TWM546871U - 位置控制器 - Google Patents

Description

位置控制器

本創作係與位置控制器有關；特別是指一種具有監控功能以及多點定位功能的位置控制器。

一般在自動化、半自動化工廠中，為了獲得移動體之位置，例如偵測運送裝置、台車移動，或工具機、車床、機床之夾頭、夾爪、刀具等工件、夾掣工件之移動體的位置時，多半會搭配如位置感知器、位置偵測器、終端位置控制器等裝置使用，藉以測得該移動體目前的位置與行程，據以進行控制。

習用的位置控制器係用近接開關來偵測移動體的位置，然而，受限於近接開關只有ON或OFF之兩種狀態，而僅能夠設定兩個定位點，作兩種作動的控制。其中，除了在作動的控制上具有選擇少的缺點外，該移動體的確切移動位置與行程，亦無法經由近接開關清楚獲知，換言之，在移動體之位置的確認上充滿了不確定性與調整的不變性。

有鑑於此，本創作之目的在於提供一種位置控制器，具有多個定位點的設定功能，並可根據使用者需求進行參數的設定與讀出數據顯示方式的改變。

緣以達成上述目的，本創作提供的一種位置控制器，用以與一訊號源電性連接，其包括有一輸入埠，與該訊號源電性連接，用以接收一類比訊號；一處理模組，與該輸入埠電性連接，該處理模組用以接收該類比訊號並轉換為一第一數位資料，以及用以將該第一數位資料轉換為一第二數位資料；一顯示介面，與該處理模組電性連接，用以顯示該第一數位資料及/或該第二數位資料；一操作介面，與該處理模組電性連接，用以接收使用者所輸入的操作指令；一輸出埠，與該處理模組電性連接，用以將該第一數位資料及/或該第二數位資料輸出。

其中，包含有一訊號調節器，耦接於該輸入埠與該處理模組之間，用以接收該類比訊號，並對該類比訊號進行補償後，再輸入至該處理模組。

其中，包含有一輸出驅動器，耦接於該處理模組與該輸出埠之間，用以接收該第一數位資料或該第二數位資料並輸出一對應的驅動訊號。

其中，包含有一通訊模組，該通訊模組與該處理模組電性連接，用以與一外部裝置進行資料的傳送與接收，該通訊模組的通訊協定為RS232、RS485、USB、Bluetooth、NFC、Zigbee、Wi-Fi等協定之其中至少一者。

其中，該處理模組係根據該操作介面所接收的一該操作指令將該第一數位資料轉換為對應的一第二數位資料。

其中，該操作介面包含有多個按鍵，所述的操作指令係基於使用者的按鍵操作所形成的控制訊號。

其中，該顯示介面包含有一顯示器以及複數個發光單元，該顯示器用以顯示該第一數位資料或該第二數位資料的數值，該些發光單元分別用以發出一提示訊號。

其中，該顯示介面係顯示該第二數位資料但不顯示該第一數位資料。

其中，該顯示介面還顯示有對應該第二數位資料的單位。

本創作之效果在於，該位置控制器可受控制而選擇切換顯示有多種數據資料可供使用者識別，以及提供有多點資料輸出，可設定有多個工作範圍，可更精確地判斷移動體的具體位置。

為能更清楚地說明本創作，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖１所示，為本創作一較佳實施例之位置控制器100與一訊號源1電性連接，並應用於偵測與控制一工具機的夾爪2的作動與行程。其中，於本實施例中的訊號源1茲以類比訊號的位移感測器為例，其中，位移感測器係用以偵測工件（如夾爪）的位移變化量，而對應輸出一物理量，其主要包含有電阻式、電容式、磁阻變化式以及電感式等種類，而在本實施例中係以電感式的位移感測器為例，其根據位移變化量所輸出的物理量包含有伏特或毫安培，但於其他應用上不以此限。另外，於一實施例中，根據應用的不同，亦可採用其他感測器，例如壓力、濃度、溫度、照度等其他感測器作為訊號源，而不以位移感測器為限。

請一併配合圖２所示，該位置控制器100包含有一輸入埠10、一處理模組20、一使用者介面30、一輸出埠40以及一通訊模組50。

該輸入埠10具有至少一輸入端，用以接收該訊號源1所輸出的類比訊號，於本實施例中，該輸入埠10係具有二輸入端，該二輸入端係可分別接收一類比訊號，該類比訊號的訊號成分可以同為伏特（例如0~10V）、同為毫安培（例如4~20mA），或者一者為伏特、另一者為毫安培之組合，但不以此為限。

該處理模組20與該輸入埠10電性連接，該處理模組20用以接收該類比訊號並轉換為一第一數位資料，以及用以將該第一數位資料轉換為一第二數位資料。於本實施例中，該處理模組20為一整合有記憶與運算功能的微控制器（MCU），其包含有一處理單元（例如CPU）、一儲存單元（例如RAM、ROM）等，該儲存單元可供儲存數據資料。該處理單元與該儲存單元電性連接，其中，於接收該第一數位資料後，該處理單元可將該第一數位資料對應轉換為一第二數位資料。

舉例而言，於一實施例中，當該處理模組20接收到0~10V之類比訊號時，該處理單元係可將該類比訊號轉換為一以R值（Rear Value）為例的第一數位資料，其中，該R值可為無單位的參考值；接著，該處理單元可再將該R值進一步轉換為一單位以長度、位移量（如mm）、伏特（如V）、安培（如mA）為例的第二數位資料，並暫存於該儲存單元當中。

另外，於一實施例中，基於直接將輸入埠所接收的類比訊號進行運算恐會受到雜訊的干擾，因此，可視需求另外增設一訊號調節器60，耦接於該輸入埠10與該處理模組20之間，用以接收該類比訊號，並對該類比訊號進行補償後，再輸入至該處理模組20，藉以降低雜訊之干擾，而可具有穩定顯示數值，降低數值浮動、亂跳的情況發生。另外，關於補償的程度，係可基於輸入予該訊號調節器60的參數進行設定。

請一併配合圖３所示，該使用者介面30包含有一顯示介面32以及一操作介面34，該顯示介面32與該處理模組20電性連接，用以顯示該第一數位資料及/或該第二數位資料；該操作介面34與該處理模組20電性連接，用以接收使用者所輸入的操作指令。於本實施例中，該顯示介面32包含有一顯示器320以及複數個發光單元322，該顯示器320在本實施例中為多個七段式LED顯示器，可用以顯示前述之R值、電流值、電壓值等數據，但於其他應用上並不以此為限；該些發光單元322可為LED燈，但不以此為限，該些發光單元322分別用以發出一提示訊息。舉例而言，該些發光單元322可包含有A/D數值顯示燈、mm顯示燈、Volt顯示燈、Current顯示燈等，分別用以提示目前所顯示之數值為何，或是用以提示目前所顯示之物理量為輸入埠10或輸出埠40的哪一端口的數據等，例如輸出埠40可能包含有DO1~5等五個端口，那麼即可分別設有五個發光單元322以分別代表各該輸出端口。另外，於一實施例中，所述的發光單元亦可作警示燈號的使用，而不以此為限。另外，於其他實施例中，所述的顯示器320除了可採用七段式LED顯示器之外，於其他應用上亦可選用其他種類的顯示器，例如液晶顯示器、電漿顯示器等。

該操作介面34包含有複數個按鍵，所述的操作指令係基於使用者對於按鍵操作所形成的控制訊號，舉例而言，所述的按鍵可定義有選擇按鍵、確認按鍵及退出按鍵等，分別代表不同的功能，而透過上述的按鍵，使用者可操控該位置控制器100執行不同的動作，例如選擇顯示出當前所測得之R值或位移量等數值，或者選擇進入不同的操作模式。舉例而言，可包含有一顯示模式、一參數設定模式、一教導模式以及一誤差調整模式，其中，該些模式係儲存於該處理模組20的儲存單元當中，可供使用者選擇與執行。

關於顯示模式，由於在本實施例中，茲應用在偵測與控制夾爪位置，因此，係可顯示當前基於該訊號源1所測得之類比訊號轉換為一長度單位之第一數位資料的物理量，另外，透過操作介面之按鍵的控制，亦可變化所顯示之物理量的小數點位置，亦即，改變其顯示值的比例。另外，可以選擇改以其他物理量進行顯示，而不以上述說明為限。另外，於一實施例中，使用者亦可透過該操作介面的按鍵控制發出控制指令，例如發出將以R值為例的第一數位資料轉換成以mm、mA或V單位為例的第二數位資料的控制指令，該處理模組20係可根據該操作介面所接收的一該操作指令將該第一數位資料轉換為對應的一第二數位資料。另外，所述的處理模組20係可將該第一數位資料經過運算後轉換成多種不同單位之第二數位資料，而不僅限於單筆之第一數位資料。

關於參數設定模式，可根據使用者所擁有之使用權限而有不同的修改權限，例如：當使用者為廠商時，其擁有更多的參數設定與修改權限；當使用者為一般客戶時，由於一般客戶不會也不須修改到這麼多的系統參數，因此，僅設定其擁有較少的參數設定與修改權限，其中，該二者的權限差異，可基於輸入的密碼不同而作區別。

關於教導模式，可供使用者手動設定其工作範圍，例如可將夾爪2移動至所欲設定的位置，或是將工件物放置於夾爪2夾緊，並該夾爪2當前的位置記憶於儲存單元當中，以作為爾後的控制資料。

關於誤差調整模式，係可供使用者設定各個工作點、或工作範圍的容許誤差，例如設定夾爪2密合時的容許誤差範圍、設定夾爪2放鬆時的容許誤差範圍等。

另外，於一實施例中，所述的使用者介面30亦可為一觸控螢幕，而包含有該顯示介面與該操作介面，其中各該操作介面的按鍵則以觸控螢幕所顯示之虛擬按鍵所構成，而不以上述說明為限。

該輸出埠40與該處理模組20電性連接，用以將該第一數位資料及/或該第二數位資料輸出。舉例而言，該輸出埠40可進一步與一電子設備，例如與一可編程序控制器（PLC）電性連接，該可編程序控制器係供控制該工具機之夾爪的作動，藉此，該可編程序控制器便可根據該輸出埠所發出的數位資料對該夾爪的作動與行程進行控制。於本實施例中，該輸出埠40包含有複數個輸出端，其可依據需求由參數分別設定各該輸出端為NC或NO接點，而使用者亦可透過接線方式使得部分或全部的輸出端為PNP型輸出或NPN型輸出，亦即可根據PLC所使用的晶體種類不同，來適應不同的電位輸出種類。

另外，於一實施例中，更包含有一輸出驅動器70，耦接於該處理模組20與該輸出埠40之間，用以接收該第一數位資料或該第二數位資料並輸出一對應的驅動訊號。其中，該輸出驅動器70可根據該輸出埠40所連接之裝置的不同，而輸出對應格式的驅動訊號，例如，在本實施例中，所連接的裝置為可編程序控制器，則該輸出驅動器70便可輸出對應該可編程序控制器的驅動訊號供其使用，藉此，在使用上便可與原先的PLC架構的裝置有效銜接，而不須另外裝設額外的轉換器，也不會有訊號格式不符的問題，可省下不少的麻煩。除此之外，還可省下另外購買昂貴之類比卡進行組裝的成本。

另一提的是，本實施例所提供之位置控制器100的輸出埠40包含有多個輸出端口，而可區分多個位置偵測點或位置偵測範圍，舉例而言，當輸出埠40包含有DO1~5等五個輸出端口時，每一條輸出端口便可被設定有一輸出範圍、或稱位置偵測範圍、工作範圍，而就工具機的夾爪來說，當有五個位置偵測範圍時，便可界定出夾爪的五種狀態，例如：尚未夾緊、趨近夾緊、夾緊、過於夾緊、空夾等狀態，而相較於錫用採用近接開關的形式，只能分辨出夾緊或尚未夾緊等的兩種而言，可提供使用者更多的選擇以及控制模式。

前述DO1~5等輸出端口所設定之偵測點的意義，係可根據不同的應用去改變，例如，當應用在偵測台車移動時，當然可分別代表台車的移動位置，而非夾爪的夾緊狀態，舉例而言，可代表台車的位置過近、位置趨近、位置正確、位置趨遠、位置過遠等狀態，當然，亦可由使用者的需求個別定義，而不以上述為限。

該通訊模組50與該處理模組20電性連接，用以與一外部裝置進行資料的傳送與接收。舉例而言，所述的外部裝置可為一控制器、筆電、智慧型手機等行動裝置，並可透過該通訊模組50與該位置控制器100進行資料的傳輸與交換，例如，可進行資料的上傳或下載、改變該位置控制器的應用機種、更新其內部韌體、資料收集等。另外，其所使用的通訊協定係可為RS232、RS485、USB、Bluetooth、NFC、Zigbee、Wi-Fi等協定之其中至少之一者。例如，在一應用情境中，使用者可操作之慧型手機透過Wi-Fi與位置控制器100進行通訊，並自該位置控制器下載其所測得的數據資料。另外，上述之通訊模組除了可為只有單一種通訊協定的裝置外，於實際應用上，亦可為具有多種通訊協定的裝置或是為可進行兩個或兩個以上之通訊協定轉換的裝置，舉例而言，於一應用情境中，該通訊模組50可包含有一RS485轉USB轉換器，而可將該位置控制器的數據資料經由RS485介面轉為USB介面後輸出給其他裝置，或者由其他裝置的USB介面傳輸至該位置控制器當中，但不以此為限。

另外，於其他實際應用上，所述的通訊模組可包含有相連接的一傳輸介面以及一轉接器，該傳輸介面與該處理模組電性連接，該傳輸介面具有一第一通訊協定，該第一通訊協定包含有RS232、RS485、USB等協定中的至少一者，該傳輸介面用以將處理模組的訊號轉為該第一通訊協定之訊號後輸出，藉以可供與外部裝置透過該第一通訊協定進行訊號傳輸，以實現有線通訊。該轉接器用以將該第一通訊協定的訊號轉為一第二通訊協定的訊號輸出，或者將該第二通訊協定的訊號轉為第一通訊協定的訊號輸入予該傳輸介面，其中該第二通訊協定包含有Bluetooth、NFC、Zigbee、Wi-Fi等協定中的至少一者，藉此，透過該轉接器可供與外部裝置透過該第二通訊協定進行訊號傳輸，以實現無線通訊。值得說明的是，透過上述的通訊模組設計，可使得該位置控制器同時具有與外部裝置進行有線通訊以及無線通訊之功能，於一情況下，可與一筆記型電腦以第一通訊協定進行有線通訊，且可與一智慧型手機、平板電腦、或一筆記型電腦等的電子裝置或行動裝置以第二通訊協定進行無線通訊，作資料的更新與蒐集，藉以提供使用者更靈活的應用方式。

本實施例所提供之位置控制器的優勢在於：設有多個類比訊號輸入端，而可接收多個類比訊號進行比較，例如可分別接收4-20mA或0-10V之類比偵測器之輸出訊號，而該二組輸入端，可同為4-20mA、或都為0-10V、或4-20mA與0-10V組合之訊號；支援PNP、NPN接點輸出；提供類比全程監控的機制，可有效監測移動體在各行程時的具體位置；具有多個輸出端口，可分別設定有多種夾爪位置偵測點，以個別進行相應的控制；可設定顯示單位，例如顯示有R值以及多種常用的物理量（例如mm、V、mA），可易於使用者理解，而不用另行換算；可設定顯示小數位數，並可任意移動小數點位置，可易於使用者了解當前數值的整數部分與小數部分；透過通訊模組可快速上傳或下載資料，免去一一鍵入資料的麻煩，可節省設定時間；可與PLC的數位模組直接搭配使用，PLC的編碼不必重新編寫，節省開發時間。

另外一提的是，於一實施例當中，在前述架構的基礎下，該顯示介面亦可不顯示第一數位資料（例如R值），例如將選擇顯示第一數位資料的選擇按鍵刪除或隱藏，而只提供如以mm、mA或V等其他單位之第二數位資料的選擇按鍵供使用者選擇，如此一來，使用者只能選擇所要顯示的第二數位資料的資訊，而該顯示介面也只有顯示第二數位資料以及對應該第二數位資料的單位，從而能夠達到例如可避免使用者對於數值顯示上產生混淆的效果，因為對於一般的使用者來說，顯示（或只顯示）出無單位的R值是沒有意義的，甚至還要透過換算才能得知該R值所代表的意義，那麼對於一般使用者來說只是徒增操作上的難度，因此，透過上述只顯示第二數位資料之數值以及對應第二數位資料之單位的實施例，使得位置控制器對於一般使用者操作與理解上相對地容易，而具有操作簡單，易於普及的功效。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，本創作所提供的位置控制器並不以應用在工具機的夾爪為限，於其他應用上，亦可應用在偵測運動裝置、台車移動等移動體的位置，另外，亦可應用在根據壓力、溫度、濃度、照度變化等類比訊號源的改變，以作出相對應之控制行為的控制系統當中，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

1‧‧‧訊號源
2‧‧‧夾爪
［本創作］
100‧‧‧位置控制器
10‧‧‧輸入埠
20‧‧‧處理模組
30‧‧‧使用者介面
32‧‧‧顯示介面
320‧‧‧顯示器
322‧‧‧發光單元
34‧‧‧操作介面
40‧‧‧輸出埠
50‧‧‧通訊模組
60‧‧‧訊號調節器
70‧‧‧輸出驅動器

圖１本創作一較佳實施例之位置控制器應用於控制工具機之夾頭的示意圖。 圖２為上述較佳實施例之位置控制器的方塊圖。 圖３為上述較佳實施例之使用者介面的示意圖。

100‧‧‧位置控制器

10‧‧‧輸入埠

20‧‧‧處理模組

30‧‧‧使用者介面

40‧‧‧輸出埠

50‧‧‧通訊模組

60‧‧‧訊號調節器

70‧‧‧輸出驅動器

Claims (10)

1. 一種位置控制器，用以與一訊號源電性連接，其包括有： 一輸入埠，與該訊號源電性連接，用以接收一類比訊號； 一處理模組，與該輸入埠電性連接，該處理模組用以接收該類比訊號並轉換為一第一數位資料，以及用以將該第一數位資料轉換為一第二數位資料； 一顯示介面，與該處理模組電性連接，用以顯示該第一數位資料及/或該第二數位資料； 一操作介面，與該處理模組電性連接，用以接收使用者所輸入的操作指令； 一輸出埠，與該處理模組電性連接，用以將該第一數位資料及/或該第二數位資料輸出。
2. 如請求項1所述之位置控制器，包含有一訊號調節器，耦接於該輸入埠與該處理模組之間，用以接收該類比訊號，並對該類比訊號進行補償後，再輸入至該處理模組。
3. 如請求項1所述之位置控制器，包含有一輸出驅動器，耦接於該處理模組與該輸出埠之間，用以接收該第一數位資料或該第二數位資料並輸出一對應的驅動訊號。
4. 如請求項1所述之位置控制器，包含有一通訊模組，該通訊模組與該處理模組電性連接，用以與一外部裝置進行資料的傳送與接收，該通訊模組的通訊協定為RS232、RS485、USB、Bluetooth、NFC、Zigbee、Wi-Fi等協定之其中至少一者。
5. 如請求項1所述之位置控制器，包含有一通訊模組，與該處理模組電性連接，用以與一外部裝置進行資料的傳送與接收，該通訊模組包含有相連接一傳輸介面以及一轉接器，該傳輸介面具有一第一通訊協定，用以將處理模組的訊號轉為該第一通訊協定之訊號後輸出，其中該第一通訊協定包含有RS232、RS485、USB等協定中的至少一者；該轉接器用以將該第一通訊協定的訊號轉為一第二通訊協定的訊號輸出，其中該第二通訊協定包含有Bluetooth、NFC、Zigbee、Wi-Fi等協定中的至少一者。
6. 如請求項1所述之位置控制器，其中該處理模組係根據該操作介面所接收的一該操作指令將該第一數位資料轉換為對應的一第二數位資料。
7. 如請求項1所述之位置控制器，其中該操作介面包含有多個按鍵，所述的操作指令係基於使用者的按鍵操作所形成的控制訊號。
8. 如請求項1所述之位置控制器，其中該顯示介面包含有一顯示器以及複數個發光單元，該顯示器用以顯示該第一數位資料或該第二數位資料的數值，該些發光單元分別用以發出一提示訊號。
9. 如請求項1所述之位置控制器，其中該顯示介面係顯示該第二數位資料但不顯示該第一數位資料。
10. 如請求項9所述之位置控制器，其中該顯示介面還顯示有對應該第二數位資料的單位。