TW202206244A

TW202206244A - 偵測機械手之臂段的速度的裝置及方法

Info

Publication number: TW202206244A
Application number: TW110127006A
Authority: TW
Inventors: 湯瑪斯賀拉什
Original assignee: 湯瑪斯賀拉什
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2022-02-16
Also published as: AT524080A1; WO2022028828A1; AT524080B1

Abstract

一種用於偵測機械手、特別是SCARA機械手之可動臂段之速度及加速度的裝置具有包含至少兩個支架之多組件式支架系統。該等支架可繞定義的軸線旋轉運動，其中在裝入狀態下，第一旋轉軸固定且第一支架以可繞該第一旋轉軸旋轉運動的方式佈置，該第一支架具有與該第一旋轉軸正交之第一縱軸，且其中在該第一縱軸上佈置有另一旋轉軸，具有另一縱軸之另一支架以繞該旋轉軸旋轉的方式佈置，其中該另一旋轉軸與該另一縱軸正交且平行於該第一旋轉軸。該裝置還具有用於偵測該等支架之運動的相關資料之至少兩個感測器，其中第一感測器具有相對該第一支架之固定位置，至少另一感測器具有相對該另一支架之固定位置。該等感測器具有用於傳輸資料之構件。

Description

偵測機械手之臂段的速度的裝置及方法

發明領域

本發明係有關於一種具有請求項1之前言之特徵的裝置。

本發明還有關於一種具有請求項9之前言之特徵的操作該裝置之方法。

此外，本發明係有關於一種具有請求項11之前言之特徵的系統。

發明背景

SCARA機械手係為具有可繞旋轉軸樞轉之臂段之工業機器人。該機器人類型基於其快速且精確可重複的運動而特別是應用於「取置用途」，以將一元件自起始位置移動至目標位置。

操作SCARA機械手時有不同的要求。除顯而易見的對精度及速度之要求外，更重要的是儘可能安全地操作SCARA機械手。

基於SCARA機械手之臂段可實現之重量及速度，進入SCARA機械手之工作區域對操作人員而言存在潛在的風險。工作區域內之設備同樣可能受損。因此，對安全的操作而言，關鍵在於瞭解運動之速度，特別是對其上限加以限制。

在先前技術中，此點通常透過臂部本身中之內部感測器來解決，此等感測器對驅動器在區段上之角加速度進行偵測。隨後，由該等資料計算出各區段及工作區域之實際速度。其中，較小的測量誤差及噪聲可能在數學上繼續存在，從而不僅難以實施精確測量，還會隨時間推移而加劇。

發明概要

有鑒於此，本發明之目的在於提供一種裝置，其能夠特別安全地操作具有可樞轉臂段之機械手、特別是SCARA機械手。本發明之目的特別在於，提供一種可用來改裝前述類型的現有機械手之方案，以實現此種安全操作。

本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有請求項1之特徵的裝置，以及一種具有請求項8之特徵的方法。此外，本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有請求項10之特徵的系統。

根據本發明，該裝置具有包含至少兩個支架之多組件式支架系統，該等支架可繞定義的軸線旋轉運動，在裝入狀態下，第一旋轉軸固定且第一支架以可繞該第一旋轉軸旋轉運動的方式佈置，該第一支架具有與該第一旋轉軸正交之第一縱軸，在該第一縱軸上佈置有另一旋轉軸，具有另一縱軸之另一支架以繞該旋轉軸旋轉的方式佈置，其中該另一旋轉軸與該另一縱軸正交且平行於該第一旋轉軸，該裝置還具有用於偵測該等支架之運動的相關資料之至少兩個感測器，其中第一感測器具有相對第一支架之固定位置，至少另一感測器具有相對該另一支架之固定位置，以及，該等感測器具有用於傳輸資料之構件。

其中，每個感測器對其具有固定位置之支架的運動的相關資料進行偵測。

透過本發明之裝置，支架之運動速度在任何時候且對支架之任何區段而言皆為已知的。可由此推斷出機械手之臂段的運動速度。因此，亦可確定臂段之區域的運動速度是大於還是小於預設速度。如此便能特別安全地操作配設有本發明之裝置的機械手。

特別有利地，僅對速度及/或加速度進行測量。由於僅涉及到機械手之安全性，而未涉及機械手本身需完成之任務，因此，可省去大量的計算，從而使得該系統更加穩定且更加安全，且所需計算能力比瞭解所有運動時更少。

本發明之另一優點在於，可簡單地將此種裝置加裝至現有的具有分段臂部之機械手。

根據本發明，每個支架皆具一感測器，該感測器較佳可藉由加速度感測器及/或陀螺儀來測量加速度及角速度。可獨立於SCARA機械手之系統偵測該等資料並傳輸至計算單元。隨後，計算單元可對該等資料進行評價。

每個支架進而每個區段皆具一自有感測器，藉此，不僅能偵測工具在機械手臂上之速度，還能偵測支架以及臂段彼此間之速度，以及區段之間的接頭之速度。

根據本發明之一種較佳實施方式，該等感測器具有陀螺儀。透過陀螺儀能夠特別精確地偵測特別是旋轉運動。由此可測定出角速度。在感測器與旋轉軸之距離已知的情況下，該等角速度給出支架之全部區域的運動速度進而給出機械手臂之運動速度的相關資訊。

根據本發明之另一較佳實施方式，該等感測器具有加速度感測器。透過已知的值，即與旋轉軸之距離以及必須為旋轉運動的情形，可由加速度或速度測定出角速度，由此，在區段之幾何形狀已知的情況下，又可計算出區段在區段或局部的每個點上的速度。

前述該二系統之組合不僅可行，甚至特別有利，因為透過測量資料之組合或對比，精度有所提高。

需要注意的是，僅對速度及加速度進行偵測。特別是與監控臂部之位置的系統相比，所需的計算大幅簡化。因此，需要更少的計算資源，計算速度更快且出錯率大幅減小。

根據本發明之另一較佳實施方式，該裝置具有用於調整機械手之工作，特別是用於中斷該工作之構件。若發現臂部之區域的運動速度大於預設速度，則可將機械手停下。用於調整機械手之工作的構件較佳獨立於機械手本身。此種構件之一極為簡單的實施方案例如為在機械手外部將機械手之供能中斷的裝置。

本發明之其他較佳實施方式參閱其餘附屬項之主題。

即使在下文中係結合SCARA機械手對本發明進行描述，亦可有利地結合具有分段臂部之其他機械手來應用本發明。

較佳實施例之詳細說明

圖1示出具有基座1之SCARA機械手，該基座與可繞第一旋轉軸3被旋轉驅動之第一臂段2連接。在第一臂段2上佈置有另一臂段5，該臂段同樣可繞另一旋轉軸4被旋轉驅動。在該另一臂段5上佈置有工作區域6，該工作區域具有工具驅動器7、工具臂8及工具9。在所示示例中，工具臂8可豎直移動。工具9可根據相應工作要求設計；通常為吸盤或抓持器。

在臂段2、5上佈置有具有兩個感測器11、12之裝置的兩分式支架系統10。在所示示例中，支架系統10由兩個不相連的支架16、17組成，即，支架間係鬆散的。其中，感測器11、12佈置在支架16、17的哪個位置在很大程度上是無關緊要的。但感測器11、12佈置在支架16、17上之位置必須為已知的，特別是感測器11、12與旋轉軸3、4之相應距離必須為已知的。如此便能由支架16、17之某個位置上的速度或加速度測定出相應臂段2、5之全部區域的加速度或速度。為進行該測定，將感測器11、12偵測到之資料傳輸至計算單元13。在所示示例中，透過象徵性示出之訊號14、15來進行傳輸。在實施本發明時，相關領域通常知識者可根據具體情況來決定選擇用電纜或者以無線的方式進行傳輸。其中，無線傳輸方式之優點在於易於安裝，而透過電纜傳輸之訊號更少受干擾。

在已知感測器11、12與相應旋轉軸3、4之距離始終保持不變的情況下，該測定本身透過簡單三角函數實施。若感測器11、12偵測到角速度，則亦在可任何點上，即與旋轉軸3、4相距任意距離地測定出臂段2、5之速度。

圖1還示出附加感測器18，該其對工具臂8之豎直運動（用箭頭19示出）進行偵測。該感測器18例如可為線性編碼器。亦可將感測器18所產生之測量資料作為訊號21傳輸至計算單元。若將所有訊號14、15、21傳輸至同一計算單元13，則可由本發明之裝置所提供的臂部運動之相關資訊以及豎直運動之相關資訊測定出工具所實施的絕對運動。

作為本發明之較佳改良方案，用來偵測工具臂8之豎直運動的一或多個同類或不同類型的感測器18可直接在工具臂8上使用，或間接地在支架上使用。在此情形下，該等感測器係本發明之系統的部分。但有利地，亦可獨立於本發明地應用用於偵測工具臂8之豎直運動或隨後用於偵測工具9之傳感器18。

圖2例示性地示出操作本發明之裝置的方法。首先，感測器11、12對支架運動之相關資料，例如速度、加速度及/或角速度進行測量；在步驟101及102中實施該測量。可選地，例如在需要結合具有比迄今為止的示例性臂段更多的臂段之機械手使用該裝置的情況下，亦可設置其他感測器。此點用可選步驟103示出。隨後，將該步驟中所產生之資料104、105(及可選地106)傳輸至計算單元13，並且在步驟107中在該計算單元中進行處理。在緊隨其後的步驟108中對步驟107中的結果進行檢查。在此過程中，確定臂部之某個區域的運動速度是否大於預定義的速度。

若在步驟108中發現臂部之某個區域運動過快，則在步驟109中觸發升級。在最簡單的情形下，例如透過中斷供電來使得機械手之工作停止。若檢查表明無任何機械手區域以超過規定的參數運動，則可繼續工作(步驟110)，且該方法從頭開始。

1:基座 2,5:臂段 3,4:旋轉軸 6:工作區域 7:工具驅動器 8:工具臂 9:工具 10:支架系統 11,12,18:感測器 13:計算單元 14,15,21:訊號 16,17:支架 19:箭頭 101,102,103,107,108,109,110:步驟 104,105,106:資料

下面結合圖式對本發明之較佳實施例進行詳細說明。其中：圖1結合SCARA機械手示出例示性裝置之視圖，以及圖2示出繪示為流程圖之例示性方法。

1:基座

2,5:臂段

3,4:旋轉軸

6:工作區域

7:工具驅動器

8:工具臂

9:工具

10:支架系統

11,12,18:感測器

13:計算單元

14,15,21:訊號

16,17:支架

19:箭頭

Claims

一種用於偵測機械手、特別是SCARA機械手之可動臂段之速度及加速度的裝置，其特徵在於，該裝置具有包含至少兩個支架之多組件式支架系統，該等支架可繞定義的軸線旋轉運動，在裝入狀態下，第一旋轉軸固定且第一支架以可繞該第一旋轉軸旋轉運動的方式佈置，該第一支架具有與該第一旋轉軸正交之第一縱軸，在該第一縱軸上佈置有另一旋轉軸，具有另一縱軸之另一支架以繞該旋轉軸旋轉的方式佈置，其中該另一旋轉軸與該另一縱軸正交且平行於該第一旋轉軸，該裝置還具有用於偵測該等支架之運動的相關資料之至少兩個感測器，其中第一感測器具有相對該第一支架之固定位置，至少另一感測器具有相對該另一支架之固定位置，以及，該等感測器具有用於傳輸資料之構件。
如請求項1之裝置，其特徵在於，該等感測器具有用於將資料傳輸至計算單元之構件。
如請求項1或2之裝置，其特徵在於，該用於傳輸之構件佈置在該支架系統上。
如請求項1至3中任一項之裝置，其特徵在於，該等感測器與該等支架固定連接。
如請求項2至4中任一項之裝置，其特徵在於，該計算單元與用於調整該機械手之工作的構件，特別是用於中斷該機械手之供電的構件連接。
如請求項1至5中任一項之裝置，其特徵在於，該等感測器具有陀螺儀。
如請求項1或2之裝置，其特徵在於，該等感測器具有加速度感測器。
一種操作如請求項1至7中任一項之裝置的方法，其特徵在於，該等感測器對該等支架之運動的相關資料進行偵測，隨後，該等感測器將該等資料傳輸至計算單元，該計算單元對該等支架之運動進行測定，該計算單元將該測得的運動與預設值進行對比，以及，在該測得的運動超過該等預設值的情況下，該計算單元觸發升級，以及，在該運動未超過該等預設值的情況下，重複該等步驟。
如請求項8之方法，其特徵在於，該升級特別是透過中斷該機械手之供電來使得該機械手停下。
一種由機械手、特別是SCARA機械手及如請求項1至7中任一項之裝置組成之系統，其中該機械手具有基座及工作區域，該基座具有分為至少兩個臂段之臂部，且其中第一臂段以第一接頭以可被旋轉驅動的方式與該基座連接，另一臂段透過另一接頭以可被旋轉驅動的方式與該第一接頭連接，且自該基座視之，該工作區域處於最後一段上，其特徵在於，每個支架皆與一臂段對應，且可供該等支架繞軸相對運動之旋轉軸與供該等接頭繞軸旋轉之軸線彼此重疊。
如請求項10之系統，其特徵在於，每個支架皆與該對應的臂段固定連接。
如請求項11之系統，其特徵在於，根據如請求項8或9之方法來操作該系統。