本發(fā)明涉及一種防撞檢測(cè)裝置、相應(yīng)的控制方法及適用其的機(jī)械手臂。具體而言，特別是一種非接觸式的防撞檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今社會(huì)中，隨著工業(yè)的發(fā)展與科技的快速進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代的制造產(chǎn)業(yè)之中，并逐漸地采用機(jī)器設(shè)備以取代人工勞動(dòng)；從而于現(xiàn)代工廠之中，往往自上料、加工及下料各個(gè)工廠階段中都設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備以代替人力進(jìn)行自動(dòng)操作，例如機(jī)械手臂或其他類似的設(shè)備，進(jìn)而地減少了生產(chǎn)所需勞動(dòng)力，且大幅提高了現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)效率。

然而，機(jī)械手臂于運(yùn)作過(guò)程中，其工作范圍內(nèi)可能會(huì)有人員或其他物體接近。為避免人員與機(jī)械手臂碰撞導(dǎo)致受傷或產(chǎn)品瑕疵，現(xiàn)有的安全裝置大致包括兩種：其一，是利用力量限制(Force Limited)的方式來(lái)達(dá)成，其原理為利用當(dāng)機(jī)器手臂或機(jī)器碰撞到物體時(shí)，其馬達(dá)的電流會(huì)加大，當(dāng)機(jī)器控制器檢測(cè)到電流超出限制時(shí)，即會(huì)停止機(jī)器的運(yùn)作，達(dá)成保護(hù)功能。然而，此種方式由于是使用接觸式，且使用碰觸到力量達(dá)到限制來(lái)達(dá)成保護(hù)。當(dāng)碰撞到人體較脆弱部分，會(huì)造成誤傷人員情形產(chǎn)生，且產(chǎn)生碰撞的同時(shí)，產(chǎn)品或許已產(chǎn)生瑕疵。

其二，利用壓力感測(cè)器(Pressure Sensor)的方式來(lái)達(dá)成。其原理為在機(jī)器的表面布滿壓力感測(cè)器，當(dāng)機(jī)器碰撞到人或物品時(shí)，機(jī)器的壓力傳感器便會(huì)發(fā)出信號(hào)給機(jī)器控制器，即會(huì)停止機(jī)器的運(yùn)作，達(dá)成保護(hù)功能。然而，此方式必須在機(jī)器上布滿成千上萬(wàn)的感測(cè)器，除了增加機(jī)器的運(yùn)作重量外，感測(cè)器在多曲面的機(jī)器上裝配也十分困難，每個(gè)感測(cè)器皆須與控制器連接，造成大量線材的浪費(fèi)，且大量的感測(cè)器也會(huì)增加成本。除此之外，此感測(cè)方式也為接觸式，因此同樣具有前述需要克服的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提供一種非接觸的感測(cè)方式，不必接觸到感測(cè)單元即可動(dòng)作，可降低機(jī)械手臂遭碰撞時(shí)對(duì)人員及產(chǎn)品的傷害。此外，由于制造成本低廉，也可導(dǎo)入較大型機(jī)臺(tái)使用。

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種防撞檢測(cè)裝置，適用于機(jī)械手臂，該機(jī)械手臂具有預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑，該防撞檢測(cè)裝置包含第一感測(cè)單元及控制單元。第一感測(cè)單元為一種非接觸式感測(cè)單元，布設(shè)于該機(jī)械手臂朝向該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)；控制單元耦接于該第一感測(cè)單元及該機(jī)械手臂。其中，當(dāng)該第一感測(cè)單元檢測(cè)到有物體進(jìn)入該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑時(shí)，該控制單元改變?cè)摍C(jī)械手臂的預(yù)設(shè)動(dòng)作。

于一實(shí)施例中，當(dāng)該第一感測(cè)單元檢測(cè)到該物體進(jìn)入該機(jī)械手臂的該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上且該物體與該第一感測(cè)單元小于第一距離時(shí)，該控制單元控制該機(jī)械手臂進(jìn)行第一動(dòng)作改變。

于另一實(shí)施例中，防撞檢測(cè)裝置還包含第二感測(cè)單元，布設(shè)于該機(jī)械手臂朝向該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)，其中該第二感測(cè)單元的感測(cè)距離較該第一感測(cè)單元的感測(cè)距離為長(zhǎng)。其中，當(dāng)該第二感測(cè)單元檢測(cè)到該物體進(jìn)入該機(jī)械手臂的該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上且該物體與該第二感測(cè)單元小于一第二距離時(shí)，該控制單元控制該機(jī)械手臂進(jìn)行一第二動(dòng)作改變。于此實(shí)施例中，該第二動(dòng)作改變不同于該第一動(dòng)作改變。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種防撞檢測(cè)的控制方法，適用于前述的防撞檢測(cè)裝置，該控制方法包含下列步驟：(S1)檢測(cè)該物體是否在該機(jī)械手臂的預(yù)設(shè)動(dòng)作路徑上；(S2)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則檢測(cè)該物體與該第二感測(cè)單元是否相距小于該第二距離；(S3)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動(dòng)作改變；(S4)檢測(cè)該物體與該第一感測(cè)單元是否相距小于該第一距離；以及(S5)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動(dòng)作改變。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種防撞檢測(cè)的控制方法，適用于前述的防撞檢測(cè)裝置，該控制方法包含下列步驟：(S11)檢測(cè)該物體與該第二感測(cè)單元是否相距小于該第二距離；(S12)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動(dòng)作改變；(S13)檢測(cè)該物體與該第一感測(cè)單元是否小于該第一距離；以及(S14)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動(dòng)作改變。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種機(jī)械手臂，包含手臂本體、第一感測(cè)單元 以及控制單元。手臂本體具有預(yù)設(shè)動(dòng)作路徑；第一感測(cè)單元為一種非接觸式感測(cè)單元，布設(shè)于該手臂本體朝向該預(yù)設(shè)動(dòng)作路徑的一側(cè)；控制單元耦接于該第一感測(cè)單元及該手臂本體。其中，當(dāng)該第一感測(cè)單元檢測(cè)到有物體進(jìn)入該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑時(shí)，該控制單元改變?cè)撌直郾倔w的預(yù)設(shè)動(dòng)作。

于一實(shí)施例中，當(dāng)該第一感測(cè)單元檢測(cè)到該物體進(jìn)入該手臂本體的該預(yù)設(shè)動(dòng)作路徑上且該物體與該第一感測(cè)單元小于第一距離時(shí)，該控制單元控制該手臂本體進(jìn)行第一動(dòng)作改變。

于另一實(shí)施例中，機(jī)械手臂還包含第二感測(cè)單元，布設(shè)于該手臂本體朝向該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)，其中該第二感測(cè)單元的感測(cè)距離較該第一感測(cè)單元的感測(cè)距離為長(zhǎng)。

其中，當(dāng)該第二感測(cè)單元檢測(cè)到該物體進(jìn)入該手臂本體的該預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上且該物體與該第二感測(cè)單元小于第二距離時(shí)，該控制單元控制該手臂本體進(jìn)行第二動(dòng)作改變，且該第二動(dòng)作改變不同于該第一動(dòng)作改變。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出“防撞檢測(cè)裝置、相應(yīng)的控制方法及適用其的機(jī)械手臂”，利用非接觸式的感測(cè)方式進(jìn)行感測(cè)，在機(jī)器尚未接觸到物體時(shí)即采取預(yù)防措施。此外，感測(cè)單元具可撓性，可布設(shè)于機(jī)器的任何位置，制造方式簡(jiǎn)單，也可降低制造成本。

關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神，可以借由以下的實(shí)施方式及附圖得到進(jìn)一步的了解。

附圖說(shuō)明

圖1A為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的一實(shí)施例立體圖；

圖1B為圖1A的實(shí)施例方塊圖；

圖1C為圖1A的實(shí)施例剖視圖；

圖2A為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的一實(shí)施例側(cè)視圖；

圖2B為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例俯視圖；

圖2C為本發(fā)明第一感測(cè)單元的一實(shí)施例示意圖；

圖2D為本發(fā)明第一感測(cè)單元的一實(shí)施例示意圖；

圖3A為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例立體圖；

圖3B為本發(fā)明第一感測(cè)單元及第二感測(cè)單元的實(shí)施例示意圖；

圖3C為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的一實(shí)施例側(cè)視圖；

圖3D為本發(fā)明防撞檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例俯視圖；

圖4為本發(fā)明的一實(shí)施例流程圖；

圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例流程圖；

圖6為本發(fā)明機(jī)械手臂的一實(shí)施例立體圖。

具體實(shí)施方式

以下將以附圖配合文字?jǐn)⑹鼋衣侗景l(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說(shuō)明起見，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說(shuō)明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。此外，為簡(jiǎn)化附圖起見，一些現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡(jiǎn)單示意的方式繪出。

需說(shuō)明的是，本發(fā)明所提供的防撞檢測(cè)裝置可應(yīng)用于機(jī)械手臂、專用機(jī)及工具機(jī)等，但并不以此為限。只要對(duì)于防撞檢測(cè)有需求，皆可導(dǎo)入本發(fā)明的設(shè)計(jì)中。

請(qǐng)參閱圖1A及圖1B，本發(fā)明的防撞檢測(cè)裝置較佳適用于機(jī)械手臂21，例如工藝機(jī)臺(tái)上的機(jī)械手臂、工程用機(jī)械手臂、電子裝置上的機(jī)械手臂或其他類似的工具機(jī)等。防撞檢測(cè)裝置較佳包含第一感測(cè)單元11及控制單元C，控制單元C與第一感測(cè)單元11及機(jī)械手臂21耦接，借以傳遞信號(hào)。第一感測(cè)單元11較佳為一種非接觸式感測(cè)單元，于本實(shí)施例中，第一感測(cè)單元11是一種投射式電容結(jié)構(gòu)，其感測(cè)線可以網(wǎng)格或線狀交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的方式構(gòu)成，因此具有單一定位點(diǎn)、多點(diǎn)感應(yīng)等特性。于本實(shí)施例中，第一感測(cè)單元11可以軟板的方式制作，使其具有可撓性，且由于投射式電容結(jié)構(gòu)具有單一定位點(diǎn)的特性，因此以軟板方式實(shí)現(xiàn)并不會(huì)影響其定位精準(zhǔn)度。

第一感測(cè)單元11可貼附或包覆于機(jī)械手臂21的任何位置，且因具有可撓性，即使機(jī)械手臂21表面為非平面時(shí)，仍可適用。

需注意的是，由于第一感測(cè)單元為投射式電容結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)械手臂表面為非導(dǎo)電材料時(shí)，可以直接貼附或包覆使用。但是，當(dāng)機(jī)械手臂表面為導(dǎo)電材料時(shí)，為減少短路的情形，較佳需在機(jī)械手臂與第一感測(cè)單元之間設(shè)置非導(dǎo)電性的連接媒介。如圖1C所示，機(jī)械手臂21與第一感測(cè)單元11之間夾設(shè)有連接媒介31，且連接媒介31不具導(dǎo)電性，例如泡棉，但不以此為限。并 且，連接媒介31與機(jī)械手臂21、第一感測(cè)單元11之間可以通過(guò)黏著層(例如黏膠、雙面膠等)加以固定。于其他實(shí)施中，也可在第一感測(cè)單元11的外表面涂上一層保護(hù)漆，除了保護(hù)功能之外，也具有美觀的效果，但不以此為限制。

請(qǐng)參閱圖2A，機(jī)械手臂21具有一預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑，此預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑較佳為依其工作目的及順序而設(shè)定，可由工程師或相關(guān)技術(shù)人員事先將其寫入至控制單元。本實(shí)施例以上下方向移動(dòng)為例，但不以此為限。第一感測(cè)單元11較佳可布設(shè)于機(jī)械手臂21朝向預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)，本實(shí)施例的第一感測(cè)單元11為包覆的方式，也即環(huán)繞機(jī)械手臂21一圈呈環(huán)狀分布；然在不同實(shí)施例中，當(dāng)然也可僅以小面積的方式貼附。如圖2A所示，當(dāng)?shù)谝桓袦y(cè)單元11感應(yīng)到有物體X(例如工作人員或其肢體)在預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上出現(xiàn)時(shí)，第一感測(cè)單元11會(huì)將感測(cè)信號(hào)傳遞至控制單元，控制單元會(huì)發(fā)出指令至機(jī)械手臂，令其改變預(yù)設(shè)動(dòng)作。值得一提的是，本實(shí)施例的控制單元可與第一感測(cè)單元11同時(shí)存在于單一軟板上，也可以從軟板拉線外接，并無(wú)特定限制。

于此實(shí)施例中，具體而言，由于投射式電容結(jié)構(gòu)的特性，物體X不需碰觸到第一感測(cè)單元即可產(chǎn)生動(dòng)作，因此，當(dāng)物體X在預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上出現(xiàn)且距離第一感測(cè)單元11小于第一距離d1時(shí)，控制單元發(fā)出指令給機(jī)械手臂21進(jìn)行第一動(dòng)作改變。第一動(dòng)作改變較佳包含但不限于使機(jī)械手臂脫離原本的預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑，或維持在原本的預(yù)設(shè)路徑上但改變速度或方向。于此實(shí)施例中，第一動(dòng)作改變較佳為機(jī)械手臂21停止運(yùn)作，但不以此為限，于其他實(shí)施例中，也可以設(shè)計(jì)為閃避動(dòng)作或減速動(dòng)作。須說(shuō)明的是，本實(shí)施例的第一距離d1較佳為小于2厘米。

另外，圖2B的實(shí)施例主要以左右方向移動(dòng)為例，其感測(cè)及作動(dòng)方式如同圖2A的實(shí)施例，故不在此贅述。唯在進(jìn)行第一動(dòng)作改變的設(shè)定時(shí)，可依預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的不同、周圍環(huán)境狀況、物體X的移動(dòng)方向、機(jī)械手臂本身機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或承載元件的差異而采取不同的設(shè)定。例如若物體X的移動(dòng)方向與預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑垂直時(shí)，第一動(dòng)作改變可設(shè)定為停止，等待物體X通過(guò)后再繼續(xù)動(dòng)作；若物體X的移動(dòng)方向與預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑平行時(shí)，第一動(dòng)作改變則可能需設(shè)定為閃避，而避免被追擊的狀況產(chǎn)生。

本發(fā)明第一感測(cè)單元11的感測(cè)方式可進(jìn)一步說(shuō)明如下。舉例來(lái)說(shuō)，如 圖2C所示，可將第一感測(cè)單元11的感測(cè)線作區(qū)分，以感測(cè)線L1～L8為例，當(dāng)機(jī)械手臂往第一方向移動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)第一感測(cè)單元11上的感測(cè)線L1、L2、L5及L6做感測(cè)，當(dāng)感測(cè)到有物體時(shí)，便將感測(cè)信號(hào)傳遞至控制單元并進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作。相反地，若機(jī)械手臂朝著第一方向的反方向移動(dòng)時(shí)，則以感測(cè)線L3、L4、L7及L8做感測(cè)。

再者，如圖2D的實(shí)施例為例，可將第一感測(cè)單元11的感測(cè)線區(qū)分為L(zhǎng)1～L8，當(dāng)機(jī)械手臂往第二方向移動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)第一感測(cè)單元11上的感測(cè)線L1、L2、L3及L4做感測(cè)，當(dāng)感測(cè)到有物體時(shí)，便將感測(cè)信號(hào)傳遞至控制單元并進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作。相反地，若機(jī)械手臂朝著第二方向的反方向移動(dòng)時(shí)，則以感測(cè)線L5、L6、L7及L8做感測(cè)。

本發(fā)明的另一實(shí)施例，請(qǐng)參閱圖3A～圖3B。如圖3A所示，防撞檢測(cè)裝置還包含第二感測(cè)單元12，也耦接于控制單元，其位置同樣可布設(shè)于機(jī)械手臂21朝向預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)，但不以此為限。須說(shuō)明的是，第二感測(cè)單元12較佳可為感測(cè)距離較第一感測(cè)單元11為長(zhǎng)的感測(cè)器，例如超聲波、紅外線等，但不以此為限。唯第二感測(cè)單元12不具可撓性，因此較佳可采用點(diǎn)設(shè)置的方式設(shè)置，特此說(shuō)明。如圖3B所示，第一感測(cè)單元11的感測(cè)距離(即第一距離d1)與第二感測(cè)單元12的感測(cè)距離(即第二距離d2)不同，以此實(shí)施例而言，第一距離d1小于第二距離d2。

請(qǐng)參閱圖3C，機(jī)械手臂21具有一預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑，本實(shí)施例以上下方向移動(dòng)為例，第二感測(cè)單元12較佳可布設(shè)于機(jī)械手臂21朝向預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑的一側(cè)，當(dāng)?shù)诙袦y(cè)單元12感應(yīng)到有物體X(例如工作人員)在預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上出現(xiàn)時(shí)，第二感測(cè)單元12會(huì)將感測(cè)信號(hào)傳遞至控制單元，控制單元會(huì)發(fā)出指令至機(jī)械手臂，令其改變預(yù)設(shè)動(dòng)作。

于此實(shí)施例中，當(dāng)物體X在預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上出現(xiàn)且距離第二感測(cè)單元12小于第二距離d2時(shí)，控制單元發(fā)出指令給機(jī)械手臂21進(jìn)行第二動(dòng)作改變，其中，第二動(dòng)作改變與前述實(shí)施例的第一動(dòng)作改變不相同。第二動(dòng)作改變較佳為機(jī)械手臂21減速運(yùn)作，但不以此為限，于其他實(shí)施例中，也可設(shè)計(jì)為閃避動(dòng)作。須說(shuō)明的是，第二距離d2較佳為1.5～2厘米。

類似地，圖3D的實(shí)施例是以左右方向移動(dòng)為例，其感測(cè)及動(dòng)作方式如同圖3C的實(shí)施例，故不在此贅述。

本發(fā)明的另一實(shí)施例，為適用于上述防撞檢測(cè)裝置的控制方法。請(qǐng)參閱圖4，該方法包含下列步驟：(S1)檢測(cè)該物體是否在該機(jī)械手臂的預(yù)設(shè)移動(dòng)路徑上；(S2)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則檢測(cè)該物體與該第二感測(cè)單元是否小于該第二距離；(S3)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動(dòng)作改變；(S4)檢測(cè)該物體與該第一感測(cè)單元是否小于該第一距離；以及(S5)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動(dòng)作改變。其元件配置及其動(dòng)作原理如同前述實(shí)施例，在此不多加贅述。值得一提的是，若將步驟(S2)、(S3)視為一組，將步驟(S4)、(S5)視為一組，此兩組順序可顛倒或同時(shí)進(jìn)行，特此說(shuō)明。

本發(fā)明的另一實(shí)施例，也適用于上述防撞檢測(cè)裝置。請(qǐng)參閱圖5，該方法包含下列步驟：(S11)檢測(cè)該物體與該第二感測(cè)單元是否小于該第二距離；(S12)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動(dòng)作改變；(S13)檢測(cè)該物體與該第一感測(cè)單元是否小于該第一距離；以及(S14)若該檢測(cè)結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動(dòng)作改變。類似地，步驟(S11)、(S12)與步驟(S13)、(S14)的順序可顛倒或同時(shí)進(jìn)行。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種機(jī)械手臂。如圖6所示，機(jī)械手臂4包含手臂本體41、第一感測(cè)單元42、第二感測(cè)單元43及控制單元(圖未示)。手臂本體41較佳包含前臂411、轉(zhuǎn)軸412、長(zhǎng)臂413、短臂414以及底座415。前臂411后端與長(zhǎng)臂413前端共同連接于轉(zhuǎn)軸412，使前臂411得以朝上下方向擺動(dòng)；長(zhǎng)臂413后端夾設(shè)于短臂414內(nèi)，以此能進(jìn)一步令前臂411朝前后方向移動(dòng)；短臂414與底座415連接，底座415可以旋轉(zhuǎn)以使手臂本體41能達(dá)到360度全方位的動(dòng)作。

第一感測(cè)單元42與第二感測(cè)單元43布設(shè)于手臂本體41朝向其預(yù)設(shè)路徑的一側(cè)，以本實(shí)施例而言，第一感測(cè)單元42是以小面積且多片的方式布設(shè)，但不以此為限。類似地，其動(dòng)作原理、感應(yīng)特性、控制方法如同前述實(shí)施例，在此不另行贅述。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出“防撞檢測(cè)裝置及其控制方法”，利用非接觸式的感測(cè)方式進(jìn)行感測(cè)，在機(jī)器尚未接觸到物體時(shí)即采取預(yù)防措施。此外，感測(cè)單元具可撓性，可布設(shè)于機(jī)器的任何位置，制造方式簡(jiǎn)單，也可降低制造成本。

通過(guò)以上具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的范圍加以限制，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做各種更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。