TWI819541B - 機械臂上下料控制系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種機械臂上下料控制系統及方法，主要包括一機械臂、一抓取模組、一防掉落模組、一警示模組以及一控制模組；其中之抓取模組用於抓取工件，設置在機械臂上，並與控制模組通訊連接；防掉落模組用於獲取工件之掉落資訊，設置在機械臂上，並與控制模組通訊連接；警示模組用於發出警示資訊，並與控制模組通訊連接；而控制模組用於控制抓取模組以抓取工件，以及控制警示模組之發出警示資訊，藉以在抓取物料之過程中，能監測物料是否處於穩定運輸之狀態。

Description

機械臂上下料控制系統及方法

本創作係有關自動化設備領域，尤指一種機械臂上下料控制系統及方法。

機械臂是指高精度，多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的複雜系統。因其獨特的操作靈活性，已在工業裝配、安全防爆等領域得到廣泛應用。

而由於機械臂是一個複雜系統，存在著參數攝動、外界干擾及未建模動態等不確定性。因而機械臂之建模模型也存在著不確定性，對於不同的任務，即需要規劃機械臂關節空間之運動軌跡，從而級聯構成末端位姿。在機械臂抓取物料上下料的過程中，通過吸取物料從一個地方到另一個地方，實現對物料之自動上下料。惟，在機械臂上下料的過程中，容易出現抓取物料不穩之情況，而在機械臂抓取工件上下料的過程中，若是沒有抓取穩固，將導致工件從高處掉落下來。

有鑑於此，為了提供一種有別於習用技術之結構與方法，並改善上述之缺點，創作人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本創作之產生。

本創作之一目的在提供一種機械臂上下料控制系統及方法，俾能解決習用機械臂在上下料的過程中，容易出現抓取物料不穩，從高處掉落之問題，而能在獲取工件之掉落資訊時，能經由警示模組以進行警示通知，並通知工作人員以引起注意，從而在抓取物料的過程中，能夠監測物料是否處於穩定運輸的狀態，以確保作業順暢。

為達上述創作之目的，本創作所設之機械臂上下料控制系統主要包括一機械臂、一抓取模組、一防掉落模組、一警示模組以及一控制模組；其中之抓取模組用於抓取一工件，抓取模組設置於機械臂上，並與控制模組通訊連接；防掉落模組用於獲取工件之掉落資訊，防掉落模組設置於機械臂上，並與控制模組通訊連接；警示模組用於發出一警示資訊，警示模組與控制模組通訊連接；而控制模組用於控制抓取模組之抓取工件，以及控制警示模組之發出警示資訊。

實施時，本創作更包括一伸縮桿模組，伸縮桿模組與控制模組通訊連接、伸縮桿模組設置於機械臂上，用於抓取模組到達一抓取位時，被工件抵接而收縮，更用於在抓取模組到達抓取位而未收縮時，生成未收縮資訊；控制模組更用於接收未收縮資訊；警示模組更用於在控制模組接收到未收縮資訊時，發出警示資訊。通過採用上述技術方案，在抓取模組抵達抓取位以抓取工件時，伸縮模組接觸到工件之後，工件抵接伸縮模組，使伸縮模組出現收縮，而當抓取位沒有工件時，伸縮模組就無法抵接工件，所以就不能收縮，此時警示模組進行警示，通知工作人員需要補充工件，因此具有監控剩餘工件數量的效果。

實施時，本創作更包括一移動工作臺，移動工作臺用於放置工件；移動工作臺開設有供伸縮桿模組穿入之一通孔。通過採用上述技術方案，設置移動工作臺可方便放置工件，並且將工件移動至機械臂下方，供抓取模組抓取；而在移動工作臺上開設通孔，當移動工作臺上之工件被抓取完畢時，沒有工件的阻擋，伸縮桿模組會直接穿入通孔內，所以不會出現收縮的現象，則會發出未收縮資訊給控制模組，因此能方便確定移動工作臺上是否還存在工件。

實施時，本創作更包括一保護罩，保護罩用於罩住機械臂與移動工作臺，保護罩之側壁開設有供移動工作臺通過之一通道。通過採用上述技術方案，由於工作環境可能會屬於較為重要的場合，因此設置保護罩能保護系統處於一個安全的工作區域，能一定程度避免無關人員進入工作區域內；而設置通道則能方便移動工作臺進入保護罩內。

實施時，保護罩內設有一人臉檢測模組，人臉檢測模組與控制模組通訊連接；人臉檢測模組用於獲取保護罩內之人臉資訊；控制模組更用於基於保護罩內之人臉資訊，控制機械臂停止工作。通過採用上述技術方案，當在系統工作的過程中，為了避免無關人員進入工作區域內，當人臉檢測模組檢測到有人員進入工作區域內時，可以控制機械臂停止工作，從而避免在上下料的過程中，對無關人員造成影響，從而也減少了無關人員對機械臂正常工作的影響。

實施時，本創作更包括一感應模組，感應模組設置於移動工作臺上，用於獲取並且發送移動工作臺與機械臂之距離資訊給控制模組；控制模組更用於在移動工作臺與機械臂之距離小於預設之距離閾值時，控制機械臂開始工作。通過採用上述技術方案，當移動工作臺移動至機械臂附近時，感應模組能獲取二者之間的距離資訊，然後當二者的距離小於預設的距離閾值時，則能控制機械臂正常工作，從而能自動控制機械臂自動工作。

實施時，保護罩上設有一玻璃窗，保護罩與玻璃窗上設有一磁吸組件。通過採用上述技術方案，設置磁吸組件可便於吸附玻璃窗。

實施時，保護罩係採用PVC材質所製成。通過採用上述技術方案，由於工作環境可能出現腐蝕性氣體，PVC材質的保護罩能減小腐蝕性氣體對自身的損傷。

本創作所設之使用機械臂上下料控制系統之機械臂上下料控制方法，主要包括下列步驟：獲取機械臂運動之過程資訊；基於過程資訊以獲取工件之掉落資訊；以及基於工件之掉落資訊，控制警示模組以發出警示資訊。通過採用上述技術方案，在機械臂抓取工件上下料的過程中，若機械臂在抓取工件的過程中，沒有抓取穩固將導致工件從高處掉落下來，因此當獲取到工件的掉落資訊時，通過警示模組進行警示通知，通知工作人員引起注意，即可在抓取物料的過程中，能監測物料是否處於穩定運輸的狀態。

實施時，獲取機械臂運動之過程資訊的步驟之後更包括下列步驟：獲取機械臂到達抓取位之到達資訊；基於到達資訊，若收到伸縮桿模組發送之未收縮資訊時，則控制預設之警示模組發出警示資訊。通過採用上述技術方案，在抓取模組抵達抓取位以抓取工件時，伸縮模組接觸到工件之後，工件抵接伸縮模組，使伸縮模組出現收縮，而當抓取位沒有工件時，伸縮模組就無法抵接工件，所以就不能收縮，此時警示模組進行警示，通知工作人員需要補充工件，因此具有監控剩餘工件數量的效果。

為進一步瞭解本創作，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本創作之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下：

請參閱圖1所示，其為本創作機械臂上下料控制系統之第一實施例，主要包括一機械臂1與一保護罩2，其中之保護罩2用於罩住機械臂1與移動工作臺6，保護罩2以PVC材質所製成，PVC材質之保護罩2能減小工作環境中之腐蝕性氣體對自身的損傷。保護罩2上設有一玻璃窗3，通過玻璃窗3能便於看清機械臂1之工作情況。保護罩2與玻璃窗3設有用於吸附玻璃窗3之一磁吸組件4，磁吸組件4可以為磁鐵與鐵塊，利用磁鐵與鐵塊相互吸附以方便緊閉玻璃窗3。

請同時參閱圖1、圖2所示，本創作機械臂上下料控制系統更包括一移動工作臺6、一抓取模組14、一防掉落模組8、一警示模組9、一控制模組10、一伸縮桿模組11、一人臉檢測模組12以及一感應模組13。

移動工作臺6用於放置一工件；移動工作臺6具有四個滾輪，便於移動工件。抓取模組14用於抓取工件，抓取模組14設置在機械臂1上，並與控制模組10通訊連接；在本實施例中，抓取模組14為設置在機械臂1一端之多組吸盤，吸盤的數量設置為四個。

保護罩2之側壁開設有供移動工作臺6通過之一通道5，移動工作臺6經由通道5以移動至保護罩2內。保護罩2之側壁上設有一高度警示器15，高度警示器15位於通道5之上方，且高度警示器15之高度稍高於移動工作臺6堆滿工件時之總體高度。當人員進入保護罩2內部時，高度警示器15感應到存在高於移動工作臺6之物體資訊，即會進行警告提示。

防掉落模組8用於獲取工件之掉落資訊，防掉落模組8設置在機械臂1上，並與控制模組10通訊連接；防掉落模組8通過拍攝圖像之方式，在獲取相鄰兩幀圖像中之工件相對位置超過閾值時，即代表工件在自由落體運動，其中之閾值為在正常向上抓取工件的過程中之工件平均位移。警示模組9用於發出警示資訊，警示模組9與控制模組10通訊連接；警示模組9為聲音形式及/或燈光形式之電子裝置，電子裝置與外界之終端設備通訊連接，供發送出警示資訊。

控制模組10包括一中央處理器，控制模組10用於控制抓取模組14抓取工件，以及控制警示模組9發出警示資訊。而伸縮桿模組11與控制模組10通訊連接，伸縮桿模組11設置在機械臂1上，用於在抓取模組14到達抓取位時被工件抵接而收縮，伸縮桿模組11包括分別豎直設置之固定桿與活動桿，其中之固定桿垂直連接在機械臂1之下端，活動桿在固定桿內部沿著豎直方向滑動。在正常狀態下，活動桿由於重力因素，大部分位於固定桿之外；當吸盤吸附工件時，活動桿會受到工件之抵壓而進入固定桿之內部。

移動工作臺6上開設有供伸縮桿模組11穿入之通孔7，在抓取模組14到達抓取位而伸縮桿模組11未收縮時，會生成未收縮資訊；抓取位設置在移動工作臺6放置工件之位置，當抓取模組14到達抓取位時，視為對工件進行抓取。當移動工作臺6上具有工件時，工件將通孔7進行遮擋，伸縮桿模組11不會進入通孔7內，此時活動桿縮入固定桿內；而當移動工作臺6上不存在工件時，伸縮桿模組11進入通孔7內，則會生成未收縮資訊。當控制模組10接收到未收縮資訊時，警示模組9會發出警示資訊，從而提醒工作人員及時補充工件。

保護罩2內設有與控制模組10通訊連接之人臉檢測模組12；人臉檢測模組12用於獲取保護罩2內之人臉資訊。控制模組10基於保護罩2內之人臉資訊，以控制機械臂1停止工作。感應模組13設置在移動工作臺6上，用於獲取並且發送移動工作臺6與機械臂1之間的距離資訊給控制模組10。當移動工作臺6與機械臂1的距離小於預設之距離閾值時，控制模組10控制機械臂1開始工作，舉例來說，距離閾值為3cm時，當移動工作臺6與機械臂1之距離小於3cm，機械臂1即自行啟動工作。

藉此，在機械臂1抓取工件上下料的過程中，若是機械臂1沒有抓取穩固，將導致工件從高處掉落下來。而當防掉落模組8獲取到工件之掉落資訊時，通過警示模組9之進行警示通知，以通知工作人員引起注意，即能在抓取物料的過程中，有效的監測物料是否處於穩定運輸之狀態。

請參閱圖3所示，基於上述機械臂上下料控制系統之第一實施例之硬體架構，本創作之機械臂上下料控制方法包括下列步驟： 步驟S100：獲取機械臂1運動之過程資訊。 步驟S200：基於過程資訊，獲取工件之掉落資訊。 步驟S300：基於工件之掉落資訊，控制警示模組9發出警示資訊。 其中之步驟S100更包括下列步驟： 獲取機械臂1到達抓取位之到達資訊；以及 基於到達資訊，若是收到伸縮桿模組11發送之未收縮資訊時，控制預設之警示模組9發出警示資訊。

請參閱圖4所示，其為本創作機械臂上下料控制系統之第二實施例，其與第一實施例不同之處在於：本創作更包括一存儲模組17與設置在保護罩2上之一人臉識別模組16。其中之存儲模組17存儲有工作人員之面部資訊；而人臉識別模組16與存儲模組17通訊連接，用於識別進入保護罩2內部之人員的面部資訊，並且識別該面部資訊是否屬於存儲模組17中所存儲的工作人員之面部資訊。而當識別出的面部資訊不屬於存儲模組17中所存儲之工作人員的面部資訊時，控制模組10即控制警示模組9進行警示。

如圖5所示，基於上述機械臂上下料控制系統之第二實施例之硬體架構，本創作之機械臂上下料控制方法更包括下列步驟： 步驟SA00：獲取保護罩2內部人員之面部資訊。 步驟SB00：基於保護罩2內部人員之面部資訊，若是不屬於存儲模組17中所存儲工作人員之面部資訊，則控制警示模組9進行警示。 步驟SC00：獲取保護罩2內部人員之面部資訊的持續時間。 步驟SD00：基於保護罩2內部人員之面部資訊的持續時間，若是超過持續時間閾值時，則控制警示模組9發送通知給工作人員的終端設備。 舉例來說，若是持續時間為20秒，當無關人員在保護罩2內部停留超過20秒時，為了安全考慮與工作能正常進行，即通過警示模組9進行警示，而通知方式主要為電話通知。

綜上所述，本創作具有以下至少一種有益之技術效果： 1.在機械臂抓取工件上下料的過程中，若是機械臂在抓取工件的過程中沒有抓取穩固，將導致工件從高處掉落下來。因此，當獲取到工件的掉落資訊時，通過警示模組進行警示通知，通知工作人員引起注意，即可方便於在抓取物料的過程中，有效監測物料是否處於穩定運輸之狀態。 2.在抓取模組抵達抓取位抓取工件時，伸縮模組接觸到工件之後，工件抵接伸縮模組，使伸縮模組出現收縮；而當抓取位沒有工件時，伸縮模組就無法抵接工件，所以就不能收縮，此時警示模組進行警示，通知工作人員需要補充工件，因此具有監控剩餘工件數量之效果。

本創作雖為實現上述目的而揭露了較佳的具體實施例，惟其並非用以限制本創作之構造特徵，任何該技術領域之通常知識者應知，在本創作的技術精神下，任何輕易思及之變化或修飾皆是可能的，且皆為本創作之申請專利範圍所涵蓋。

1:機械臂 2:保護罩 3:玻璃窗 4:磁吸組件 5:通道 6:移動工作臺 7:通孔 8:防掉落模組 9:警示模組 10:控制模組 11:伸縮桿模組 12:人臉檢測模組 13:感應模組 14;抓取模組 15:高度警示器 16:人臉識別模組 17:存儲模組

﹝圖1﹞為本創作機械臂上下料控制系統之第一實施例之整體結構示意圖。 ﹝圖2﹞為本創作機械臂上下料控制系統之第一實施例之硬體架構示意圖。 ﹝圖3﹞為本創作機械臂上下料控制系統之第一實施例之控制方法之流程圖。 ﹝圖4﹞為本創作機械臂上下料控制系統之第二實施例之硬體架構示意圖。 ﹝圖5﹞為本創作機械臂上下料控制系統之第二實施例之控制方法之流程圖。

1:機械臂 2:保護罩 3:玻璃窗 4:磁吸組件 5:通道 6:移動工作臺 7:通孔 11:伸縮桿模組 14;抓取模組 15:高度警示器

Claims (9)

1. 一種機械臂上下料控制系統，其包括：一機械臂、一抓取模組、一防掉落模組、一警示模組、一控制模組以及一伸縮桿模組；該抓取模組用於抓取一工件，該抓取模組設置於該機械臂上，並與該控制模組通訊連接；該防掉落模組用於獲取該工件之掉落資訊，該防掉落模組設置於該機械臂上，並與該控制模組通訊連接；該警示模組用於發出一警示資訊，該警示模組與該控制模組通訊連接；該控制模組用於控制該抓取模組之抓取該工件，以及控制該警示模組之發出該警示資訊；以及該伸縮桿模組與該控制模組通訊連接、該伸縮桿模組設置於該機械臂上，用於該抓取模組到達一抓取位時被該工件抵接而收縮，更用於在該抓取模組到達該抓取位而未收縮時生成未收縮資訊；該控制模組更用於接收未收縮資訊；該警示模組更用於在該控制模組接收到該未收縮資訊時，發出警示資訊。
2. 如請求項1之機械臂上下料控制系統，其更包括一移動工作臺，該移動工作臺用於放置該工件；該移動工作臺開設有供該伸縮桿模組穿入之一通孔。
3. 如請求項2之機械臂上下料控制系統，其更包括一保護罩，該保護罩用於罩住該機械臂與該移動工作臺，該保護罩之側壁開設有供該移動工作臺通過之一通道。
4. 如請求項3之機械臂上下料控制系統，其中該保護罩內設有一人臉檢測模組，該人臉檢測模組與該控制模組通訊連接；該人臉檢測模組用於 獲取該保護罩內之人臉資訊；該控制模組更用於基於該保護罩內之人臉資訊，控制該機械臂停止工作。
5. 如請求項2之機械臂上下料控制系統，其更包括一感應模組，該感應模組設置於該移動工作臺上，用於獲取並且發送該移動工作臺與該機械臂之距離資訊給該控制模組；該控制模組更用於在該移動工作臺與該機械臂之距離小於預設之距離閾值時，控制該機械臂開始工作。
6. 如請求項3之機械臂上下料控制系統，其中該保護罩上設有一玻璃窗，該保護罩與該玻璃窗上設有一磁吸組件。
7. 如請求項3之機械臂上下料控制系統，其中該保護罩係採用PVC材質所製成。
8. 一種使用如請求項1至7其中任一項之機械臂上下料控制系統之機械臂上下料控制方法，包括：獲取機械臂運動之過程資訊；基於該過程資訊，獲取該工件之掉落資訊；基於該工件之掉落資訊，控制該警示模組以發出警示資訊。
9. 如請求項8之機械臂上下料控制方法，其中該獲取機械臂運動之過程資訊的步驟之後更包括：獲取該機械臂到達該抓取位之到達資訊；基於該到達資訊，若收到該伸縮桿模組發送之未收縮資訊時，則控制預設之該警示模組發出警示資訊。