方向L1具有一延伸長度d4。在本實施例中，組接部21為圓盤結構，並利用螺絲鎖固於作業端部 2016；接觸部22為條狀結構，並利用螺合的方式固接於組接部21，且接觸部22例如為觸控筆頭等具有能進行觸控操作的元件。

請一併參閱第一圖至第五圖，第四圖係顯示本發明之觸發組件受到機械手臂帶動而抵接觸控組件之剖面示意圖；第五圖係顯示本發明之觸發組件受到機械手臂帶動而抵接觸控組件之立體示意圖。

如第四圖與第五圖所示，當使用者透過作業端部2016帶動觸發組件2朝治具本體11移動而抵接觸控組件13之觸控面131時，觸控組件13會受觸發而透過通訊模組14發送位置訊號S1至傳輸模組2031，且處理模組2032更依據位置訊號S1發送一停止訊號S2至機械手臂201，以控制機械手臂201之作業端部2016停止運作。

此外，處理模組2032可依據位置訊號S1所提供之位置座標來結合機械手臂201內建對應於作業端部2016的座標，也因此使用者還能透過控制機械手臂201帶動作業端部2016沿第一方向L1之反向移動而使觸發組件2遠離觸控組件13，並進一步控制作業端部2016在垂直第一方向L1之第二方向L2或第三方向L3移動一段距離，然後再控制作業端部2016帶動觸發組件2沿第一方向L1移動而接觸觸控組件13，進而獲得另一位置座標，此時處理模組2032便能依據兩個位置座標來有效的整合機械手臂201之手臂座標系C與觸控組件13之觸控座標系C'。

承上所述，在本實施例中，手臂座標系C 為一直角坐標系，但不限於此，亦可為極坐標系等其他坐標系。而手臂座標系C包含了互相垂直之一第一軸向x、一第二軸向y以及一第三軸向z。因此，藉由兩個位置座標的距離變化，處理模組2032便能有效的將觸控組件13之觸控座標系C'與對應於作業端部2016之手臂座標系C進行整合，即處理模組2032可以透過多個位置座標來建立兩個座標系的換算關係。在實務上，雖然觸控座標系C'為平面座標系，但即使兩個位置座標在不同高度上，也可以透過機械手臂201本身之手臂座標系C的第三軸向z來得知高度上的差異變化，因此同樣能有效的整合兩個座標系。

在實務上，處理模組2032甚至可以依據影像擷取模組202所傳送至一影像訊號S3來整合手臂座標系C與觸控座標系C’，但不限於此，使用者亦可只是透過影像擷取模組202所傳送之影像訊號S3來粗略的控制作業端部2016帶動觸發組件2朝觸控組件13移動。

此外，使用者更可將治具本體11具有之第一高度d1輸入控制主機203中，使得處理模組2032更能完全掌握作業端部2016與作業平台300之間的相對位置關係。

請一併參閱第一圖至第六圖，第六圖係顯示本發明之機械手臂觸控定位裝置自機械手臂與作業平台上拆卸後，機械手臂在作業平台上進行作業之立體示意圖。如圖所示，由於自動化裝置200在經過上述利用本發明之機械手臂觸控定位裝置100的輔助而完成對作業 平台300的定位點紀錄作業後，自動化裝置200已能確實地掌握與作業平台300之間的相對位置關係，藉此，在將機械手臂觸控定位裝置100自作業平台300與自動化裝置200上拆除後，自動化裝置200便可精準的控制作業端部2016在作業平台300之位置。

舉例而言，作業平台300在定位治具1拆卸下來後放置了四個待加工元件400(圖中僅標示一個)，而作業端部2016在將觸發組件2拆卸下來後，便可依據需求替換一夾取裝置500；其中，由於處理模組2032掌握了作業端部2016與作業平台300之間的相對位置關係，而使用者更可將待加工元件400本身的厚度d5輸入處理模組2032中，使得處理模組2032可以控制夾取裝置500將電子元件600裝設於待加工元件400上。上述僅是本發明之機械手臂觸控定位裝置100的一種應用方式，但不限於此，機械手臂201亦可用來夾取物件。

綜上所述，相較於先前技術利用遙控的操作方式控制機械手臂移動定位，需要經過多次的嘗試與修正，才能精準的使機械手臂定位而進行定位點紀錄作業，非常的不方便且容易造成機械手臂受損；本發明之機械手臂觸控定位裝置是利用定位治具固定於作業平台上，並將觸發組件固接於機械手臂之作業端部，因此使用者可以透過影像擷取模組所提供之影像或者以肉眼目視的方式來控制作業端部帶動觸發組件朝作業平台移動，然後在觸發組件接觸到觸控組件時，觸控組件便會將位置訊號發送至控制主機，以使控制主機將機械手臂 之座標位置進行定位，且控制主機還可操控作業端部帶動觸發組件在觸控組件上移動而進一步整合手臂座標系與觸控座標系，藉以使控制主機完全掌握機械手臂與作業平台之間的相對位置關係，因此本發明之機械手臂觸控定位裝置不僅能提升定位點紀錄作業的便利性，還能有效地提升定位點紀錄作業的效率。

此外，需特別說明的是，本發明所指之機械手臂泛指所有利用機械構造進行夾取、移動或放置等動作的裝置，例如本發明實施例中所舉例示意之關節式機械手臂，但不限於此，亦可為滑軌式機械手臂。

上述僅為本發明較佳之實施例而已，並不對本發明進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

Claims (4)

1. 一種機械手臂觸控定位裝置，係用以輔助一自動化裝置對一作業平台進行定位點紀錄作業，該自動化裝置包含一機械手臂以及一控制主機，該機械手臂係可活動地設置於一用於在該作業平台進行作業之作業空間，該控制主機係通信連結於該機械手臂，該機械手臂觸控定位裝置包含：一定位治具，包含：一治具本體，係具有彼此背向之一第一面與一第二面，該第一面係面向該作業平台，該第二面係面向該機械手臂；複數個固定組件，係連結於該治具本體，且每一該些固定組件包含一伸縮部與一夾固部，該伸縮部係沿一第二方向可移動地穿設於該治具本體，該夾固部係連結於該伸縮部，且該夾固部係沿一垂直於該第二方向之第一方向延伸，用以固定於該作業平台，藉以使該治具本體相對地固設於該作業平台；以及一觸控組件，係固定於該第二面，通信連結於該控制主機，並設定有一觸控座標系；以及一觸發組件，係可拆卸地裝設於該機械手臂之一作業端部；其中，當該作業端部帶動該觸發組件沿該第一方向朝該治具本體移動而接觸到該觸控組件時，該觸控組件係發送一位置訊號至該控制主機，該控制主機係依據該位置訊號停止驅動該機械手臂，並以該觸控座標系紀 錄該位置訊號所對應之定位點座標。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂觸控定位裝置，其中，該觸控組件具有一觸控面，該觸控面係與該第二面共面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂觸控定位裝置，其中，該定位治具更包含一通訊模組，係電性連結於該觸控組件，並通信連結於該控制主機。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂觸控定位裝置，其中，該觸控組件為一觸控板或一觸控面板。