本發(fā)明涉及一種防撞檢測裝置、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裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展與科技的快速進(jìn)步，自動化技術(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；從而于現(xiàn)代工廠之中，往往自上料、加工及下料各個工廠階段中都設(shè)置有相對應(yīng)的自動化設(shè)備以代替人力進(jìn)行自動操作，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)作過程中，其工作范圍內(nèi)可能會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，其馬達(dá)的電流會加大，當(dāng)機(jī)器控制器檢測到電流超出限制時，即會停止機(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)到限制來達(dá)成保護(hù)。當(dāng)碰撞到人體較脆弱部分，會造成誤傷人員情形產(chǎn)生，且產(chǎn)生碰撞的同時，產(chǎn)品或許已產(chǎn)生瑕疵。

其二，利用壓力感測器(Pressure Sensor)的方式來達(dá)成。其原理為在機(jī)器的表面布滿壓力感測器，當(dāng)機(jī)器碰撞到人或物品時，機(jī)器的壓力傳感器便會發(fā)出信號給機(jī)器控制器，即會停止機(jī)器的運(yùn)作，達(dá)成保護(hù)功能。然而，此方式必須在機(jī)器上布滿成千上萬的感測器，除了增加機(jī)器的運(yùn)作重量外，感測器在多曲面的機(jī)器上裝配也十分困難，每個感測器皆須與控制器連接，造成大量線材的浪費(fèi)，且大量的感測器也會增加成本。除此之外，此感測方式也為接觸式，因此同樣具有前述需要克服的問題。

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方式，不必接觸到感測單元即可動作，可降低機(jī)械手臂遭碰撞時對人員及產(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)臺使用。

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

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

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

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

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

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、第一感測單元 以及控制單元。手臂本體具有預(yù)設(shè)動作路徑；第一感測單元為一種非接觸式感測單元，布設(shè)于該手臂本體朝向該預(yù)設(shè)動作路徑的一側(cè)；控制單元耦接于該第一感測單元及該手臂本體。其中，當(dāng)該第一感測單元檢測到有物體進(jìn)入該預(yù)設(shè)移動路徑時，該控制單元改變該手臂本體的預(yù)設(shè)動作。

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

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

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

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出“防撞檢測裝置、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方式進(jìn)行感測，在機(jī)器尚未接觸到物體時即采取預(yù)防措施。此外，感測單元具可撓性，可布設(shè)于機(jī)器的任何位置，制造方式簡單，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。

附圖說明

圖1A為本發(fā)明防撞檢測裝置的一實(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)明防撞檢測裝置的一實(shí)施例側(cè)視圖；

圖2B為本發(fā)明防撞檢測裝置的另一實(shí)施例俯視圖；

圖2C為本發(fā)明第一感測單元的一實(shí)施例示意圖；

圖2D為本發(fā)明第一感測單元的一實(shí)施例示意圖；

圖3A為本發(fā)明防撞檢測裝置的另一實(shí)施例立體圖；

圖3B為本發(fā)明第一感測單元及第二感測單元的實(shí)施例示意圖；

圖3C為本發(fā)明防撞檢測裝置的一實(shí)施例側(cè)視圖；

圖3D為本發(fā)明防撞檢測裝置的另一實(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)明的多個實(shí)施方式，為明確說明起見，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單示意的方式繪出。

需說明的是，本發(fā)明所提供的防撞檢測裝置可應(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。只要對于防撞檢測有需求，皆可導(dǎo)入本發(fā)明的設(shè)計中。

請參閱圖1A及圖1B，本發(fā)明的防撞檢測裝置較佳適用于機(jī)械手臂21，例如工藝機(jī)臺上的機(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。防撞檢測裝置較佳包含第一感測單元11及控制單元C，控制單元C與第一感測單元11及機(jī)械手臂21耦接，借以傳遞信號。第一感測單元11較佳為一種非接觸式感測單元，于本實(shí)施例中，第一感測單元11是一種投射式電容結(jié)構(gòu)，其感測線可以網(wǎng)格或線狀交錯結(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)并不會影響其定位精準(zhǔn)度。

第一感測單元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，仍可適用。

需注意的是，由于第一感測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，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，為減少短路的情形，較佳需在機(jī)械手臂與第一感測單元之間設(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、第一感測單元11之間可以通過黏著層(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。

請參閱圖2A，機(jī)械手臂21具有一預(yù)設(shè)移動路徑，此預(yù)設(shè)移動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為例，但不以此為限。第一感測單元11較佳可布設(shè)于機(jī)械手臂21朝向預(yù)設(shè)移動路徑的一側(cè)，本實(shí)施例的第一感測單元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)移動路徑上出現(xiàn)時，第一感測單元11會將感測信號傳遞至控制單元，控制單元會發(fā)出指令至機(jī)械手臂，令其改變預(yù)設(shè)動作。值得一提的是，本實(shí)施例的控制單元可與第一感測單元11同時存在于單一軟板上，也可以從軟板拉線外接，并無特定限制。

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單元即可產(chǎn)生動作，因此，當(dāng)物體X在預(yù)設(shè)移動路徑上出現(xiàn)且距離第一感測單元11小于第一距離d1時，控制單元發(fā)出指令給機(jī)械手臂21進(jìn)行第一動作改變。第一動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)計為閃避動作或減速動作。須說明的是，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為例，其感測及作動方式如同圖2A的實(shí)施例，故不在此贅述。唯在進(jìn)行第一動作改變的設(shè)定時，可依預(yù)設(shè)移動路徑的不同、周圍環(huán)境狀況、物體X的移動方向、機(jī)械手臂本身機(jī)構(gòu)設(shè)計或承載元件的差異而采取不同的設(shè)定。例如若物體X的移動方向與預(yù)設(shè)移動路徑垂直時，第一動作改變可設(shè)定為停止，等待物體X通過后再繼續(xù)動作；若物體X的移動方向與預(yù)設(shè)移動路徑平行時，第一動作改變則可能需設(shè)定為閃避，而避免被追擊的狀況產(chǎn)生。

本發(fā)明第一感測單元11的感測方式可進(jìn)一步說明如下。舉例來說，如 圖2C所示，可將第一感測單元11的感測線作區(qū)分，以感測線L1～L8為例，當(dāng)機(jī)械手臂往第一方向移動時，可以通過第一感測單元11上的感測線L1、L2、L5及L6做感測，當(dāng)感測到有物體時，便將感測信號傳遞至控制單元并進(jìn)行后續(xù)動作。相反地，若機(jī)械手臂朝著第一方向的反方向移動時，則以感測線L3、L4、L7及L8做感測。

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

本發(fā)明的另一實(shí)施例，請參閱圖3A～圖3B。如圖3A所示，防撞檢測裝置還包含第二感測單元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)移動路徑的一側(cè)，但不以此為限。須說明的是，第二感測單元12較佳可為感測距離較第一感測單元11為長的感測器，例如超聲波、紅外線等，但不以此為限。唯第二感測單元12不具可撓性，因此較佳可采用點(diǎn)設(shè)置的方式設(shè)置，特此說明。如圖3B所示，第一感測單元11的感測距離(即第一距離d1)與第二感測單元12的感測距離(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。

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

于此實(shí)施例中，當(dāng)物體X在預(yù)設(shè)移動路徑上出現(xiàn)且距離第二感測單元12小于第二距離d2時，控制單元發(fā)出指令給機(jī)械手臂21進(jìn)行第二動作改變，其中，第二動作改變與前述實(shí)施例的第一動作改變不相同。第二動作改變較佳為機(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)計為閃避動作。須說明的是，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為例，其感測及動作方式如同圖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裝置的控制方法。請參閱圖4，該方法包含下列步驟：(S1)檢測該物體是否在該機(jī)械手臂的預(yù)設(shè)移動路徑上；(S2)若該檢測結(jié)果為是，則檢測該物體與該第二感測單元是否小于該第二距離；(S3)若該檢測結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動作改變；(S4)檢測該物體與該第一感測單元是否小于該第一距離；以及(S5)若該檢測結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動作改變。其元件配置及其動作原理如同前述實(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進(jìn)行，特此說明。

本發(fā)明的另一實(shí)施例，也適用于上述防撞檢測裝置。請參閱圖5，該方法包含下列步驟：(S11)檢測該物體與該第二感測單元是否小于該第二距離；(S12)若該檢測結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第二動作改變；(S13)檢測該物體與該第一感測單元是否小于該第一距離；以及(S14)若該檢測結(jié)果為是，則該機(jī)械手臂進(jìn)行該第一動作改變。類似地，步驟(S11)、(S12)與步驟(S13)、(S14)的順序可顛倒或同時進(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、第一感測單元42、第二感測單元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、長臂413、短臂414以及底座415。前臂411后端與長臂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；長臂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；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度全方位的動作。

第一感測單元42與第二感測單元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“防撞檢測裝置及其控制方法”，利用非接觸式的感測方式進(jìn)行感測，在機(jī)器尚未接觸到物體時即采取預(yù)防措施。此外，感測單元具可撓性，可布設(shè)于機(jī)器的任何位置，制造方式簡單，也可降低制造成本。

通過以上具體實(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)施例來對本發(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)可做各種更動與潤飾。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)。