TWI810066B - 機械手臂的運行系統 - Google Patents

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本發明的機械手臂的運行系統包括一控制裝置、多個軸驅控裝置及一解煞監控裝置。控制裝置用以產生一運行指令。軸驅控裝置耦接控制裝置。每一軸驅控裝置包括一馬達及一驅動器。多個軸驅控裝置的驅動器接收運行指令來產生對應的多個解煞信號。多個解煞信號用以解除對應的軸驅控裝置的馬達的一煞車狀態。解煞監控裝置耦接控制裝置及軸驅控裝置，且包括多個監控電路。其中，在多個監控電路的其中一者沒有接收到對應的解煞信號時，解煞監控裝置通知控制裝置不允許執行運行指令。

Description

機械手臂的運行系統
本發明與機械手臂有關，特別是指一種機械手臂的運行系統。
機械手臂的運作是透過控制裝置的運行指令控制機械手臂的各軸(關節)的軸驅控裝置來運行，軸驅控裝置包括馬達及驅動器(driver)。在機械手臂斷電或是前一運行結束後，馬達的煞車機構會閉合，以鎖住馬達。因此，當要執行新的運行指令時，控制裝置在發送運行指令給軸驅控裝置的驅動器後，驅動器會供應解煞電源給馬達，以讓煞車機構解除煞車，而鬆開馬達，如此，馬達就能正常依據運行指令運作。
但在實務中，驅動器有可能故障或誤動作，而沒有送出解煞電源，表示，馬達尚未鬆開，接著，驅動器繼續執行控制裝置的運行指令驅動馬達，如此，強迫運行被鎖住的馬達會導致磨損或燒毀的問題。
有鑑於上述缺失，本發明的目的在於提供一種可靠且安全的機械手臂的運行系統。
緣是，依據本發明的機械手臂的運行系統包括一控制裝置、多個軸驅控裝置及一解煞監控裝置。控制裝置用以產生一運行指令。多個軸驅控裝置耦接控制裝置。每一軸驅控裝置包括一馬達及一驅動器。多個軸驅控裝置的驅動器接收運行指令來產生對應的多個解煞信號。多個解煞信號用以解除對應的各該馬達的一煞車狀態。解煞監控裝置耦接控制裝置及多個軸驅控裝置，且包括多個監控電路。多個監控電路對應多個軸驅控裝置且用以接收多個解煞信號來解除煞車狀態，而通知控制裝置允許執行運行指令，以使多個軸驅控裝置的各該馬達依據運行指令運作。其中，在多個監控電路的其中一者沒有接收到對應的解煞信號時，解煞監控裝置通知控制裝置不允許執行運行指令。
如此，本發明的機械手臂的運作系統可透過對應多個軸驅控裝置數量的解煞監控裝置的監控電路以一對一的方式監視驅動器是否正常輸出解煞信號來確認驅動器的狀態，進而回授接收解煞信號的狀態給控制裝置，來避免馬達損壞或燒毀。
以下藉由所列舉的若干實施例配合圖式，詳細說明本發明的技術內容及特徵，本說明書內容所提及的“連接”或“耦接”用語，只是以正常形成電性導通或連接的用語，並非作為限制主張範圍的用意。
為了詳細說明本發明的技術特點所在，茲舉以下的實施例並配合圖式說明如後，其中：
如圖1及圖2所示，圖1是本發明的運行系統10應用於機械手臂50的示意圖，圖2是運行系統10的組成方塊圖。本實施例中，機械手臂50可以六軸方向運行。
運行系統10包括一控制裝置30、六個軸驅控裝置(joint device)51-56及一解煞監控裝置70。
控制裝置30用以產生一運行指令。運行指令包括運行中需要運作的各軸驅控裝置51-56的解煞及運行規劃，以讓各軸驅控裝置51-56按照運行規劃執行動作。
各該軸驅控裝置51-56耦接控制裝置30。每一軸驅控裝置51-56包括一驅動器511-561及一馬達513-563。各該軸驅控裝置51-56的驅動器511-561接收運行指令來產生對應的六個解煞信號，各該解煞信號用以解除對應的各該軸驅控裝置51-56的馬達513-563的一煞車狀態。其中，在煞車狀態中，馬達513-563是不能被運轉或運行。在解除煞車狀態後，馬達513-563被釋放才能被自由地運轉或運行，也就是執行運行規劃。
解煞監控裝置70耦接控制裝置30及各該軸驅控裝置51-56，且包括六個監控電路71-76。各該監控電路71-76對應連接各該軸驅控裝置51-56，且接收對應的各該解煞信號來解除煞車狀態，而通知控制裝置30允許執行運行指令，以使馬達513-563依據運行指令運作。
其中，在監控電路71-76的其中一者沒有接收到解煞信號時，解煞監控裝置70通知控制裝置30不允許執行運行指令。監控電路71-76的其中一者表示任一個或一個以上(例如二個、三個、四個、五個、六個)，在這種情況下，控制裝置30不允許軸驅控裝置51-56執行運行指令中的運行規劃，以避免馬達513-563在煞車狀態中強行運轉所造成損壞。
此外，判斷是否收到解煞信號是對已選擇啟用的監控電路71-76，在其他實施例中，當只選擇啟用六個當中的三個時，上述的收到解煞信號的判斷是對已被啟用的監控電路，其餘未被啟用的則不進行判斷或確認。當然在其他實施例中，選擇啟用的監控電路71-76的數量可以更多或較少，而不以上述舉例為限。
如圖3所示，圖3是解煞監控裝置的第一實施例的電路圖。各該監控電路71-76是相同的組成，其每一者包括一信號偵測單元711-761、一開關單元713-763、一通知單元715-765及一電源處理單元717-767。
信號偵測單元711-761連接驅動器511-561，且用以接收解煞信號。本實施例中，信號偵測單元711-761包括輸入電晶體Q1-Q6，輸入電晶體Q1-Q6是選用P通道型場效電晶體(PMOSFET)。輸入電晶體Q1-Q6的閘極連接驅動器511-516，用以接收解煞信號。輸入電晶體Q1-Q6的源極連接解煞電源V B。
開關單元713-763連接信號偵測單元711-761及通知單元715-765。輸入電晶體Q1-Q6的汲極連接開關單元713-763的輸入端，通知單元715-765連接開關單元713-763的輸出端。本實施例中，開關單元713-763例如指撥開關，用以選擇使用及未使用的監控電路71-76，例如，僅需使用六個軸驅控裝置中的其中三個軸驅控裝置時，透過開關單元713-763開啟對應這三個軸驅控裝置的開關，未使用的軸驅控裝置所對應的開關單元713-763則保持斷開，以保留軸驅控裝置的使用彈性。
通知單元715-765連接控制裝置30，且依據信號偵測單元711-761的運作通知控制裝置30是否有收到解煞信號。本實施例中，每一通知單元715-765是相同的電路組成，例如二極體及發光二極體。二極體連接開關單元713-763及控制裝置30，以改變電壓或信號的位階(例如高電壓及低電壓)來通知控制裝置30。發光二極體則可透過光線來進行提醒，以便於維修及監控。
在輸入電晶體Q1-Q6的閘極接收到解煞信號時，輸入電晶體Q1-Q6成截止狀態，因此，輸入電晶體Q1-Q6的汲極不會對開關單元713-763及通知單元715-765供電，而以低電壓通知控制裝置30。
相反地，異常狀態舉例來說，當輸入電晶體Q3的閘極沒有接收到解煞信號，但其他輸入電晶體Q1-Q2及Q4-Q6的閘極有接收到解煞信號時，輸入電晶體Q3會成導通狀態，輸入電晶體Q1-Q2及Q4-Q6會成截止狀態，因此，輸入電晶體Q1-Q2及Q4-Q6的汲極不會對開關單元713-723、743-763及通知單元715-725、745-765供電，但輸入電晶體Q3的汲極可以對開關單元733及通知單元735供電，因此，通知單元735會以高電壓通知控制裝置30存在異常，以使控制裝置30輸出停止指令，來讓驅動器511-561不能或停止執行運行指令。
電源處理單元717-767連接解煞電源V B、對應軸驅控裝置51-56的驅動器511-561及馬達513-563，且依據解煞信號對應的馬達513-563供應解煞電源V B，以鬆開馬達513-563的煞車機構。
本實施例中，電源處理電路717-767包括觸發元件及供電電晶體Q7-Q12。觸發元件連接供電電晶體Q7-Q12及對應各該軸驅控裝置51-56的驅動器511-561。觸發元件依據解煞信號觸發供電電晶體Q7-Q12導通，以對馬達513-563供應解煞電源V B。其中，在沒有收到解煞信號時，觸發元件不會對觸發供電電晶體Q7-Q12導通。
觸發元件例如N通道場效電晶體(NMOSFET)Q13-Q18，供電電晶體Q7-Q12例如P通道場效電晶體(PMOSFET)。N通道場效電晶體Q13-Q18的閘極連接各該軸驅控裝置51-56的驅動器511-561，N通道場效電晶體Q13-Q18的源極連接至接地端，N通道場效電晶體Q13-Q18的汲極連接解煞電源V B及供電電晶體Q7-Q12的閘極，供電電晶體Q7-Q12的源極連接解煞電源V B，供電電晶體Q7-Q12的汲極連接各該軸驅控裝置51-56的馬達513-563。
當N通道場效電晶體Q13-Q18的閘極都正常接收到解煞信號時，N通道場效電晶體Q13-Q18觸發供電電晶體Q7-Q12導通，而使供電電晶體Q7-Q12的汲極對各該軸驅控裝置51-56的馬達513-563供應解煞電源V B，來讓馬達513-563完成解煞，隨後，馬達513-563即可正常執行運行指令。
延續前述異常的例子，發生異常時，解煞電源V B是無法傳送給馬達533。
如圖4所示，圖4是解煞監控裝置的第二實施例的電路圖。相較於圖3的差異在於觸發元件，圖3的觸發元件是以場效電晶體為例，圖4的觸發元件是以光電耦合器U1-U6為例，相同部分的組成及運作於此不再贅述。
當各該軸驅控裝置51-56的驅動器511-561正常輸出解煞信號時，光電耦合器U1-U6會被導通來觸發供電電晶體Q7-Q12導通，以使供電電晶體Q7-Q12的汲極對各該軸驅控裝置51-56的馬達513-563供應解煞電源V B，來釋放馬達513-563，隨後，馬達513-563即可正常執行運行指令。
相同地，當軸驅控裝置51-56的驅動器511-561的至少一者沒有正常輸出解煞信號時，沒有接收到解煞信號的光電耦合器U1-U6是不會被導通，因此，供電電晶體Q7-Q12也不會被觸發。
如圖5所示，圖5是解煞監控裝置的第三實施例的電路圖。每一監控電路71-76包括一繼電器K1-K6及一開關單元713-763。開關單元713-763連接繼電器K1-K6及控制裝置30。繼電器K1-K6包括控制線圈、第一共同接點C1、第一常閉接點NC1、第一常開接點NO1、第二共同接點C2、第二常閉接點NC2、第二常開接點NO2。控制線圈連接對應軸驅控裝置51-56的驅動器511-561。第一共同接點C1連接至接地端。第一常開接點NO1連接開關單元713-763。第二共同接點C2連接解煞電源V B。第二常開NO2接點連接對應六軸驅控裝置的馬達513-563。
當控制線圈正常接收到驅動器511-561送出的解煞信號後，繼電器K1-K6的開關會從常閉接點NC1、NC2切換至常開接點NO1、NO2，以透過第一常開接點NO1、開關單元713-763通知控制裝置30，以使控制裝置30控制軸驅控裝置51-56的驅動器511-561執行運行指令。解煞電源V B則可透過第二常開接點NO2供電至馬達513-563，以釋放馬達513-563。
相同地，當任一繼電器K1-K6的控制線圈沒有接收到解煞信號時，沒有接收到解煞信號的繼電器K1-K6的開關仍保持在常閉接點NC1、NC2位置，如此，沒有接收到解煞信號的繼電器K1-K6回授給控制裝置30的狀態(例如高電壓位階)是與其他有收到解煞信號的繼電器K1-K6回授給控制裝置30的狀態(例如低電壓位階)不同，因此，控制裝置30輸出停止指令而不允許執行運行指令，以避免馬達513-563磨損或燒毀。
雖然上述的各實施例是以六軸機械手臂為例，但其他實施例中，軸驅控裝置及監控電路的數量可以更多或較少，例如超過六軸，或是例如僅有二軸、三軸、四軸或五軸，因此，本發明的運行系統不以六軸為限。
透過上述實施例說明本領域技術人員可理解本發明的機械手臂的運行系統的硬體配置的技術及目的，因此，上述關於電晶體(包括N通道或P通道)或繼電器的配置亦能在硬體中透過數量或邏輯元件安排來改變而達成相同的技術及目的，因此，實施例中所說明的電晶體及繼電器並非作為限制主張範圍的用意。此外，前述對於以電壓位階的高及低來確認解煞信號傳輸狀態也僅是用以說明本發明，在其他實施例可以透過與本發明相反的邏輯進行判斷，例如低電壓位階代表沒有收到解煞信號。
10:運行系統
30:控制裝置
50:機械手臂
51-56:軸驅控裝置
511-561:驅動器
513-563:馬達
70:解煞監控裝置
71-76:監控電路
711-761:信號偵測單元
713-763:開關單元
715-765:通知單元
717-767:電源處理單元
Q1-Q6:輸入電晶體
Q7-Q12:供電電晶體
Q13-Q18:N通道場效電晶體
U1-U6:光電耦合器
K1-K6:繼電器
V B:解煞電源
有關機械手臂的運行系統的詳細構造、特點與其運作將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本發明的申請專利範圍，其中：
圖1是本發明的機械手臂的運行系統的示意圖。 圖2是圖1中運行系統的方塊圖。 圖3是圖2中解煞監控裝置的第一實施例的電路圖。 圖4是圖2中解煞監控裝置的第二實施例的電路圖。 圖5是圖2中解煞監控裝置的第三實施例的電路圖。
10:運行系統
30:控制裝置
50:機械手臂
51-56:軸驅控裝置
70:解煞監控裝置

Claims (7)

  1. 一種機械手臂的運行系統，包括：一控制裝置，用以產生一運行指令；多個軸驅控裝置，耦接該控制裝置，每一軸驅控裝置包括一馬達及一驅動器，該多個軸驅控裝置的驅動器接收該運行指令來產生對應的多個解煞信號，該多個解煞信號用以解除對應的各該馬達的一煞車狀態；及一解煞監控裝置，耦接該控制裝置及該多個軸驅控裝置，且包括多個監控電路，該多個監控電路對應該多個軸驅控裝置且用以接收該多個解煞信號來解除該煞車狀態，而通知該控制裝置允許執行該運行指令，以使該多個軸驅控裝置的各該馬達依據運行指令運作，其中，在該多個監控電路的其中一者沒有接收到對應的該解煞信號時，該解煞監控裝置通知該控制裝置不允許執行該運行指令。
  2. 如請求項1所述的機械手臂的運行系統，其中，該多個監控電路的每一者包括一信號偵測單元、一開關單元、一通知單元及一電源處理單元，該信號偵測單元連接對應該多個軸驅控裝置的各該驅動器，且用以接收該解煞信號，該開關單元連接該信號偵測單元及該通知單元，該通知單元連接該控制裝置，且依據該信號偵測單元的運作通知該控制裝置是否有收到該解煞信號，該電源處理單元連接一解煞電源、對應該多個軸驅控裝置的各該驅動器及各該馬達，且依據解煞信號對應的該馬達供應該解煞電源。
  3. 如請求項2所述的機械手臂的運行系統，其中，該信號偵測單元包括一電晶體，該電晶體依據該解煞信號運作。
  4. 如請求項2所述的機械手臂的運行系統，其中，該電源處理電路包括一觸發元件及一供電電晶體，該觸發元件連接該供電電晶體及對應該多個軸驅控裝置的各該驅動器，該觸發元件依據該解煞信號觸發該供電電晶體導通，以對該馬達供應該解煞電源，在沒有收到該解煞信號時，該觸發元件不能觸發該供電電晶體導通。
  5. 如請求項4所述的機械手臂的運行系統，其中，該觸發元件包括一電晶體。
  6. 如請求項4所述的機械手臂的運行系統，其中，該觸發元件包括一光電耦合器。
  7. 如請求項1所述的機械手臂的運行系統，其中，該多個監控電路的每一者包括一繼電器及一開關單元，該開關單元連接該繼電器及該控制裝置，該繼電器包括一控制線圈、一第一共同接點、一第一常閉接點、一第一常開接點、一第二共同接點、一第二常閉接點及一第二常開接點，該控制線圈連接對應該多個軸驅控裝置的各該驅動器，該第一共同接點連接一接地端，該第一常開接點連接該開關單元，該第二共同點連接一解煞電源，該第二常開接點連接對應該多個軸驅控裝置的各該馬達。
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