TWI792078B - 接觸感應器與運用其之自動化系統 - Google Patents

Abstract

一種接觸感應器，其上定義有至少一單位受觸區域，係用於設置在一 自動化設備的一可動構件，且與自動化設備的一控制器電性連接，以改變可動構件之運動狀態。接觸感應器包括一第一接觸感應單元以及一第二接觸感應單元。第一接觸感應單元位於單位受觸區域中，且具有一第一輸出端，第一輸出端與控制器電性連接。第二接觸感應單元亦位於單位受觸區域中，且具有一第二輸出端，第二輸出端與控制器電性連接。

Description

接觸感應器與運用其之自動化系統

本發明係關於一種接觸感應器，特別關於一種可大幅降低失效機率的接觸感應器，以及運用其之自動化系統。

隨著自動化設備的發展，自動化設備的安全性問題也受到關注。例如，由於會與作業人員近距離協同作業，協作機器人(collaboration robots)的安全機制成為重要課題。國際標準組織為此於近年發表了ISO/TS 15066，針對機器人裝置中的協作機器人訂定了進一步的安全性規範。

接觸偵測機制是自動化設備的安全機制的其中一種。增設接觸偵測機制之後，自動化設備即可在偵測到接觸事件時，做出緊急應變的處理。例如，請參考第1圖，一種習知的具備接觸偵測機制的自動化系統1為一協作機器人系統，包括一控制器11、一可動構件12、一接觸感應器13以及一訊號線14。可動構件12為協作機器人系統的可動機械手臂，其可依控制器11的控制進行運動。接觸感應器13係設置於可動構件12上，且以訊號線14與控制器11電性連接。

訊號線14可包括兩條導線，分別與接觸感應器13的輸入端與輸出端電性連接。輸入端提供接觸感應器13一電壓，當接觸感應器13偵測到接觸事件時，會電性導通輸入端與輸出端，使輸出端輸出電壓作為接觸訊號。控制器11因 此透過訊號線14可接收接觸訊號，並即時改變可動構件12的運動狀態，例如使可動構件12即時停止運動，以防止自動化系統1的運動傷害到附近協作的作業人員。

本發明提出一種用於自動化系統的接觸感應器，其設計可大幅降低失效機率，以確保與自動化設備協作的作業人員的安全。

為達上述目的，本發明的一實施例中，一接觸感應器上定義有至少一單位受觸區域，係用於設置在一自動化設備的一可動構件，且與自動化設備的一控制器電性連接，以改變可動構件之運動狀態。接觸感應器包括一第一接觸感應單元以及一第二接觸感應單元。第一接觸感應單元位於單位受觸區域中，且具有一第一輸出端，第一輸出端與控制器電性連接。第二接觸感應單元亦位於單位受觸區域中，且具有一第二輸出端，第二輸出端與控制器電性連接。

依本發明的另一態樣的實施例，一種自動化系統包括一自動化設備、一控制器與一接觸感應器。自動化設備包括一可動構件。控制器控制自動化設備的運動狀態。接觸感應器用於設置在可動構件，與控制器電性連接，且定義有至少一單位受觸區域。接觸感應器包括第一接觸感應單元與第二接觸感應單元。第一接觸感應單元位於單位受觸區域中，且具有一第一輸出端，第一輸出端與控制器電性連接。第二接觸感應單元亦位於單位受觸區域中，且具有一第二輸出端，第二輸出端與控制器電性連接。

在一個例子中，第一接觸感應單元與第二接觸感應單元於單位受觸區域中可以並排設置。在另一個例子中，第一接觸感應單元與第二接觸感應單元於單位受觸區域中也可以重疊設置。

在一個例子中，第一接觸感應單元可包括二膜層、二電極層、一感應層以及一間隙層。二膜層分別具有相對的一第一內表面與一第二內表面。二電極層分別設置於第一內表面與第二內表面上，且二電極層之間相隔一間隙。感應層設置於二電極層之其中之一上。間隙層設置於二膜層之間，以使二電極層之間保持間隙。感應層可包括一壓敏材料，壓敏材料內包含至少一導電物質。

在一個例子中，運動狀態可包括一停止狀態，且第一輸出端輸出的一接觸訊號可為一導通/不導通訊號。

依本發明的實施例，接觸感應器以及整個自動化系統的安全機制的失效機率可大幅地降低，確保了與自動化系統協作的作業人員的安全。

1:自動化系統

11:控制器

12:可動構件

13:接觸感應器

14:訊號線

2:自動化系統

21:控制器

22:可動構件

23:接觸感應器

231:第一接觸感應單元

231i:第一輸入端

231o:第一輸出端

232:第二接觸感應單元

232i:第二輸入端

232o:第二輸出端

24、24a、24b:訊號線

31a:膜層

31af:第一內表面

31b:膜層

31bf:第二內表面

32a:電極層

32b:電極層

33a:感應層

33b:感應層

34:間隙層

A:單位受觸區域

G:間隙

S11、S12:輸入訊號線

S21、S22:輸出訊號線

第1圖係示意圖，顯示一種習知的具備接觸偵測機制的自動化系統。

第2圖係示意圖，顯示依本發明一實施例的自動化系統。

第3圖係示意圖，顯示依本發明另一實施例的自動化系統。

第4圖係示意圖，顯示依本發明一實施例的第一接觸感應單元。

第5圖係立體示意圖，顯示依本發明一實施例的接觸感應器的結構。

第6圖係立體示意圖，顯示依本發明另一實施例的接觸感應器的結構。

第7圖係立體示意圖，顯示依本發明又一實施例的接觸感應器的結構。

第8圖係示意圖，顯示依本發明再一實施例的接觸感應器的結構。

請參考第2圖，依本發明一實施例的自動化系統2為一協作機器人系統，包括一控制器21、一可動構件22、一接觸感應器23、以及連接接觸感應器23與控制器21的訊號線24。在本實施例中，自動化系統2的控制器21、可動構件22與訊號線24分別與第1圖所繪示的習知技術中的控制器11、可動構件12與訊號線14相同，因此相關的描述在此不再贅述。

在本實施例中，接觸感應器23用於設置在可動構件，定義有至少一單位受觸區域A，且於單位受觸區域A中設有一第一接觸感應單元231以及一第二接觸感應單元232。第一接觸感應單元231具有一第一輸出端231o，第二接觸感應單元232則具有一第二輸出端232o。所謂單位受觸區域，在本實施例中係指作業人員與接觸感應器23接觸的最小區域，例如一公分乘一公分的區域等。在本實施例中，單位受觸區域A設置了兩個接觸感應單元。由於單位受觸區域是作業人員與接觸感應器23接觸的最小區域，因此如果單位受觸區域A被接觸，會使兩個接觸感應單元同時作動。

在第2圖的實施例中，訊號線24的數量以一條為例來說明。第3圖為依本發明另一實施例的自動化系統2的實施例，在此實施例中，訊號線24的數量以二條(24a、24b)為例，且本發明不以此為限制。即本發明之自動化系統2的實施例可具有至少一條訊號線24，且訊號線24的數量可為一條或多條。

請參考第4圖，在本實施例中，第一接觸感應單元231包括兩膜層31a與31b、兩電極層32a與32b、兩感應層33a與33b以及一間隙層34。兩膜層31a與31b分別具有相對應的第一內表面31af以及第二內表面31bf。兩電極層32a與32b分別設置於對應的第一內表面31af與第二內表面31bf上，且相隔一間隙G。兩感應層33a與33b分別設置於相對應的電極層32a與32b上。間隙層34設置於二膜層31a與 31b之間，以使二電極層32a與32b之間保持間隙G。二感應層33a與33b可為包括導電材料的壓敏材料(Pressure Sensitive Material)，並以塗佈或印刷的方式形成於二電極層32a與32b上。

當膜層31a被接觸時，會受到壓力而變形，使二電極層32a與32b之間的距離變短。感應層33a與33b的壓敏材料受到壓力，使壓敏材料內的導電材料接觸，形成一導電通路於二電極層32a與32b之間。如後參考第4圖所述，電極層32a與32b分別連接第一輸出端231o與第一輸入端231i。二電極層32a與32b之間若因接觸而形成導電通路，則第一輸入端231i接收的電壓可自第一輸出端231o輸出，以作為接觸訊號。

請參考第5圖，在本實施例中，第一接觸感應單元231以及一第二接觸感應單元232係位於接觸感應器23所定義出的單位受觸區域A中並排設置。在此實施例中，第二感應單元232的第二輸出端232o與第一接觸感應單元231的第一輸出端231o在接觸感應器23中接觸連接，第二感應單元232的第二輸入端232i與第一接觸感應單元231的第一輸入端231i在接觸感應器23中接觸連接。第一輸出端231o與電極層32a電性連接，第一輸入端231i則與電極層32b電性連接。

基於此設計，當與自動化系統2協作的作業人員接觸到接觸感應器23的單位受觸區域A時，第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232都會輸出接觸訊號。如此，即使第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232其中之一失效，也不會發生完全沒有接觸訊號輸出的狀況，即本發明以具有多重化接觸感應單元的接觸感應器23大幅提升了自動化系統2的安全性。此外，由於第一輸入端231i與第二輸入端232i在接觸感應器23中電性連接，並與單一的輸入訊號線S11接觸連接，第一輸出端231o與第二輸出端232o也在接觸感應器23中電性連接， 並與單一的輸出訊號線S21接觸連接，且輸入訊號線S11延伸與輸出訊號線S21延伸至該接觸感應器23的外部，因此，在此實施例中，第2圖所示之訊號線24可以直接與本實施例的接觸感應器23連接，而不需做任何的設計變更或轉接。換言之，在此實施例中，該訊號線24內僅包括單一輸入訊號線S11以及單一輸出訊號線S21，且藉由單一的輸入訊號線S11以及輸出訊號線S21與第一輸入端231i、第二輸入端232i以及第一輸出端231o以及第二輸出端232o接觸連接，有效簡化訊號線的線路配置之複雜度。

請參考第6圖，在本實施例中，與第5圖具有相同元件符號的為相同元件，與此將不再贅述。第6圖與第5圖的差別在於，在本實施例中，具有二輸入訊號線S11、S12以及二輸出訊號線S21、S22，第一輸入端231i與第二輸入端232i以分開的二輸入訊號線S11、S12延伸至該接觸感應器23的外部，第一輸出端231o與第二輸出端232o以分開的二輸出訊號線S21、S22延伸至該接觸感應器23的外部，且該輸入訊號線S11與該輸出訊號線S21形成與控制器21電性連接的訊號線24a(如第3圖所示)，該輸入訊號線S12與該輸出訊號線S22形成與控制器21電性連接的訊號線24b(如第3圖所示)。藉此，本發明之接觸感應器23之實施例除了在接觸感應器23的內部實現接觸感應單元231、232的多重化之外，更以複數訊號線24a、24b的方式實現訊號線的多重化，以不同訊號線24a、24b輸出同一組接觸訊號的方式，在訊號線24a、24b的其中一者失效時，也不會發生完全沒有接觸訊號輸出的狀況，即以本發明以多重化的接觸感應器23以及訊號線24大幅提升了自動化系統2的安全性。

請參考第7圖，在本實施例中，與第6圖具有相同元件符號的為相同元件，與此將不再贅述。第7圖與第6圖的差別在於，第一接觸感應單元231與 第二接觸感應單元232彼此獨立不電性連接，並透過個別的訊號線24a、24b與控制器21電性連接(如第3圖所示)。進一步的來說，第一接觸感應單元231的第一輸入端231i單獨地以輸入訊號線S11延伸至該接觸感應器23的外部，第一接觸感應單元231的第一輸出端231o單獨地以輸出訊號線S21延伸至該接觸感應器23的外部，第二接觸感應單元232的第二輸入端232i單獨地以輸入訊號線S12延伸至該接觸感應器23的外部，第二接觸感應單元232的第二輸出端232o單獨地以輸出訊號線S22延伸至該接觸感應器23的外部，且輸入訊號線S11與輸出訊號線S21形成訊號線24a，輸入訊號線S12與輸出訊號線S22形成訊號線24b。換言之，本實施例中，第一接觸感應單元231的第一輸入端231i不與第二接觸感應單元232的第二輸入端232i接觸連接，第一接觸感應單元231的第一輸出端231o不與第二接觸感應單元232的第二輸出端232o接觸連接。

基於此設計，當與自動化系統2協作的作業人員接觸到接觸感應器23的單位受觸區域A時，第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232都會輸出接觸訊號。如此，即使第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232其中之一失效，也不會發生完全沒有接觸訊號輸出的狀況，大幅提升了自動化系統2的安全性。此外，由於第一接觸感應單元231與第二接觸感應單元232彼此不接觸連接，因此當其中一者失效時，可於接觸感應器23外部快速進行檢測，增進接觸感應器23檢修時的便利性。

請參考第8圖，在另一實施例中，第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232於單位受觸區域A中係重疊配置。與第5圖所繪示者相似地，當接觸感應器23的單位受觸區域A被接觸時，彼此重疊配置的第一接觸感應單元231以及第二接觸感應單元232皆會輸出接觸訊號，因此即使第一接觸感應單元 231以及第二接觸感應單元232其中之一失效，也不會發生完全沒有接觸訊號輸出的狀況，因此大幅提升了自動化系統2的安全性。

在一實施例中，接觸感應器23所輸出的接觸訊號為導通/不導通訊號(on/off signal)，並非例如攜帶通訊封包資料的訊號等的複雜訊號。因此，接觸感應器23不需要設置數值運算所需的元件，例如處理器或記憶體等來輸出接觸訊號。這進一步降低了接觸感應器23的故障風險。此外，當接觸感應器23被觸摸時，由於接觸訊號是導通/不導通訊號，控制器21不需要對接觸訊號進行編碼解碼處理，可以立刻改變自動化系統2的運動狀態，例如使自動化系統2的可動構件22立刻進入停止狀態。此種設計大幅提升了安全裝置的反應速度，並且降低了整個安全機制的失效機率。

在上述的實施例中，接觸感應器23具備一個單位受觸區域，且單位受觸區域中設有兩個接觸感應單元。惟熟習相關技藝者可根據實際的應用，改變單位受觸區域的數量，或是每個單位受觸區域中設置的接觸感應單元的數量。例如，接觸感應器23可以具備四個單位受觸區域，且每個單位受觸區域中均設有四個接觸感應單元，而不脫離本發明的精神與範疇。

依上述本發明的實施例，接觸感應器以及整個自動化系統的安全機制的失效機率可大幅地降低，確保了與自動化系統協作的作業人員的安全。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

2:自動化系統

21:控制器

22:可動構件

23:接觸感應器

24:訊號線

231:第一接觸感應單元

231o:第一輸出端

232:第二接觸感應單元

232o:第二輸出端

A:單位受觸區域

Claims (22)

1. 一種接觸感應器，其上定義有至少一單位受觸區域，且係用於設置在一自動化設備的一可動構件，以及用於與該自動化設備的一控制器電性連接，以改變該可動構件之運動狀態，該接觸感應器包括：一第一接觸感應單元，位於該單位受觸區域中，且具有一第一輸出端，該第一輸出端與該控制器電性連接；以及一第二接觸感應單元，位於該單位受觸區域中，且具有一第二輸出端，該第二輸出端與該控制器電性連接。
2. 如請求項1之接觸感應器，其中該第一接觸感應單元與該第二接觸感應單元於該單位受觸區域中係並排設置。
3. 如請求項1之接觸感應器，其中該第一接觸感應單元與該第二接觸感應單元於該單位受觸區域中係重疊設置。
4. 如請求項1之接觸感應器，其中該第一接觸感應單元包括：二膜層，分別具有相對的一第一內表面與一第二內表面；二電極層，分別設置於該第一內表面與該第二內表面上，且該二電極層之間相隔一間隙；一感應層，設置於該二電極層之其中之一上；以及一間隙層，設置於該二膜層之間，以使該二電極層之間保持該間隙。
5. 如請求項4之接觸感應器，其中該感應層包括一壓敏材料，該壓敏材料內包含至少一導電物質。
6. 如請求項1之接觸感應器，其中該運動狀態包括一停止狀態。
7. 如請求項1之接觸感應器，其中該第一輸出端輸出的一接觸訊號為一導通/不導通訊號。
8. 如請求項1之接觸感應器，其中該接觸感應器以至少二訊號線與該控制器電性連接，每一該訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該等訊號線中的其中一者的輸出訊號線接觸連接，該第二輸出端與該等訊號線的其中另一者的輸出訊號線接觸連接。
9. 如請求項1之接觸感應器，其中該第一輸出端與該第二輸出端於該接觸感應器中接觸連接。
10. 如請求項9之接觸感應器，其中，該接觸感應器以一單一訊號線與該控制器電性連接，該單一訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該第二輸出端與該輸出訊號線接觸連接。
11. 如請求項9之接觸感應器，其中，該接觸感應器以至少二訊號線與該控制器電性連接，每一該訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該第二輸出端與該至少二訊號線的輸出訊號線接觸連接。
12. 一種自動化系統，包括：一自動化設備，其包括一可動構件；一控制器，其控制該可動構件之運動狀態；一接觸感應器，其上定義有至少一單位受觸區域，設置在該可動構件，且與該控制器電性連接，該接觸感應器包括：一第一接觸感應單元，位於該單位受觸區域中，且具有一第一輸出端，該第一輸出端與該控制器電性連接；以及 一第二接觸感應單元，位於該單位受觸區域中，且具有一第二輸出端，該第二輸出端與該控制器電性連接。
13. 如請求項12之自動化系統，其中該第一接觸感應單元與該第二接觸感應單元位於該單位受觸區域中係並排設置。
14. 如請求項12之自動化系統，其中該第一接觸感應單元與該第二接觸感應單元位於該單位受觸區域中係重疊設置。
15. 如請求項12之自動化系統，其中該第一接觸感應單元包括：二膜層，具有相對的一第一內表面與一第二內表面；二電極層，分別設置於該第一內表面與該第二內表面上，且該二電極層之間相隔一間隙；一感應層，設置於該二電極層之其中之一上；以及一間隙層，設置於該二膜層之間，以使該二電極層之間保持該間隙。
16. 如請求項15之自動化系統，其中該感應層包括一壓敏材料，該壓敏材料內包含至少一導電物質。
17. 如請求項12之自動化系統，其中該運動狀態包括一停止狀態。
18. 如請求項12之自動化系統，其中該第一輸出端輸出的一接觸訊號為一導通/不導通訊號。
19. 如請求項12之自動化系統，其中該接觸感應器以至少二訊號線與該控制器電性連接，每一該訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該等訊號線中的其中一者的輸出訊號線接觸連接，該第二輸出端與該等訊號線的其中另一者的輸出訊號線接觸連接。
20. 如請求項12之自動化系統，其中該第一輸出端與該第二輸出端於該接觸感應器中接觸連接。
21. 如請求項20之自動化系統，其中，該接觸感應器以一單一訊號線與該控制器電性連接，該單一訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該第二輸出端與該輸出訊號線接觸連接。
22. 如請求項20之自動化系統，其中，該接觸感應器以至少二訊號線與該控制器電性連接，每一該訊號線包括一輸出訊號線，該第一輸出端與該第二輸出端與該至少二訊號線的輸出訊號線接觸連接。

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