TWI698315B - 可變軸數的機器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了可變軸數的機器人及其控制方法，其中，機器人包括：底座；第一關節臂的一端連結於底座；至少N個機械臂，當N=1時，機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與第一關節臂的另一端連結；當N>1時，任一機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與相鄰機械臂可拆卸地連結；驅動部設置於底座、第一關節臂和機械臂內部；驅動部包括多個驅動器和多個電機，多個驅動器以如下兩種模式驅動多個電機轉動；每個電機自由轉動；或者至少一繞橫擺軸旋轉的電機在水平面內旋轉。

Description

可變軸數的機器人及其控制方法

本發明涉及機器人控制領域，具體地說，涉及一種可變軸數的機器人及其控制方法。

目前市場上主要的機器人包括兩類：SCARA機器人和6R機器人。

SCARA機器人，即平面關節型機器人，是一種應用於裝配作業的機器人手臂。與一般關節型機器人不同，關節型機器人只在平面上具有良好的靈活性，而在平面垂直的方向具有很高的剛性，因此非常適合垂直方向的裝配作業，它在裝配、搬運等作業中可以實現很快的速度和較高的頻率。

6R機器人，即具有六個轉動關節的機器人，比四軸機械手多兩個關節，因此有更多的自由度，可以拿起水平面上任意朝向的部件，一般應用在裝配、弧焊、點焊、噴塗、點膠、拾取及包裝等領域。

SCARA機器人與6R機器人分別具有以下優缺點：

SCARA機器人結構輕便、回應快，但是存在無法執行立體動作，整體結構佈局不夠緊湊的缺陷，由於其具有特定的形狀，決定了其工作範圍類似於一個扇形區域，複雜的工作區域實際中還需另外加入一個機器人配合操作，這不僅造成了操作精度的損失，而且使得裝配成本大大提升，因此不完全適合3C產業大批量、高精度裝配作業。

傳統機械臂(例如：6R機器人)的缺點是速度慢，價格高，球狀工作範圍受限。再者，六軸機械臂專長是打磨、拋光等大量曲面之應用，使用於3C產業時只需要少量的立體動作，很多結構的優勢無法施展，使用成本高，性價比上沒有優勢。

因此，本發明提供了一種可變軸數的機器人及其控制方法。

針對現有技術中的問題，本發明的目的在於提供可變軸數的機器人及其控制方法，克服了現有技術的困難，提高機器人的剛度，既能快捷的應用於生產活動又能柔性動作角度執行多樣任務，同時整體佈局緊湊，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。

本發明的實施例提供一種可變軸數的機器人，包括：一底座；一第一關節臂，所述第一關節臂的一端連結於所述底座； 至少N個機械臂，N為非0的自然數，當N=1時，所述機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與所述第一關節臂的另一端連結；當N>1時，任一所述機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與相鄰機械臂可拆卸地連結；一驅動部，所述驅動部設置於所述底座、所述第一關節臂和所述機械臂內部；所述驅動部包括多個驅動器和多個電機，多個所述驅動器以如下兩種模式驅動多個所述電機轉動。

自由轉動模式：每個所述電機自由轉動；或者

水平轉動模式：至少一繞橫擺軸旋轉的所述電機在水平面內旋轉。

優選地，所述驅動部控制所述機器人的可旋轉軸數可以從一定軸數變化為任意更多的軸或是更少的軸。

優選地，所述機械臂被配置為透過拆卸或拼接至少一個機械臂而改變所述機械臂的總數量。

優選地，所述機械臂被配置透過直接拆卸X個機械臂；或拆卸Y個機械臂後拼接Z個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，X、Y、Z均為常數，且X

N，Y=N，Z

1。

優選地，所述機械臂被配置透過拼接U個機械臂；或拆卸Y個機械臂後拼接V個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，U、Y、V均為常數，且U

1，Y=N，V

1。

優選地，所述第一關節臂包括支撐部和第一關節，所述支撐部的一端連結於所述底座，所述支撐部的另一端連結於所述第一關節。

優選地，所述支撐部相對於所述底座扭轉或平移。

優選地，所述第一關節設有一升降卡爪，所述支撐部設有一升降槽，所述升降卡爪受所述電機驅動在所述升降槽內升降。

優選地，可變軸數的機器人包括：一第一關節，所述第一關節的第一端連結到所述支撐部，且相對於所述支撐部升降；一第二機械臂，所述第二機械臂的第一端經由一第一關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第一關節的第二端連結；一第三機械臂，所述第三機械臂的第一端經由一第二關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第二機械臂的第二端連結；以及一末端操縱部，所述末端操縱部經由一第三關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第三機械臂的第二端可拆卸地連結。

優選地，可變軸數的機器人包括：一第一關節，所述第一關節的第一端連結到所述支撐部，且相對於所述支撐部升降；一第二機械臂，所述第二機械臂的第一端經由一第一關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第一關節的第二端連結； 一第三機械臂，所述第三機械臂的第一端經由一第二關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第二機械臂的第二端連結；以及一末端操縱部，所述末端操縱部經由一第三關節部以能夠繞俯仰軸旋轉的方式與所述第三機械臂的第二端可拆卸地連結。

優選地，可變軸數的機器人包括：一第一關節，所述第一關節的第一端連結到所述支撐部，且相對於所述支撐部升降；以及一第二機械臂，所述第二機械臂的第一端經由一第一關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與所述第一關節的第二端連結；以及一末端操縱部，所述末端操縱部經由一第三關節部以能夠繞橫擺軸旋轉或者繞俯仰軸旋轉的方式與所述第二機械臂的第二端可拆卸地連結。

優選地，越接近所述第一關節臂的機械臂的水平高度越高，越遠離所述第一關節臂的機械臂的水平高度越低，可變軸數的機器人的多個機械臂整體向重力方向階梯狀下降。

優選地，所述驅動部在所述水平轉動模式中所述機械臂之間的所有關節部的旋轉軸平行於鉛垂方向。

優選地，所述驅動部在所述水平轉動模式中，控制所述機械臂之間的所有關節部的電機在水平面內旋轉，以使施加給所述機械臂中最接近第一關節臂的旋轉軸的轉矩最小。

優選地，所述驅動部在所述自由轉動模式中，控制所述機械臂之間的所有關節部的電機自由轉動，以使施加給所述機械臂中最接近第一關節臂的旋轉軸的轉矩最小。

本發明的實施例還提供一種可變軸數的機器人的控制方法，採用上述的可變軸數的機器人，所述控制方法以下控制模式中的任意一種進行所述驅動器的驅動控制：軸座標控制模式；末端DH矩陣控制模式；基於坐標軸的運動控制模式；以及末端點到點的控制模式。

優選地，所述控制方法為軸座標控制模式，包括以下步驟：預存自由轉動模式的狀態參數以及水平轉動模式的狀態參數；當被配置為自由轉動模式時，調用自由轉動模式的狀態參數進行控制；當被配置為水平轉動模式時，調用水平轉動模式的狀態參數進行控制；其中，所述調用自由轉動模式的狀態參數進行控制的步驟包括了程式初始化參數、驅動參數初始化、構型參數初始化以及控制介面初始化；所述調用水平轉動模式的狀態參數進行控制的步驟包括了程式初始化參數、驅動參數初始化、構型參數初始化以及控制介面初始化。

優選地，所述自由轉動模式的程式初始化參數包括：自由轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質，質心位置，最大速度，最大加速度以及最大加加速度； 所述水平轉動模式的程式初始化參數包括：水平轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質、質心位置、最大速度、最大加速度以及最大加加速度。

本發明所提供的可變軸數的機器人及其控制方法提高機器人的剛度，既能快捷的應用於生產活動又能柔性動作角度執行多樣任務，同時整體佈局緊湊，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

1:底座

2:支撐部

3:升降卡爪

4:第一關節

5:第一關節部

6:第二機械臂

7:第二關節部

8:第三機械臂

9:第三關節部

10:末端操縱部

11:升降槽

12:第三關節部

15:機械臂

16:關節部

17:第一關節臂

21:六軸模式下的軟體介面

22:機器人模型演示視窗

23:四軸模式下的軟體介面

24:機器人模型演示視窗

S100~S103:流程步驟

J1、J3、J4、J6:旋轉軸

J5:扭轉旋轉軸

Z2:垂直升降軸

透過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。

第1圖繪示本發明的一種可變軸數的機器人的示意圖。

第2圖繪示本發明的另一種可變軸數的機器人的示意圖。

第3圖繪示本發明的再一種可變軸數的機器人的立體圖。

第4圖繪示本發明的再一種可變軸數的機器人的立體圖。

第5圖繪示本發明的再一種可變軸數的機器人的立體圖。

第6圖繪示本發明的一種可變軸數的機器人的控制方法的流程圖。

第7圖繪示本發明的可變軸數的機器人在六軸模式下的軟體介面示意圖。

第8圖繪示本發明的可變軸數的機器人在四軸模式下的軟體介面示意圖。

現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，實施例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明將全面和完整，並將實施例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略對它們的重複描述。

第1圖是本發明的一種可變軸數的機器人的示意圖。第2圖是本發明的另一種可變軸數的機器人的示意圖。如第1圖和第2圖所示，本發明的可變軸數的機器人，包括：一底座1、一第一關節臂17、至少N個機械臂15以及一驅動部。所述第一關節臂17的一端連結於所述底座1。至少N個機械臂15，N為非0的自然數，當N=1時，所述機械臂15的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與所述第一關節臂17的另一端連結(見第1圖)。當N>1時，任一所述機械臂15的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與相鄰機械臂15可拆卸地連結(見第2圖)。所述驅動部(圖中未示出)設置於所述底座1、所述第一關節臂17和所述機械臂15內部。所述驅動部包括多個驅動器(圖中未示出)和多個電機(圖 中未示出)，多個所述驅動器以如下兩種模式驅動多個所述電機轉動。自由轉動模式：每個所述電機自由轉動。或者水平轉動模式：至少一繞橫擺軸旋轉的所述電機在水平面內旋轉。本發明中的水平轉動模式中能夠進行繞橫擺軸的旋轉或扭轉，所以可以提高機器人的剛度，而自由轉動模式能夠實現柔性動作角度執行多樣任務，同時整體佈局緊湊，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。

對比第1圖和第2圖可知，所述驅動部控制所述機器人的可旋轉軸數可以從一定軸數變化為任意更多的軸或是更少的軸。本發明中的機械臂15的總數量可以是任意的，可以根據實際的工況需求，透過拆卸或拼接機械臂，以改變機械臂15的數量，但不以此為限。

在一個優選實施例中，所述機械臂被配置為透過拆卸或拼接至少一個機械臂而改變所述機械臂的總數量。例如：先拆除現有的所有機械臂，或者拆除幾個機械臂以後又新增加幾個機械臂等等，但不以此為限。

在一個優選實施例中，本發明中改變機械臂的總數量的結構變化為：所述機械臂被配置透過直接拆卸X個機械臂；或拆卸Y個機械臂後拼接Z個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，X、Y、Z均為常數，且X

N，Y=N，Z

1，但不以此為限。

在一個優選實施例中，本發明中改變機械臂的總數量的結構變化為：所述機械臂被配置透過拼接U個機械臂；或拆 卸Y個機械臂後拼接V個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，U、Y、V均為常數，且U

1，Y=N，V

1，但不以此為限。

在實際的生產使用中，通常會在機器人的最末端的機械臂配置為進行操作的末端操縱部，以便進行具體操作。以下例舉幾個具體的可變軸數的機器人，來揭示本發明的實現原理：

第3圖是本發明的可變軸數的機器人的立體圖。如第3圖所示，本發明的一種可變軸數的機器人，包括：一底座1、一第一關節臂、一多關節臂、一末端操縱部10以及一驅動部。支撐部2相對於底座1旋轉。第一關節臂包括一支撐部2以及一第一關節4。第一關節4設有一升降卡爪3，支撐部2設有一升降槽11，升降卡爪3受驅動器驅動在升降槽11內升降。多關節臂的第一端連結到第一關節4，第一關節4相對於支撐部2升降，所示多關節臂包括端對端相互連結的多根機械臂以及連接機械臂之間的關節部，機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與另一機械臂的另一端連結，但不以此為限。末端操縱部10經由一第三關節部12以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與多關節臂的第二端可拆卸地連結。本發明中的末端操縱部10可以是現有的或是未來發明的任意一種功能操縱部。第三關節部12的轉軸平行於鉛垂面，能夠進行水平旋轉，但不以此為限。本實施例中，多關節臂主要包括：一第二機械臂6、一第三機械臂8以及一第一關節部5，但不以此為限。第二機械臂6的第一端經由一第一關節部5以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與第一關節4的第二端連結。第三機械臂8的第一端經由一第二關節部7以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與第二機械臂6的第二端連結，第三機械臂8的第二端與第三關節部12連結。本實施例中，可 變軸數的機器人的底座1、支撐部2、機械臂、末端操縱部10之間分別設置了水平旋轉軸J1、垂直升降軸Z2、水平旋轉軸J3、水平旋轉軸J4、扭轉旋轉軸J5以及水平旋轉軸J6。驅動部包括分別設置於關節部、支撐部2與底座1之間、多關節臂的第一端與支撐部2之間的多個驅動器和多個電機，多個所述驅動器以如下兩種模式驅動多個所述電機轉動(自由轉動模式和水平轉動模式)。

自由轉動模式為每個電機自由轉動，每一個關節部都具有充分的自由度。而水平轉動模式為至少一繞橫擺軸旋轉或扭轉的電機在水平面內旋轉，其餘電機不工作。驅動部在水平轉動模式中多關節臂的所有關節部的旋轉軸平行於鉛垂方向。水平轉動模式中，所有繞俯仰軸旋轉或是升降軸升降的電機停止工作，從而提高機器人獲得垂直方向上的剛度。

在一個變化例中，本發明的可變軸數的機器人可以根據使用場景和技術要求變換機器人的軸數和結構。例如透過對當前的可變軸數的機器人組裝新的機械臂，或是拆卸當前的機械臂，來增減多關節臂的機械臂之間的轉軸的總數，但不以此為限。

而且，本發明的軸數變化還可以透過另一種方案來實現：根據性能要求，比如工作範圍、定位精准度等，機器人的軸數可以從一定軸數變化為任意更多軸或者更少的軸。本發明的軸數可以切換為更多軸或者更少軸，比如：在現有5軸情況下，可以切換為6軸、7軸等更多軸，也可以切換為4軸、3軸等更少軸。本發明的軸切換的方式可以是多樣的，比如：現有5軸切換為6軸時，可以是直接在在現有5軸的基礎上添加第6軸，也可以切換第5軸後，添加新的結構的第5、6軸，實現5軸模式向6軸模式的切換。 在此基礎上，透過拆卸或是組裝機械臂或關節部來對本發明中的旋轉軸的數量進行增減的技術方案也落在本發明的保護範圍之內。

本發明的可變軸數的機器人可以根據實際機械手臂使用時特定動作的需要，可以變換某一軸或者某幾軸的結構。本發明的切換軸的選擇可以是多樣的，比如：現有5軸切換為6軸時，添加的第6軸結構可以不唯一，第6軸可以是水平軸或是垂直軸。而且，本發明的軸數可以不變，其中特定軸結構可以切換為不同結構的軸，比如：現有6軸，第5、6軸分別是橫擺結構、俯仰結構或扭轉結構中的任意一種結構，且第5、6軸的結構不同，切換後，可以將第5、6軸切換為相同結構的5、6軸，但不以此為限。在此基礎上，透過拆卸或是組裝機械臂或關節部來對本發明中的旋轉軸的方向進行改變的技術方案也落在本發明的保護範圍之內。

本發明的自由轉動模式下可變軸數的機器人被配置為六軸模式的機器手臂，相當於傳統的六軸機器人(6R機器人)。水平轉動模式下可變軸數的機器人被配置為四軸模式的機器手臂，相當於SCARA機器人(即平面關節型機器人，SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm的縮寫，意思是一種應用於裝配作業的機器人手臂。它有3個旋轉關節，最適用於平面定位。)。本發明的可變軸數的機器人擁有SCARA機器人的工業特性：精准度高、速度快，比SCARA機器人自由度更多，靈活性更高。而且，本發明的可變軸數的機器人具有圓柱工作範圍，優於傳統多軸機器人。本發明還可以實現一台機械手臂的不同軸數切換，一台多軸機械手臂的費用可以使用多種模式的功能，應 用的靈活性更好。所以，本發明的可變軸數的機器人透過實現機器人軸數的切換和切換軸的結構的改變，可以根據產線的調整，針對產線的需求，改變機器人的軸數，在產線靈活應用，這樣的好處是，本發明的機器人，即平面定位精准，又增加了機器人的自由度，擴大了應用的範圍，多軸變換模式使一台機器人可用於多種領域，大大減少了企業的生產成本。

當機器人軸數切換時，軸關節電機的驅動器會隨之有相應的變化，軸數的增加減少，使用電機數會隨之增減，與電機匹配的驅動器的個數會隨之增減。當四軸模式與六軸模式切換時，系統的整體構架不變，因為不同模式下運行的驅動電機數不同，因此在切換時，需要改變電機驅動器的運行數。實際操作中，無需改變電路的接線，只透過軟體的程式控制，即可實現軸數切換時電機驅動器運行總數量的改變。

為了由於本發明的多關節臂具有多根機械臂，為了降低根機械臂的品質對多關節臂的第一端的拉力效應，多關節臂中越接近其第一端的機械臂的水平高度越高，越接近其第二端的機械臂的水平高度越低。每一級機械臂類似一個下降的臺階，使得多關節臂整體向重力方向階梯狀下降，這種傾斜的階梯下降的姿態有助於分散多關節臂整體品質對的第一端和支撐部2的拉力效應。尤其是在多關節臂包括5根機械臂、8根機械臂的情況下能更有效地增強多關節臂的整體強度，也降低多關節臂的重心。

在另一個優選實施例中，所述驅動部在所述水平轉動模式中，控制所述機械臂之間的所有關節部的電機在水平面內 旋轉，以使施加給所述機械臂中最接近第一關節臂的旋轉軸的轉矩最小。

在另一個優選實施例中，所述驅動部在所述自由轉動模式中，控制所述機械臂之間的所有關節部的電機自由轉動，以使施加給所述機械臂中最接近第一關節臂的旋轉軸的轉矩最小。

第4圖是本發明的另一種可變軸數的機器人的立體圖。如第4圖所示，在本發明的另一種實施例中，末端操縱部10經由一第三關節部9以能夠繞俯仰軸旋轉的方式與多關節臂的第二端連結。第三關節部12的轉軸平行於水平面，能夠進行俯仰旋轉，但不以此為限。本實施例中，可變軸數的機器人的底座1、支撐部2、機械臂、末端操縱部10之間分別設置了水平旋轉軸J1、垂直升降軸Z2、水平旋轉軸J3、水平旋轉軸J4、扭轉旋轉軸J5以及俯仰旋轉軸J6。其他技術特徵如前所示，此處不再贅述。在此基礎上，改變多關節臂兩端的關節臂的旋轉方或是驅動功能的技術方案也落在本發明的保護範圍之內。

第5圖是本發明的再一種可變軸數的機器人的立體圖。如第5圖所示，在本發明的另一種實施例中，多關節臂只包括一第二機械臂6。第二機械臂6的第一端經由一第一關節部5以能夠繞橫擺軸旋轉的方式與第一關節4的第二端連結，第二機械臂6的第二端與第三關節部連結。本實施例中，可變軸數的機器人的底座1、支撐部2、機械臂、末端操縱部10之間分別設置了水平旋轉軸J1、垂直升降軸Z2、水平旋轉軸J3、扭轉旋轉軸J5以及俯仰旋轉軸J6。多關節臂包含的機械臂總數量越小，相對的剛性就越強。 在此基礎上，增加或是減少多關節臂的機械臂的總數量的技術方案也落在本發明的保護範圍之內。

本發明還保護一種可變軸數的機器人的控制方法，採用上述的可變軸數的機器人，控制方法以下控制模式中的任意一種進行驅動器的驅動控制：軸座標控制模式、末端DH矩陣控制模式、基於坐標軸的運動控制模式以及末端點到點的控制模式。

在軸座標控制模式下，使用者透過修改GUI(圖形化使用者介面)中每個軸關節的參數，以達到控制手臂運行的目的。改變參數的方式包括：1、拖動滑塊使參數逐漸增大；2、直接寫入關節參數。

在末端DH矩陣控制模式下，使用者透過直接修改末端DH矩陣中的參數，以達到控制手臂運行的目的。

在基於坐標軸的運動控制模式下使用者透過控制手臂末端沿選定的坐標軸運動(如座標的X軸、Y軸、Z軸)，以達到控制手臂運行的目的。

在末端點到點的控制模式中，使用者指定始末點的座標和運動方式(如快速點到點，直線點到點)，以達到控制手臂運行的目的。

以上四種模式都可以在GUI中加入3D model顯示姿態。任意軸數的手臂中包括但不限於全部包括以上四種控制模式，即可能有一種，可能有兩種，可能有三種，可能有四種。GUI介面可能包含一種、兩種或多種控制模式的操作介面。路徑規劃與差補，可以是共用功能，也可以是分別綁定在各模式。

第6圖是本發明的一種可變軸數的機器人的控制方法的流程圖。如第6圖所示，本實施例中的控制方法為軸座標控制模式，包括以下步驟：

S100、預存自由轉動模式的狀態參數以及水平轉動模式的狀態參數。

S101、判斷可變軸數的機器人被配置為自由轉動模式還是水平轉動模式，若是自由轉動模式，則執行步驟S102，若是水平轉動模式，則執行步驟S103。

S102、當被配置為自由轉動模式時，調用自由轉動模式的狀態參數進行控制。

S103、當被配置為水平轉動模式時，調用水平轉動模式的狀態參數進行控制。

其中，調用自由轉動模式的狀態參數進行控制的步驟包括了程式初始化參數、驅動參數初始化、構型參數初始化以及控制介面初始化。

調用水平轉動模式的狀態參數進行控制的步驟包括了程式初始化參數、驅動參數初始化、構型參數初始化以及控制介面初始化。

優選地，自由轉動模式的程式初始化參數包括：自由轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質、質心位置、最大速度、最大加速度以及最大加加速度，但不以此為限。

水平轉動模式的程式初始化參數包括：水平轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質、 質心位置、最大速度、最大加速度以及最大加加速度，但不以此為限。

在一個實施例中，用戶透過修改GUI中每個軸關節的參數，以達到控制手臂運行的目的。改變參數的方式包括：1.拖動滑塊使參數逐漸增大；2.直接寫入關節參數。當四六軸發生切換時，軟體將進行初始化，然後依次進行軟體參數初始化、驅動器參數初始化、構型參數初始化以及GUI初始化。

軟體參數初始化：當確定設定的軸數和機械構型一致時，軟體的參數將根據此時的軸數進行初始化。初始化的參數包括主控驅動的驅動器個數(在六軸模式下，驅動器個數為六個；四軸模式下，驅動器個數為四個)，每個軸的軟體限位，即關節的運動範圍，當超過這個範圍時將發生警報，自動停機；每個軸的品質，質心位置，最大速度，最大加速度和最大加加速度。

驅動器參數初始化：在軟體參數初始化階段設定哪些軸關節參與機械臂的運轉，而軸關節的運轉控制的實現依靠驅動器和電機。而由於每個關節的重量、長度、質心位置、速度的不同，其驅動器參數也不同。並且由於功率問題，驅動器和電機通常是一一對應，因此當電機更換(包括品牌、型號和功率)導致驅動器的變更，無論是替代還是新增，在軟體部分的處理方式保持一致，均為重新對驅動器參數進行設置。該參數的設置包括：驅動器內部參數和通訊方式等。因此，正確的驅動器參數設置是保證設備正常運行必不可少的一部分。在四六軸切換的實施例中，手臂四軸狀態和六軸狀態的重量，質心等參數都有所不同，因此需要對驅動器參數依據不同狀態而進行初始化。驅動器中需 要設定的主要參數包括：慣量比、位置環增益、速度比例增益、速度積分時間常數、速度前饋增益、轉矩前饋增益等。

構型參數初始化：構型參數包括每個軸關節的長度、高度、X軸上的偏轉角度、Z軸上的偏轉角度，以對應算出該構型下的DH矩陣，該DH矩陣包含手臂末端的姿態和在空間的位置座標。至此，該構型的手臂的模型在控制器中搭建完畢。

GUI初始化：以第3步中完成的手臂構型為基礎，進行GUI介面的初始化，該手臂構型將會顯示在GUI介面中。完成以上步驟後，即可以開始對手臂本體進行控制，使其在空間中運動。例如：第7圖是本發明的可變軸數的機器人在六軸模式下的軟體介面示意圖。如第7圖所示，可以在六軸模式下的軟體介面21中調整各軸的參數，並且在機器人模型演示視窗22中直觀地到即時演示的結果。第8圖是本發明的可變軸數的機器人在四軸模式下的軟體介面示意圖。如第8圖所示，可以在四軸模式下的軟體介面23中調整各軸的參數，並且在機器人模型演示視窗24中直觀地到即時演示的結果。

綜上，本發明所提供的可變軸數的機器人及其控制方法提高機器人的剛度，既能快捷的應用於生產活動又能柔性動作角度執行多樣任務，同時整體佈局緊湊，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本 發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S100~S103:流程步驟

Claims (9)

1. 一種可變軸數的機器人，包括：一底座；一第一關節臂，包括支撐部，所述第一關節臂的一端連結於所述底座，所述支撐部相對於所述底座扭轉或平移；至少N個機械臂，N為非0的自然數，當N=1時，所述機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與所述第一關節臂的另一端連結；當N>1時，任一所述機械臂的一端由一關節部以能夠繞橫擺軸或是俯仰軸旋轉的方式或扭轉的方式與相鄰機械臂可拆卸地連結；以及一驅動部，所述驅動部設置於所述底座、所述第一關節臂和所述機械臂內部；所述驅動部包括多個驅動器和多個電機，多個所述驅動器以如下兩種模式驅動多個所述電機轉動；自由轉動模式：每個所述電機自由轉動；或者水平轉動模式：至少一繞橫擺軸旋轉的所述電機在水平面內旋轉，其中所述自由轉動模式與所述水平轉動模式具有不同的電機數及可運行的軸數，所述可變軸數的機器人透過軟體的程式控制切換所述自由轉動模式及所述水平轉動模式時，所述電機數及可運行的軸數改變而新增或減少至少一電機，且所述驅動部對新增或減少的電機數及可運行的軸數改變後的所述電機及所述驅動器的狀態參數進行初始化。
2. 如申請專利範圍第1項所述的可變軸數的機器人，其中所述機械臂被配置為透過拆卸或拼接至少一個機械臂而改變所述機械臂的總數量。
3. 如申請專利範圍第2項所述的可變軸數的機器人，其中所述機械臂被配置透過直接拆卸X個機械臂；或拆卸Y個機械臂後拼接Z個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，X、Y、Z均為常數，且X

   

   N，Y=N，Z

   

   1。
4. 如申請專利範圍第2項所述的可變軸數的機器人，其中所述機械臂被配置透過拼接U個機械臂；或拆卸Y個機械臂後拼接V個機械臂而改變所述機械臂的總數量，其中，U、Y、V均為常數，且U

   

   1，Y=N，V

   

   1。
5. 如申請專利範圍第1項所述的可變軸數的機器人，其中所述第一關節臂更包括第一關節，所述支撐部的一端連結於所述底座，所述支撐部的另一端連結於所述第一關節。
6. 如申請專利範圍第5項所述的可變軸數的機器人，其中所述第一關節設有一升降卡爪，所述支撐部設有一升降槽，所述升降卡爪受所述電機驅動在所述升降槽內升降。
7. 一種可變軸數的機器人的控制方法，採用如申請專利範圍第1項至第6項中任意一項所述的可變軸數的機器人，所述控制方法以下控制模式中的任意一種進行所述驅動部的驅動控制：軸座標控制模式； 末端DH矩陣控制模式；基於坐標軸的運動控制模式；或末端點到點的控制模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述的可變軸數的機器人的控制方法，其中所述控制方法為所述軸座標控制模式，包括以下步驟：預存自由轉動模式的狀態參數以及水平轉動模式的狀態參數；當被配置為所述自由轉動模式時，調用所述自由轉動模式的所述狀態參數進行控制；以及當被配置為所述水平轉動模式時，調用所述水平轉動模式的所述狀態參數進行控制；其中，所述調用所述自由轉動模式的所述狀態參數進行控制的步驟包括了程式初始化參數、驅動參數初始化、構型參數初始化以及控制介面初始化；所述調用所述水平轉動模式的所述狀態參數進行控制的步驟包括了所述程式初始化參數、所述驅動參數初始化、所述構型參數初始化以及所述控制介面初始化。
9. 如申請專利範圍第8項所述的可變軸數的機器人的控制方法，其中所述自由轉動模式的所述程式初始化參數包括：所述自由轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質、質心位置、最大速度、最大加速度以及最大加加速度； 所述水平轉動模式的所述程式初始化參數包括：水平轉動模式下運行的驅動器個數，以及每個軸的軟體限位、每個軸的品質、質心位置、最大速度、最大加速度以及最大加加速度。

Images