TWI742633B - 多軸移動平台及其控制方法 - Google Patents

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TWI742633B TW109113950A TW109113950A TWI742633B TW I742633 B TWI742633 B TW I742633B TW 109113950 A TW109113950 A TW 109113950A TW 109113950 A TW109113950 A TW 109113950A TW I742633 B TWI742633 B TW I742633B
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李達生
陳彥棠
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國立臺北科技大學
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    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F11/00—Lifting devices specially adapted for particular uses not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

一種多軸移動平台，包含：第一至第四絞盤裝置、移動座以及控制裝置。第一、第二、第三以及第四絞盤裝置共平面設置，且定義矩形之移動範圍；第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別具有拉繩，且第一、第二、第三以及第四絞盤裝置可分別收放各拉繩；移動座連接於各拉繩；控制裝置，用以控制第一、第二、第三及第四絞盤裝置收或放各拉繩，藉以使得移動座移動於移動範圍。本發明還提出一種上述多軸移動平台的控制方法。

Description

多軸移動平台及其控制方法
本發明是有關於一種兩軸移動平台，特別是指一種懸掛式的兩軸移動平台。
現有兩軸移動平台需設置兩組軌道，第一組軌道固定設置，第二組軌道滑動設置於第一組軌道上，且與第一組軌道交錯地設置。主機座滑動設置於第二組軌道。透過二組伺服組件驅動，第二組軌道滑動於第一組軌道往復移動，主機座往復滑動於第二組軌道，即可達成主機座的兩軸移動。主機座上可設置吊掛絞盤、機械夾具、影像擷取裝置，或需於一平面進行兩軸移動的裝置。
此外，軌道設置佔用空間，在空間不足的場合不利於兩軸移動平台的設置。
有鑑於此，本發明提出一實施例之一種多軸移動平台，包含：第一至第四絞盤裝置、移動座以及控制裝置。
第一、第二、第三以及第四絞盤裝置共在一第一平面設置，且定義矩形之移動範圍；第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別具有拉繩，且第一、第二、第三以及第四絞盤裝置可分別收放各拉繩；移動座連接於各拉繩；控制裝置，用以控制第一、第二、第三及第四絞盤裝置收或 放各拉繩，藉以使得移動座移動於移動範圍，在一第一方向上及一第二方向上至少一者中具有位移，其中第一方向與第二方向相互垂直，且該第一方向與第二方向位在一第二平面，第二平面與第一平面平行。
如上述的多軸移動平台，在一實施例中，第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別包含一固定座、一絞盤以及一導線裝置，絞盤及導線裝置設置於固定座，絞盤用以收放拉繩，且拉繩經由導線裝置連接至移動座。
如上述的多軸移動平台，在一實施例中，絞盤包含一馬達以及被馬達驅轉的收繩盤。
如上述的多軸移動平台，在一實施例中，控制裝置於移動範圍定義一座標系，並依據各拉繩當前長度，得到移動座的當前座標；且控制裝置可依據一目標座標，計算第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各拉繩的長度，以移動移動座至目標座標。
如上述的多軸移動平台，在一實施例中，控制裝置依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及移動座的當前座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的當前長度，且依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及移動座的目標座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的目標長度，決定第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長。
如上述的多軸移動平台，在一實施例中，控制裝置依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長，控制各繩長收放速率，以使移動座維持於第二平面移動。
本發明還提出一實施例之一種多軸移動平台的控制方法，包含：固定一第一絞盤裝置、一第二絞盤裝置、一第三絞盤裝置以及一第四絞盤裝置，使第一、第二、第三以及第四絞盤裝置共在一第一平面設置，且定義矩形之一移動範圍；第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別具有一拉繩，且第一、第二、第三以及第四絞盤裝置可分別收放各拉繩；並設置一移動座連接於各拉繩，移動座移動於移動範圍，在第一方向上及第二方向上至少一者中具有位移，其中第一方向與第二方向相互垂直，且第一方向與第二方向位在第二平面，第二平面與第一平面平行。
於移動範圍定義一座標系，並依據各拉繩當前長度，得到移動座的當前座標。
依據目標座標，計算第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各拉繩的長度，以移動移動座至目標座標。
如上述的多軸移動平台的控制方法，在一實施例中，計算第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各拉繩的長度的步驟包含：依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及移動座的當前座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的當前長度。
依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及移動座的目標座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的目標長度。
依據各當前長度以及各目標長度，決定第一、第二、第三以 及第四絞盤裝置需要收放的繩長。
如上述的多軸移動平台的控制方法，在一實施例中，移動移動座至目標座標的步驟包含：依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長，控制各繩長收放速率，以使移動座維持於第二平面移動。
經由上述一實施例之多軸移動平台及其控制方法，可以精算絞盤裝置收放拉繩的長度，致移動座移動到正確的位置。也就是說，上述任一多軸移動平台及其控制方法，可以有效解決先前技術所遭遇的問題。
100:多軸移動平台
110:控制裝置
130:移動座
121:第一絞盤裝置
122:第二絞盤裝置
123:第三絞盤裝置
124:第四絞盤裝置
121a:固定座
121b:絞盤
121c:導線裝置
121d:拉繩
a，b，a’，b’:位移
M:馬達
R:移動範圍
W:收繩盤
L1,L2,L3,L4:當前長度
L1’,L2’,L3’,L4’:目標長度
L1”,L2”,L3”,L4”:目標長度
P1:當前座標
P2:目標座標
P11，P12，P13，P14:分段點
Step110-160:步驟
[圖1]係本發明一實施例之多軸移動平台的架構示意圖。
[圖2A]係本發明一實施例之多軸移動平台的示意圖。
[圖2B]係本發明一實施例之多軸移動平台的示意圖。
[圖3]係本發明一實施例之多軸移動平台之絞盤裝置的示意圖。
[圖4]係本發明一實施例之多軸移動平台的示意圖。
[圖5]係本發明一實施例之多軸移動平台的控制方法流程示意圖。
請參閱圖1、圖2A及圖2B以及圖3所示，圖1為本發明一實施例之多軸移動平台100的架構示意圖。圖2A及圖2B分別為本發明一實施例之多軸移動平台的示意圖。圖3為本發明一實施例之多軸移動平台之絞盤裝置的示意圖。
多軸移動平台100包含一第一絞盤裝置121、一第二絞盤裝置122、一第三絞盤裝置123以及一第四絞盤裝置124，且更包含一移動座 130以及一控制裝置110。
第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124共在第一平面設置，所述第一平面可以是朝上之平台表面，也可以是朝下之頂壁面，例如天花板。第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124的設置位置定義矩形之一移動範圍R，亦即第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124位於移動範圍R的四個角落。
第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124分別具有一拉繩，且第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124可分別收放各拉繩，使各拉繩延伸出需要的繩長。
移動座130連接於各拉繩，而呈現被懸掛的態樣。如前所述，所述第一平面可以是朝上之平台表面，也可以是朝下之頂壁面，例如天花板。因此，移動座130可以是呈現被懸掛於平台表面上方，也可以是懸掛於天花板等頂壁面的下方。當然，所述第一平面不排除是位於一框架的中空部位，而第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124設置於框架的四個角落。
控制裝置110，用以控制第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124收或放各拉繩，藉以使得移動座130移動於移動範圍R。
如圖3所示，其中，第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124分別包含一固定座121a、一絞盤121b以及一導線裝置121c，絞盤121b及導線裝置121c設置於固定座121a。其中，絞盤121b是設置於固定座121a中，以由固定座121a提供防水保護。各拉繩121d分別 卷繞於絞盤121b，使絞盤121b可收放拉繩121d。拉繩121d由固定座121a的一狹縫延伸而出，並經由導線裝置121c連接至移動座130。進一步而言，絞盤121b包含一馬達M以及被馬達M驅轉的收繩盤W。
如圖2A及圖2B所示，第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121，122，123，124依序環繞移動範圍R設置。控制裝置110於移動範圍R定義一座標系，例如，以第一絞盤裝置121的位置為原點，第一絞盤裝置121至第二絞盤裝置122定義X軸，第一絞盤裝置121至第四絞盤裝置124定義Y軸。在一些實施例中，移動範圍R所定義的座標系為一種非垂直的座標系，本發明並無限制。
此時，控制裝置110可依據各拉繩當前長度L1,L2,L3,L4，得到移動座130的當前座標。
如圖2A所示，且控制裝置110可依據一目標座標，計算第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124需收放各拉繩的長度，以移動移動座130至目標座標。
前述的目標座標可以是外部手動者的輸入，也可以是來自其他系統(例如監視系統)所發出。
如圖2A所示，控制裝置110可依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124之座標，以及移動座130的當前座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124的當前長度L1,L2,L3,L4。在一實施例中，依畢氏定理L12=a2+b2，其中a為移動座130在一第一方向的位移，b為移動座130在一第二方向的位移，所述第一方向與所述第二方向相互垂直，且第一方向與第二方向位在一第 二平面，與上述第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124所設置的第一平面平行。其他當前長度L2,L3,L4依同理計算，在此不再贅述。
如圖2B所示，在接收移動座130的目標座標後，控制裝置110可計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124的目標長度L1’,L2’,L3’,L4’。如圖1以及圖4所示，依據畢氏定理，移動座130的目標座標即可用以決定當前長度L1,L2,L3,L4及目標長度L1’,L2’,L3’,L4’。移動座130與各拉繩的連接點，至移動座130的中心的相對位置，以需用於修正當前長度L1,L2,L3,L4或目標長度L1’,L2’,L3’,L4’。在一實施例中，依畢氏定理，目標長度L1’2=a’2+b’2，其中a’為移動座130在一第一方向的位移，b’為移動座130在一第二方向的位移，所述第一方向與所述第二方向相互垂直，且第一方向與第二方向位在一第二平面，與上述第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124所設置的第一平面平行。其他目標長度L2’,L3’,L4’依同理計算，在此不再贅述。
接著，控制裝置110只要計算各當前長度L1,L2,L3,L4，決定第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124需要收放的繩長，而驅動第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124，將移動座130移動至目標位置。
為了使移動座130維持於一平面移動，而不會在移動中歪斜，控制裝置110依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124需要收放的繩長，控制各繩長收放速率，特別是各繩長收放速率的比 例符合需要收放的繩長的比例，使第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124可以同時完成收放，而確保移動座130維持於第二平面移動。
請參閱圖4，為本發明一實施例之多軸移動平台的示意圖。在此實施例中，移動座130在移動範圍R內，位於當前座標P1處，當控制裝置110欲將移動座130移動至目標座標P2處，控制裝置110即計算當前座標P1與目標座標P2之間的距離，並將此距離分段，如圖4所示的分段點P11，P12，P13，P14，控制裝置並估算移動座130移動至分段點P11的距離、時間，進而控制各拉繩的收放以達到目標長度L1”,L2”,L3”,L4”。 於移動座130移至分段點P11時，接著計算移動座130從分段點P11移動至分段點P12的距離、時間，進一步控制各拉繩的收放，達到目標長度L1”,L2”,L3”,L4”，以此分階段的移動直至移動座130到達目標座標P2。換言之，在此實施例中，控制裝置110先計算移動座130欲移動的距離，將其劃分數段後，採階段式的方式移動，直至達到目標座標。本發明並不限定分段點的個數，當分段點的個數越多，控制裝置110的計算越為縝密，移動座130的移動時間相對於分段點個數少的情況來的長，端視使用者的設計而定。上述中的分段，可以是平均分段亦可為不等長的分段，端視發明者的設計。
此外，移動座130上可設置一多軸感應器，感應移動座130的姿態，藉以供控制裝置110微調第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124收放。平衡拉繩張力，以維持移動座130於第二平面。
移動座130上可設置需要被進行兩軸移動的裝置，例如投影機、攝影機、風機、基台之操作盤、灑水裝置、或緊急按鈕裝置等。
請參閱圖5，為本發明一實施例之多軸移動平台的控制方法流程示意圖。基於前述多軸移動平台100，本發明提出一種控制方法，包含：固定一第一絞盤裝置121、一第二絞盤裝置122、一第三絞盤裝置123以及一第四絞盤裝置124，使第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124共在第一平面設置，且定義矩形之一移動範圍R；第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124分別具有一拉繩，且第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124可分別收放各拉繩；並設置一移動座130連接於各拉繩，移動座130移動於移動範圍R，在第一方向上及第二方向上至少一者中具有位移，其中第一方向與第二方向相互垂直，且第一方向與第二方向位在第二平面，第二平面與第一平面平行；如步驟Step 110以及Step 120所示。
於移動範圍R定義一座標系，並依據各拉繩當前長度L1,L2,L3,L4，得到移動座130的當前座標；如步驟Step 130所示。
如圖2A以及圖5所示，依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124之座標，以及移動座130的當前座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124的當前長度L1,L2,L3,L4；如步驟Step 140所示。
如圖2B以及圖5所示，依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124之座標，以及移動座130的目標座標，計算各拉繩延伸出第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124的目標長度L1’,L2’,L3’,L4’；如步驟Step 150。
如圖5所示，依據各當前長度L1,L2,L3,L4以及各目標長度L1’,L2’,L3’,L4’，決定第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124需要收放各拉繩的繩長，以移動移動座130至目標座標，如步驟Step 160所示。在步驟Step 160中，需進一步依據第一、第二、第三以及第四絞盤裝置121,122,123,124需要收放的繩長，控制各繩長收放速率，以使移動座130維持於第二平面移動。
在另一實施例中，採取不同於圖2B及圖5所示的步驟，誠如上述，在圖4中，移動座130從當前座標P1移動至目標座標P2的方式，是採用階段式的方法移動。即先計算移動座130當前座標P1至目標座標P2的距離，將此距離劃分數段(如P11，P12，P13，P14)後，從當前座標P1移動至分段點P11，相鄰分段點P12，P13，P14之間的移動，以及從分段點P14移動至目標座標P2，分別操控各拉繩的收放，以達到目標長度L1”,L2”,L3”,L4”。以此方式，亦達到將移動座130移動至目標座標P1的目的。
經由上述一實施例之多軸移動平台及其控制方法，可以精算絞盤裝置收放拉繩的長度，致移動座移動到正確的位置。也就是說，上述任一多軸移動平台及其控制方法，可以有效解決先前技術所遭遇的問題。
100:多軸移動平台
110:控制裝置
121:第一絞盤裝置
122:第二絞盤裝置
123:第三絞盤裝置
124:第四絞盤裝置

Claims (10)

  1. 一種多軸移動平台，包含：一第一絞盤裝置、一第二絞盤裝置、一第三絞盤裝置以及一第四絞盤裝置，該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置共在一第一平面上設置，且定義矩形之一移動範圍；該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別具有一拉繩，且該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置可分別收放各該拉繩；一移動座，連接於各該拉繩；以及一控制裝置，用以控制該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置收或放各該拉繩，藉以使得該移動座移動於該移動範圍，在一第一方向上及一第二方向上至少一者中具有位移，其中該第一方向與該第二方向相互垂直，且該第一方向與該第二方向位在一第二平面，該第二平面與該第一平面平行。
  2. 如請求項1所述的多軸移動平台，其中，該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別包含一固定座、一絞盤以及一導線裝置，該絞盤及該導線裝置設置於該固定座，該絞盤用以收放該拉繩，且該拉繩經由該導線裝置連接至該移動座。
  3. 如請求項2所述的多軸移動平台，其中，該絞盤包含一馬達以及被該馬達驅轉的收繩盤。
  4. 如請求項1所述的多軸移動平台，其中，該控制裝置於該移動範圍定義一座標系，並依據各該拉繩當前長度，得到該移動座的當 前座標；且該控制裝置可依據一目標座標，計算該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各該拉繩的長度，以移動該移動座至該目標座標。
  5. 如請求項4所述的多軸移動平台，其中，該控制裝置依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及該移動座的當前座標，計算各該拉繩延伸出該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的當前長度，且依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及該移動座的目標座標，計算各該拉繩延伸出該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的目標長度，決定該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長。
  6. 如請求項5所述的多軸移動平台，其中，該控制裝置依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長，控制各該繩長收放速率，以使該移動座維持於該第二平面移動。
  7. 一種多軸移動平台的控制方法，包含：固定一第一絞盤裝置、一第二絞盤裝置、一第三絞盤裝置以及一第四絞盤裝置，使該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置共在一第一平面設置，且定義矩形之一移動範圍；該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置分別具有一拉繩，且該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置可分別收放各該拉繩；並設置一移動座連接於各該拉繩，該移動座移動於該移動範圍，在一第一方向上及一第二方向上至少一者中具有位移，其中該第一方向與該第二方向相互垂直，且該第一方向與該第二方向位在一第二平面，該第二平面與該第一平面平行；於該移動範圍定義一座標系，並依據各該拉繩當前長度，得到該移動座的當前座標；以及 依據一目標座標，計算該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各該拉繩的長度，以移動該移動座至該目標座標。
  8. 如請求項7所述的多軸移動平台的控制方法，其中，計算該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需收放各該拉繩的長度的步驟包含：依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及該移動座的當前座標，計算各該拉繩延伸出該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的當前長度；依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置之座標，以及該移動座的目標座標，計算各該拉繩延伸出該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置的目標長度；以及依據各該當前長度以及各該目標長度，決定該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長。
  9. 如請求項8所述的多軸移動平台的控制方法，其中，移動該移動座至該目標座標的步驟包含：依據該第一、第二、第三以及第四絞盤裝置需要收放的繩長，控制各該繩長收放速率，以使該移動座維持於該第二平面移動。
  10. 如請求項9所述的多軸移動平台的控制方法，其中，移動該移動座至該目標座標的步驟包含：計算當前座標與目標座標之間的距離，並將該距離分段，以取得多個分段點； 估算該移動座於該當前座標移動至該些分段點中最鄰近的該分段點的距離及時間，控制各該拉繩的收放以達到各該目標長度；於該移動座到達該最鄰近的分段點時，接以計算該移動座移動至下一個該分段點的距離及時間，控制各拉繩的收放以達到各該目標長度；及計算該移動座移動於相鄰的該等分段點之間的距離及時間，控制各該拉繩的收放以達到各該目標長度，直至該移動座到達該目標座標；其中，該等分段點的個數越多，計算該移動座移動時間及距離越縝密，且該移動座的移動狀態越趨近沿著一直線平移。
TW109113950A 2020-04-20 2020-04-24 多軸移動平台及其控制方法 TWI742633B (zh)

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