TWM509713U - 具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統 - Google Patents

Description

具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統

本創作係有關具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，藉由執行手臂控制單元來執行教導手臂所產生的軌跡路徑檔，可完整呈現教導手臂所模擬的加工件軌跡路徑。

經查目前機械手臂之控制方式基本利用下達點座標指令，因機械手臂要加工的工件通常為不規則立體形狀，所以機械手臂需要移動的軌跡路徑相當複雜，為許多點座標所組合而成，如操作者本身若不熟悉參數指令或無相關專業知識，要建立一個工件加工軌跡相對來講非常不容易也非常耗時。

另外也有利用圖檔轉軌跡路徑的軟體來建立加工件所需的路徑軌跡，但因為軟、硬體相容問題所以必須搭配其特殊的運動控制器才有辦法使用，相對起來如果使用國產控制器的話不容易實現，另，最近新型態的機械手臂發展出可順應性教導的方式，可以直接抓取機械手臂來移動所需要的軌跡路徑，但目前只有極少數的國外品牌機械手臂可以有此功能，成本偏高，實著效益不彰，更不用說可以搭配國產控制 器來實現此功能。

是以，本創作針對上述習知所存在缺點，創作人本於多年從事自動化行業之豐富開發與設計經驗，綜合對產業界第一線操作人員素質、成本之衡量，詳加設計與審慎評估後，終得一確切具實用性之本創作。

本創作之主要目的在於提供一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，透過教導手臂控制單元來擷取各關節單元之編碼器訊號以及輸入、出(IO/Input訊號與Output訊號)模擬訊號，然後轉換成軌跡路徑檔案，如此可以輕易建立加工件的加工軌跡。

本創作透過執行手臂控制單元來執行教導手臂所產生的軌跡路徑檔案，轉換成命令座標提供伺服驅動器來執行，並且經由回授控制達到高精準度的定位，不管是使用國產運動軸卡或國外運動軸卡，都可以輕易的實現此功能，所以對於使用者來說，只需花費相對低的成本，也可以達到所需要的功能。

為達上述目的，本創作提供一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其包含有：一教導手臂控制單元、一執行手臂控制單元，其中教導手臂係裝配有光學編碼器之多關節單元，當教導手臂移動時，透過教導手臂控制單元擷取各關節之編碼器訊號，並轉換成執行手臂可執行的軌跡路徑檔 案，執行手臂則裝配有交流伺服馬達之多關節單元，透過執行手臂控制單元負責執行教導手臂所建立之軌跡路徑檔案，以及回授各伺服馬達是否有確實到達定位，如此可以更提升定位的精準度。

有關本創作所使用之技術及功能上的優勢，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，俾使 貴審查委員能對本創作由之得一深入而具體的瞭解。

(1)‧‧‧教導手臂控制單元

(2)‧‧‧執行手臂控制單元

(3)‧‧‧教導手臂各關節之編碼器訊號

(4)‧‧‧教導手臂之模擬IO訊號

(5)‧‧‧座標換算模組

(6)‧‧‧座標記憶模組

(7)‧‧‧IO記憶模組

(8)‧‧‧軌跡轉換模組

(9)‧‧‧軌跡座標(含IO動作時機)

(10)‧‧‧座標轉換模組

(11)‧‧‧IO轉換模組

(12)‧‧‧控制模組

(13)‧‧‧回授模組

(14)‧‧‧機械手臂

(15)‧‧‧軌跡路徑檔案

(16)‧‧‧傳輸網路

(17)‧‧‧儲存裝置

第一圖係本創作教導手臂控制單元。

第二圖係本創作執行手臂控制單元。

第三圖實施例之教導手臂控制單元搭配執行手臂控制單元示意圖。

本創作係提供一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其運作上的優勢將依據以下圖示配合實施方式詳述，俾使 貴審查委員對本創作能有更進一步且具體的瞭解與認識。

首先，請參閱第一至第三圖所示，本創作提供一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，主要包含有一教導手臂控制單元(1)、一執行手臂控制單元(2)，教導手臂控制單元負責產生加工件軌跡路徑檔案(15)，而執行手臂控制單元(2)負 責執行教導手臂控制單元(1)所建立之軌跡路徑檔案(15)。

本創作所提供之一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中教導手臂控制單元(1)具有可接收教導手臂各關節之編碼器訊號(3)的座標換算模組(5)和座標記憶模組(6)，以及可接收教導手臂之模擬IO訊號(4)之IO記憶模組(7)。

首先透過座標換算模組(5)把教導手臂各關節之編碼器訊號(3)轉換成實際的位置座標，座標記憶模組(6)經由時間中斷方式來記錄每個中斷時間的位置座標。

同時IO記憶模組(7)也透過時間中斷方式來記錄每個中斷時間IO動作的狀態，包含有輸入(input)訊號、輸出(output)訊號、延遲(delay)時間。

最後透過軌跡轉換模組(8)把座標記憶模組(6)和IO記憶模組(7)所記錄的資訊轉換成一完整的軌跡座標(含IO動作時機)(9)，然後提供給執行手臂控制單元(2)來執行。

執行手臂控制單元(2)首先接收軌跡座標(含IO動作時機)(9)，經由座標轉換模組(10)轉換成執行手臂各軸伺服驅動器所可以執行的位置命令，同時IO轉換模組(11)也會轉換軌跡路徑途中所需要動作的命令。

控制模組(12)經由特殊運動控制演算法把所有座標轉換模組(10)所生成的位置命令點集合起來，把點座標變成線軌跡，然後再提供給機械手臂(14)的各軸伺服驅動器去執行，機械手臂(14)上的各軸伺服驅動器同時也會回饋光學編碼器 (Encoder)位置給回授模組(13)進行閉迴路控制，降低定位 誤差。

請參閱第三圖所示，係由教導手臂控制單元(1)將建立之軌跡路徑檔案(15)儲存於儲存裝置(17)後，借由傳輸網路(16)傳輸軌跡路徑檔案(15)予執行手臂控制單元(2)控制並驅動執行機械手臂，其中傳輸網路(16)可以為有線網路或無線網路。

由其上述可知，本創作之多關節機械手臂控制系統，確為業界首見而符合新型專利之新穎性要件者，其創新性的設計理念符合新型專利之進步性要件，而其由教導手臂控制單元(1)建立加工件軌跡路徑檔案(15)，然後經由執行手臂控制單元(2)直接執行教導手臂所產生的軌跡路徑和動作，同時又可以達到高精準度定位，符合業界較佳之產業利用性者。

前文係針對本創作之較佳實施例，為本創作技術特徵進行具體說明；惟，上述所揭露之技術內容與說明僅為本創作之較佳實施例，熟悉此項技術之人士，其所依本創作之特徵而變更與等效修改，皆應視為不脫離如下申請專利範圍所界定之範疇。

綜上所述，本創作係提供一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，藉由上述所揭露之較佳實施例，其確已達到本創作所訴求之所有目的，另其教導手臂控制單元(1)與執行手臂控制單元(2)為各自獨立系統，亦未曾公開於申請前，已符合專利法之規定，爰依法提出新型專利申請，懇請惠予審 查。

上述實施例僅為例示性說明本創作之技術及其功效，而非用於限制本創作。任何熟於此項技術人士均可在不違背本創作之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本創作之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。

(1)‧‧‧教導手臂控制單元

(2)‧‧‧執行手臂控制單元

(15)‧‧‧軌跡路徑檔案

(16)‧‧‧傳輸網路

(17)‧‧‧儲存裝置

Claims (7)

1. 一種具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，包括：一教導手臂控制單元，包含有座標換算模組、座標記憶模組、IO記憶模組、軌跡轉換模組；一執行手臂控制單元，包含有座標轉換模組、IO轉換模組、控制模組、回授模組；由教導手臂控制單元產生加工件軌跡路徑檔案，再提供給執行手臂控制單元執行，經由執行機械手臂各軸伺服驅動器的編碼器回饋，進行閉迴路控制，降低整體定位誤差。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中教導手臂控制單元之座標換算模組負責轉換教導手臂各關節之編碼器訊號成位置座標，再透過時間中斷方式，座標記憶模組會紀錄各個時間點的位置座標，IO記憶模組會紀錄各個時間點的IO動作狀態和延遲狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中教導手臂控制單元之軌跡轉換模組負責把座標記憶模組和IO記憶模組所記錄的資料轉換成一完整的加工路徑軌跡檔案，然後提供給執行手臂控制單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中執行手臂控制單元之座標轉換模組負責把加工路徑軌跡檔案轉換成執行機械手臂各軸伺服驅動器所可以執行的位置命令點座標，IO轉換模組把加工路徑軌跡檔案轉換成軌跡路徑執行中各時間點所需的動作命令，然後經由控制模組把所有位置命令點座標合成線軌跡，再下達給執行機械手臂的各軸伺服 驅動器去執行。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中執行手臂控制單元之回授模組負責接收執行機械手臂上各軸伺服驅動器回饋的光學編碼器位置資訊，進行閉迴路控制。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中教導手臂控制單元藉由傳輸網路傳輸軌跡路徑檔案予控制手臂控制單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具軌跡教導之多關節機械手臂控制系統，其中傳輸網路可為有線網路或無線網路。