机器手臂的教导装置及方法与流程

本发明涉及一种机器手臂，尤其涉及机器手臂上通过末端感测器侦测牵引外力，以建立移动轨迹的教导装置及方法。

背景技术：

随着生产技术的快速发展，工厂自动化利用视觉装置侦测及定位物件，引导机器手臂自动抓取物件进行组装制造，以提高工厂生产速度及效率。而影响机器手臂自动生产效率的主要课题，在于简单方便的教导方式，让机器手臂迅速进入生产行列，以提高生产效率。

现有技术教导机器手臂动作，一般利用例如操作面板等连接在机器手臂的输入界面，编辑机器手臂的移动程序，并在显示装置先行模拟机器手臂的移动轨迹。再依编辑的移动程序实际控制机器手臂移动，进行确认编辑机器手臂移动轨迹的可行性。通常须经过多回的编辑确认才能完成教导，使用上颇为费时不便。

另有现有技术美国US5497061专利案，在机器手臂的活动末端设6维的末端感测器，以侦测施加在机器手臂末端的外力的3维力量及3维旋转扭力。当操作者直接牵引机器手臂末端进行教导时，机器手臂的末端感测器侦测操作者的施力，并产生顺应操作者施力的辅助动力，沿着操作者施力方向移动。机器手臂再利用各轴致动装置的编码器，自动纪录教导时移动的轨迹。因此不需编辑移动程序的专业技术，操作者就可直觉牵引，快速达到教导机器手臂作业的目的。

然而，现有技术直接牵引教导机器手臂的方式，虽可降低操作机器手臂的技术难度，快速设定路径点位，但如欲设定点位间的运动方式，如点对点、直线、圆弧，使用者仍需将双手离开手臂末端、拿起人机界面进行设定，造成直觉教导的效率低下。因此，机器手臂在教导装置上，仍有问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器手臂的教导装置及方法，在机器手臂设末端感测器及切换钮，通过切换钮切换末端感测器为力感测器或输入装置，以增加末端感测器的使用的弹性。

本发明另一目的在于提供一种机器手臂的教导装置及方法，在机器手臂的末端设置引导装置，供末端感测器切换为输入装置时，选择及设定移动的几何轨迹、或作为牵引模式的选择，或为各种与机器人相关的参数、模式的设定，以提升教导的效率。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的教导装置，设在机器手臂的末端部，利用末端感测器多维的力感测器，侦测施加牵引力的大小及方向，切换钮切换末端感测器作为力感测器或输入装置，引导装置显示几何图形及设定程序。按压切换钮时，末端感测器在力感测器或输入装置间切换。末端感测器切换为力感测器，侦测作用的牵引力，使机器手臂顺着牵引力移动，以进行牵引教导，末端感测器切换为输入装置时，以预先设定外力作用末端感测器的预定方向，作为多种输入信号，以操作引导装置改变分页或执行设定程序。

本发明机器手臂的教导装置，末端感测器为手拉环状，套设在末端部。引导装置设为环状电子纸，套设在末端感测器的上端。切换钮设在末端感测器，依次按压时，轮流切换末端感测器为力感测器或输入装置。末端感测器切换为力感测器时，教导装置设定在牵引教导的状态。末端感测器切换为输入装置时，教导装置设定在特定作业的状态，引导装置出现选择分页的状态，且切换钮改变灯号。机器手臂在特定作业的状态，机器手臂停留在原地而无法施力进行牵引教导。利用末端感测器左右转动，作为改变引导装置的操作的输入信号，向下移动末端感测器，作为选择分页及执行设定的输入信号，向上移动末端感测器，作为删除特定作业的输入信号。

本发明机器手臂的教导方法，启动机器手臂教导作业，教导装置自动设定在牵引教导的状态，使末端感测器作为力感测器，末端感测器侦测施加的牵引力，顺应牵引力牵引机器手臂沿着需要的轨迹移动，不需要进行特定作业，继续在牵引教导状态进行教导作业，需要进行特定作业，切换教导装置至特定作业状态，使末端感测器切换为输入装置，末端感测器侦测输入信号，执行特定作业选择，完成后再回到教导装置设定在牵引教导状态，继续进行教导作业，检查教导作业完成时，结束教导作业。

附图说明

图1为本发明的机器手臂的示意图；

图2为本发明教导装置在牵引教导状态的示意图；

图3为本发明教导装置在特定作业的示意图；

图4为本发明教导装置进行选择程序的示意图；

图5为本发明教导装置进行设定程序的示意图；

图6为本发明机器手臂的教导移动轨迹图；

图7为本发明教导装置进行删除特定作业的示意图；

图8为本发明机器手臂的教导方法的流程图。

符号说明

10 机器手臂

11 本体

12 基座

13 末端部

14 教导装置

15 末端感测器

16 切换钮

17 引导装置

18 夹爪

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请参阅图1，为本发明的机器手臂的示意图。本发明的机器手臂10包含多轴的本体11，一端固定在不动的基座12上，另一端为活动的末端部13。末端部13上设有教导装置14，教导装置14包含末端感测器15、切换钮16及引导装置17，末端部13前方则装设用以夹取工件的夹爪18。其中末端感测器15为例如6维等多维的力感测器，可侦测操作者施加在末端感测器15的牵引力的大小及方向，以产生顺应操作者牵引的驱动力。本实施例虽将末端感测器15设为手拉环状，套设在末端部13，但末端感测器15包含且不以 手拉环状为限，只要将末端感测器15设在末端部13上均可。而末端感测器15如先前所述为现有技术，可为机构或光学式等力感测器。

本发明教导装置14的切换钮16，用以切换末端感测器15作为力感测器或输入装置。在依次按压切换钮16时，轮流切换末端感测器15为力感测器或输入装置。本实施例虽将切换钮16设在末端感测器15上，但包含且不以此为限，只要将切换钮16设在末端部13以利操作就可。而本发明教导装置14的引导装置17，可为显示荧幕显示几何图形及设定程序，或为灯号或操作音表达选择与设定的动作。本实施例以引导装置17为显示荧幕举例，引导装置17用以分页显示几何图形及设定程序，以供末端感测器15切换为输入装置时选择。本实施例虽将引导装置17设为环状电子纸，套设在末端感测器15的上端，但包含且不以此为限，只要将引导装置17设在机器手臂10亦可。

如图2所示，为本发明教导装置在牵引教导的状态。本发明机器手臂的教导装置14在启动后，设定教导装置14在牵引教导的状态，也就是末端感测器15作为力感测器。当机器手臂在牵引教导的状态，作为力感测器的末端感测器15，可由操作者牵引教导时施加的外力作用在末端感测器15，形成与末端部13相对移动或转动大小，侦测外力作用在末端部13的X,Y,Z维的力及力矩T，产生顺应操作者施力的辅助动力，使机器手臂顺着外力移动，以进行牵引教导。

如图3所示，为本发明教导装置在特定作业的状态。教导装置14在牵引教导的状态时，一旦按压切换钮16，教导装置14就进入特定作业的状态，也就是末端感测器15切换作为输入装置，而引导装置17则出现选择分页的状态。教导装置14可利用引导装置17出现选择分页的状态，或改变切换钮16的灯号，提醒操作者教导装置14已在特定作业的状态，机器手臂仅会停留在原地而无法施力进行牵引教导。

当教导装置14在特定作业的状态时，末端感测器15作为输入装置，可预先设定外力作用末端感测器15产生相对末端部13的预定方向，作为各种不同的输入信号。例如利用末端感测器15对环心的环状波浪转动、对环平面的各方向水平位移或其组合，亦可作为特殊分页、选项或功能的设定或启动。本实施例以左右转动末端感测器15，作为改变引导装置17显示上一分页或下一分页的输入信号，而利用末端感测器15在Z维向下的移动，作为 确认选择分页的输入信号，末端感测器15在Z维向上的移动，作为删除选择的输入信号。并为配合末端感测器15侦测的输入信号过于简单，使引导装置17的每一分页仅显示单一的设定。例如仅显示单一几何图形「LINE」供选择。前述本实施例仅是举例说明，本实施例包含且不限于前述输入信号的设定。

请同时参阅图2、图4、图5及图6，图4为本发明教导装置进行选择程序的示意图，图5为本发明教导装置进行设定程序的示意图，图6为本发明机器手臂的教导移动轨迹。以实施例说明本发明机器手臂的教导装置的教导过程。当启动机器手臂后，图2中教导装置14设定在牵引教导的状态，末端感测器15为力感测器，操作者对末端感测器15施加外力，牵引机器手臂沿着所需轨迹由点A移动至点B(参图6)。由于接下来由点B移动至点C需要直线轨迹，按压切换钮16，切换末端感测器15为输入装置，图4中切换钮16改变灯号，且引导装置17出现分页信息，使教导装置14在点B进入特定作业的状态。

在特定作业的状态，利用左右转动末端感测器15改变引导装置17显示上下分页的信息，直到至分页显示所需的「LINE」信息。接着下拉末端感测器15进行选择「LINE」的几何直线轨迹。教导装置14将以点B为直线轨迹的起点，针对选择「LINE」的分页，同时引导装置17出现另一分页资料，要求移动至直线第二点的设定作业程序，操作者需牵引机器手臂至点C，而牵引的轨迹为点B至点C的虚线轨迹，虽非直线轨迹，但至点C再按压切换钮16，将设定点C为直线的第二点，以完成直线轨迹的教导，并同时切换末端感测器15为力感测器，使教导装置14在点C回到牵引教导的状态。然后操作者对末端感测器15施加外力，牵引机器手臂沿着所需轨迹由点C移动至点D，以完成移动轨迹的牵引教导。

请参阅图7，为本发明教导装置进行删除特定作业的示意图。本发明教导装置在特定作业如发生设定错误，例如错选「LINE」的几何直线轨迹，为利于重新进行特定作业，通过预设上拉末端感测器15为删除功能的输入信号。因此发生设定错误后，只要上拉末端感测器15，就可删除已错选「LINE」的几何直线轨迹的设定，回复到特定作业起始状态(参图4)，重新进行选择所需几何轨迹。

如图8所示，为本发明机器手臂的教导方法的流程图。本发明机器手臂 的教导方法的详细步骤说明如下:首先在步骤S1，启动机器手臂教导作业；步骤S2，教导装置自动设定在牵引教导的状态，使末端感测器作为力感测器；步骤S3，末端感测器侦测施加牵引力，顺应牵引力牵引机器手臂沿着需要轨迹移动；步骤S4，检查是否完成教导作业？假如完成教导作业，则进入步骤S5，结束教导作业，假如未完成教导作业，则进入步骤S6，检查是否需要进行特定作业？假如不需要进行特定作业，则回到步骤S2继续在牵引教导状态进行教导作业，假如需要进行特定作业，则进入步骤S7，切换教导装置至特定作业状态，使末端感测器切换为输入装置；然后进入步骤S8，末端感测器侦测输入信号，执行特定作业选择及设定几何图形轨迹，完成后再回到步骤S2继续在牵引教导状态进行教导作业。

因此本发明机器手臂的教导装置及方法，在机器手臂设末端感测器及切换钮，就可通过按压切换钮切换末端感测器作为力感测器或输入装置，并在机器手臂的末端设置电子纸等简易的引导装置，供末端感测器切换为输入装置时，选择及设定所需几何图形的移动轨迹，让末端感测器同时兼具两种功用，不仅达到增加末端感测器使用的弹性目的，且可提升教导作业的效率。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该多个优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明申请专利的范围。