本發(fā)明涉及一種機(jī)器手臂，尤其是涉及機(jī)器手臂從剎車停止轉(zhuǎn)動中，解除剎車讓機(jī)器手臂移動的方法。

背景技術(shù)：

工廠自動化利用機(jī)器手臂自動抓取工件，不斷來回移動進(jìn)行組裝制造，以提高生產(chǎn)的效率。而來回移動的機(jī)器手臂，除了需要驅(qū)動模塊提供動力外，尚需依賴穩(wěn)定可靠的剎車，才能將機(jī)器手臂停止在預(yù)定的位置，以進(jìn)行精確的作業(yè)。

請參考圖1，為現(xiàn)有技術(shù)美國專利us8410732的機(jī)器手臂的驅(qū)動模塊10?，F(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動模塊10，利用馬達(dá)11驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動，經(jīng)由減速裝置13減速后，輸出動力移動機(jī)器手臂。驅(qū)動模塊10中設(shè)置剎車裝置，剎車裝置將棘輪14固定在轉(zhuǎn)軸12上，并在棘輪14周邊設(shè)置電磁閥15，電磁閥15通過伸縮的擋銷16離合棘輪14，阻擋或釋放棘輪14轉(zhuǎn)動。驅(qū)動模塊10另在轉(zhuǎn)軸12的一端固定編碼器(encoder)17，偵測馬達(dá)11的轉(zhuǎn)動角度，作為監(jiān)視及控制馬達(dá)11轉(zhuǎn)動的反饋信號。

當(dāng)機(jī)器手臂需要移動時，控制電磁閥15縮回?fù)蹁N16釋放棘輪14，再以信號控制馬達(dá)11驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動，并由編碼器17監(jiān)視馬達(dá)11是否依照信號需要的角度轉(zhuǎn)動。當(dāng)機(jī)器手臂需要停止時，驅(qū)動模塊10進(jìn)行剎車作業(yè)，啟動電磁閥15伸長擋銷16阻擋棘輪14轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生剎車力矩，抵抗機(jī)器手臂本身及乘載工件所形成負(fù)載的慣性力，以停止棘輪14固定的轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動，進(jìn)而阻止機(jī)器手臂移動，再由編碼器17監(jiān)視馬達(dá)11是否依照信號停止在需要的角度。

然而，當(dāng)電磁閥15的擋銷16停止機(jī)器手臂轉(zhuǎn)動后，機(jī)器手臂的負(fù)載，將經(jīng)由棘輪14作用在電磁閥15伸長的擋銷16上，如乘載工件過大，負(fù)載將使棘輪14與擋銷16間形成較大的摩擦力。當(dāng)機(jī)器手臂需要再移動時，控制電磁閥15縮回?fù)蹁N16的力量，不足以克服棘輪14與擋銷16間的摩擦力時，擋銷16被棘輪14卡阻，電磁閥15將無法順利縮回?fù)蹁N16釋放棘輪14，因而導(dǎo)致驅(qū)動模塊10無法解除剎車。如在無法解除剎車下，一旦驅(qū)動模塊10使用更大力量或轉(zhuǎn)動角度驅(qū)動馬達(dá)11轉(zhuǎn)動時，將造成擋銷16或棘輪14彎曲變形，不僅影響機(jī)器手臂定位的精確性，甚至造成機(jī)器手臂毀損。因此，機(jī)器手臂在解除剎車的方法上，仍有問題亟待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器手臂解除剎車的方法，通過機(jī)器手臂的重力感測器取得重力方向，及利用驅(qū)動模塊的轉(zhuǎn)動角度獲得負(fù)載方向，再以反向預(yù)設(shè)的力矩轉(zhuǎn)動馬達(dá)，以解除剎車。

為了達(dá)到前述發(fā)明的目的，本發(fā)明機(jī)器手臂解除剎車的方法，取得驅(qū)動模塊的重力角度，并由馬達(dá)的編碼器偵測獲得驅(qū)動模塊的轉(zhuǎn)動角度，比對重力角度及轉(zhuǎn)動角度，由比對結(jié)果，判斷剎車裝置的負(fù)載方向，控制馬達(dá)以相反負(fù)載方向輸出預(yù)設(shè)的力矩，進(jìn)行控制驅(qū)動模塊的電磁閥縮回?fù)蹁N，以解除剎車。

本發(fā)明由設(shè)在驅(qū)動模塊的控制電路板的重力感測器，偵測重力方向，再由驅(qū)動模塊根據(jù)轉(zhuǎn)動基準(zhǔn)決定重力方向相對驅(qū)動模塊的重力角度。將重力角度減去轉(zhuǎn)動角度，比對重力角度及轉(zhuǎn)動角度的正負(fù)結(jié)果。比對結(jié)果為正，判斷機(jī)器手臂的負(fù)載以順時針方向作用在剎車裝置，比對結(jié)果為負(fù)，判斷機(jī)器手臂的負(fù)載以逆時針方向作用在剎車裝置。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)機(jī)器手臂的驅(qū)動模塊的側(cè)剖視圖；

圖2為本發(fā)明機(jī)器手臂承受負(fù)載的示意圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)器手臂的驅(qū)動模塊的側(cè)剖視圖；

圖4為本發(fā)明機(jī)器手臂在順時針方向的負(fù)載作用的示意圖；

圖5為本發(fā)明機(jī)器手臂在逆時針方向的負(fù)載作用的示意圖；

圖6為本發(fā)明機(jī)器手臂解除剎車的方法的流程圖。

符號說明

20機(jī)器手臂

21第一驅(qū)動模塊

22第一支撐臂

23第二驅(qū)動模塊

24第二支撐臂

25端末部

26夾爪

27工件

30驅(qū)動模塊

31馬達(dá)

32轉(zhuǎn)軸

33減速裝置

34控制電路板

35重力感測器

36剎車裝置

37棘輪

38電磁閥

39擋銷

40彈簧

41編碼器

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明為達(dá)成上述目的，所采用的技術(shù)手段及其功效，茲舉較佳實(shí)施例，并配合附圖加以說明如下。

請同時參閱圖2、圖3、圖4及圖5，圖2為本發(fā)明機(jī)器手臂承受負(fù)載的示意圖，圖3為本發(fā)明機(jī)器手臂的驅(qū)動模塊的側(cè)剖視圖，圖4為本發(fā)明機(jī)器手臂在順時針方向的負(fù)載作用的示意圖，圖5為本發(fā)明機(jī)器手臂在逆時針方向的負(fù)載作用的示意圖。本發(fā)明為包含至少一軸的機(jī)器手臂20，圖2中，本實(shí)施例以多軸的機(jī)器手臂20為例說明。機(jī)器手臂20利用第一驅(qū)動模塊21驅(qū)動第一支撐臂22的一端轉(zhuǎn)動角度α，第一支撐臂22的另一端固定第二驅(qū)動模塊23，第二驅(qū)動模塊23以第一支撐臂22為轉(zhuǎn)動基準(zhǔn)，驅(qū)動第二支撐臂24的一端轉(zhuǎn)動角度θ1。讓第二支撐臂24另一端的端末部25，驅(qū)動夾爪26夾取工件27。

本發(fā)明第一驅(qū)動模塊21與第二驅(qū)動模塊23使用相同的驅(qū)動模塊30。圖3中，驅(qū)動模塊30利用馬達(dá)31驅(qū)動轉(zhuǎn)軸32轉(zhuǎn)動，經(jīng)由減速裝置33減速后，輸出動力移動機(jī)器手臂20。驅(qū)動模塊30另在控制電路板34上，設(shè)置重力感測器35，用以偵測驅(qū)動模塊30所在位置的重力的方向。驅(qū)動模塊30并設(shè)置剎車裝置36，剎車裝置36將棘輪37固定在轉(zhuǎn)軸32上。圖3中，棘輪37徑向伸出轉(zhuǎn)軸32的圓周，并在棘輪37周邊設(shè)置電磁閥38，電磁閥38具有伸縮的擋銷39，擋銷39受電磁閥38的磁力作用，電磁閥38關(guān)狀態(tài)(off)時，彈簧40頂出擋銷39進(jìn)入棘輪37的轉(zhuǎn)動路徑，開狀態(tài)(on)時壓擠彈簧40，縮回?fù)蹁N39脫離棘輪37的轉(zhuǎn)動路徑。驅(qū)動模塊30另在轉(zhuǎn)軸32的一端固定編碼器41，偵測及記錄馬達(dá)31的轉(zhuǎn)動角度。

當(dāng)機(jī)器手臂20剎車時，控制電磁閥38關(guān)狀態(tài)(off)，由彈簧40頂出擋銷39，使擋銷39進(jìn)入棘輪37的轉(zhuǎn)動路徑阻擋棘輪37移動，產(chǎn)生剎車力矩，抵抗機(jī)器手臂20負(fù)載產(chǎn)生的慣性力，停止棘輪37固定的轉(zhuǎn)軸32轉(zhuǎn)動，進(jìn)而阻止機(jī)器手臂20移動。而剎車裝置36停止機(jī)器手臂20轉(zhuǎn)動后，機(jī)器手臂20的負(fù)載，經(jīng)由棘輪37作用在電磁閥38伸長的擋銷39上。當(dāng)機(jī)器手臂需要再移動前，必須先解除剎車，克服棘輪37卡阻擋銷39的摩擦力，控制電磁閥38開狀態(tài)(on)，縮回?fù)蹁N39，讓擋銷39脫離棘輪37的轉(zhuǎn)動路徑，不會卡阻棘輪37轉(zhuǎn)動，才能控制驅(qū)動模塊30自由轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸32輸出動力。

以第二驅(qū)動模塊23解除剎車為例，由于機(jī)器手臂20經(jīng)由各馬達(dá)的編碼器41記錄第一驅(qū)動模塊21與第二驅(qū)動模塊23的轉(zhuǎn)動角度，機(jī)器手臂20各部分相對的位置關(guān)系為已知。因此，圖2中，本發(fā)明利用機(jī)器手臂20在剎車時紀(jì)錄的各馬達(dá)的轉(zhuǎn)動角度，即第一驅(qū)動模塊21驅(qū)動第一支撐臂22的一端轉(zhuǎn)動角度α，第二驅(qū)動模塊23驅(qū)動第二支撐臂24的轉(zhuǎn)動角度θ1。由于第二驅(qū)動模塊23已受第一支撐臂22轉(zhuǎn)動角度α，無法僅憑轉(zhuǎn)動角度θ1判斷與重力方向v的關(guān)系。因此第二驅(qū)動模塊23需借助設(shè)于其控制電路板34的重力感測器35，偵測第二驅(qū)動模塊23的重力方向v，并根據(jù)第二驅(qū)動模塊23的轉(zhuǎn)動基準(zhǔn)的第一支撐臂22，決定重力方向v相對在第二驅(qū)動模塊23的重力角度θ。

再利用前述第二驅(qū)動模塊23轉(zhuǎn)動第二支撐臂24的轉(zhuǎn)動角度θ1與重力方向v的重力角度θ，比對重力角度θ減去轉(zhuǎn)動角度θ1的結(jié)果，由于第二支撐臂24的轉(zhuǎn)動角度θ1不大于重力角度θ，所以θ-θ1≧0，比對結(jié)果為正，就可判斷第二支撐臂24位于重力方向v伸展轉(zhuǎn)動角度的一邊。如圖4中，機(jī)器手臂20的負(fù)載l，藉棘輪37以順時針方向作用在擋銷39。因此，第二驅(qū)動模塊23需利用預(yù)設(shè)的力矩t，以相反負(fù)載l的方向驅(qū)動馬達(dá)31轉(zhuǎn)動棘輪37，就可抵銷在擋銷39的負(fù)載l作用力，使棘輪37對擋銷39的摩擦力減少或消失，電磁閥38就可順利縮回?fù)蹁N39，成功解除剎車。

同理，在第二驅(qū)動模塊23受第一支撐臂22轉(zhuǎn)動角度α的狀態(tài)未變下，當(dāng)?shù)诙?qū)動模塊23驅(qū)動第二支撐臂24轉(zhuǎn)動角度θ2，如圖2中虛線所示的第二支撐臂24’。第二驅(qū)動模塊23的重力感測器35，偵測重力方向v相對仍在第二驅(qū)動模塊23的重力角度θ。比對重力角度θ減去轉(zhuǎn)動角度θ2的結(jié)果，由于第二支撐臂24的轉(zhuǎn)動角度θ1大于重力角度θ，所以θ-θ1<0，比對結(jié)果為負(fù)，就可判斷第二支撐臂24’位于重力方向v收縮轉(zhuǎn)動角度的一邊。如圖5中，機(jī)器手臂20的負(fù)載l，藉棘輪37由逆時針方向作用在擋銷39。只要第二驅(qū)動模塊23利用預(yù)設(shè)的力矩t，以相反向負(fù)載l的方向驅(qū)動馬達(dá)31轉(zhuǎn)動棘輪37，同樣可抵銷作用在擋銷39的負(fù)載l，使棘輪37對擋銷39的摩擦力減少或消失，電磁閥38也可順利縮回?fù)蹁N39，解除剎車。前述本發(fā)明雖以第二驅(qū)動模塊23舉例說明解除剎車，但包含且不限于第二驅(qū)動模塊23，同樣也可在各驅(qū)動模塊推知承受的負(fù)載方向，據(jù)以解除剎車。

如圖6所示，為本發(fā)明機(jī)器手臂解除剎車的方法的流程圖。本發(fā)明機(jī)器手臂解除剎車的方法的詳細(xì)步驟說明如下:步驟s1，開始進(jìn)行解除剎車；在步驟s2，由重力感測器取得重力方向，決定重力方向相對驅(qū)動模塊的重力角度；步驟s3，獲得驅(qū)動模塊的轉(zhuǎn)動角度；步驟s4，比對重力角度及轉(zhuǎn)動角度，即由重力角度減去轉(zhuǎn)動角度獲得正負(fù)的比對結(jié)果；步驟s5，由比對結(jié)果，判斷剎車裝置的負(fù)載方向；步驟s6，控制馬達(dá)以相反負(fù)載方向輸出預(yù)設(shè)的力矩；步驟s6進(jìn)行解除剎車，即控制電磁閥順利縮回?fù)蹁N；最后進(jìn)入步驟s8，結(jié)束解除剎車作業(yè)。

因此，本發(fā)明機(jī)器手臂解除剎車的方法，就可通過機(jī)器手臂的重力感測器取得重力方向，并決定重力方向相對驅(qū)動模塊的重力角度，利用編碼器取得驅(qū)動模塊的轉(zhuǎn)動角度，計算重力角度減去轉(zhuǎn)動角度的比對結(jié)果，判斷剎車裝置承受的負(fù)載方向，再以反向預(yù)設(shè)的力矩轉(zhuǎn)動馬達(dá)，抵銷擋銷的負(fù)載，讓電磁閥順利縮回?fù)蹁N，達(dá)到成功解除剎車的目的。

以上所述者，僅為用以方便說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于該多個較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，于不脫離本發(fā)明的精神下，皆屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。