防撞检测装置、相应的控制方法及适用其的机械手臂与流程

本发明涉及一种防撞检测装置、相应的控制方法及适用其的机械手臂。具体而言，特别是一种非接触式的防撞检测装置。

背景技术：

现今社会中，随着工业的发展与科技的快速进步，自动化技术被广泛地应用于现代的制造产业之中，并逐渐地采用机器设备以取代人工劳动；从而于现代工厂之中，往往自上料、加工及下料各个工厂阶段中都设置有相对应的自动化设备以代替人力进行自动操作，例如机械手臂或其他类似的设备，进而地减少了生产所需劳动力，且大幅提高了现代化工厂的生产效率。

然而，机械手臂于运作过程中，其工作范围内可能会有人员或其他物体接近。为避免人员与机械手臂碰撞导致受伤或产品瑕疵，现有的安全装置大致包括两种：其一，是利用力量限制(Force Limited)的方式来达成，其原理为利用当机器手臂或机器碰撞到物体时，其马达的电流会加大，当机器控制器检测到电流超出限制时，即会停止机器的运作，达成保护功能。然而，此种方式由于是使用接触式，且使用碰触到力量达到限制来达成保护。当碰撞到人体较脆弱部分，会造成误伤人员情形产生，且产生碰撞的同时，产品或许已产生瑕疵。

其二，利用压力感测器(Pressure Sensor)的方式来达成。其原理为在机器的表面布满压力感测器，当机器碰撞到人或物品时，机器的压力传感器便会发出信号给机器控制器，即会停止机器的运作，达成保护功能。然而，此方式必须在机器上布满成千上万的感测器，除了增加机器的运作重量外，感测器在多曲面的机器上装配也十分困难，每个感测器皆须与控制器连接，造成大量线材的浪费，且大量的感测器也会增加成本。除此之外，此感测方式也为接触式，因此同样具有前述需要克服的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种非接触的感测方式，不必接触到感测单元即可动作，可降低机械手臂遭碰撞时对人员及产品的伤害。此外，由于制造成本低廉，也可导入较大型机台使用。

本发明的一实施例提供一种防撞检测装置，适用于机械手臂，该机械手臂具有预设移动路径，该防撞检测装置包含第一感测单元及控制单元。第一感测单元为一种非接触式感测单元，布设于该机械手臂朝向该预设移动路径的一侧；控制单元耦接于该第一感测单元及该机械手臂。其中，当该第一感测单元检测到有物体进入该预设移动路径时，该控制单元改变该机械手臂的预设动作。

于一实施例中，当该第一感测单元检测到该物体进入该机械手臂的该预设移动路径上且该物体与该第一感测单元小于第一距离时，该控制单元控制该机械手臂进行第一动作改变。

于另一实施例中，防撞检测装置还包含第二感测单元，布设于该机械手臂朝向该预设移动路径的一侧，其中该第二感测单元的感测距离较该第一感测单元的感测距离为长。其中，当该第二感测单元检测到该物体进入该机械手臂的该预设移动路径上且该物体与该第二感测单元小于一第二距离时，该控制单元控制该机械手臂进行一第二动作改变。于此实施例中，该第二动作改变不同于该第一动作改变。

本发明的另一实施例提供一种防撞检测的控制方法，适用于前述的防撞检测装置，该控制方法包含下列步骤：(S1)检测该物体是否在该机械手臂的预设动作路径上；(S2)若该检测结果为是，则检测该物体与该第二感测单元是否相距小于该第二距离；(S3)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第二动作改变；(S4)检测该物体与该第一感测单元是否相距小于该第一距离；以及(S5)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第一动作改变。

本发明的另一实施例提供一种防撞检测的控制方法，适用于前述的防撞检测装置，该控制方法包含下列步骤：(S11)检测该物体与该第二感测单元是否相距小于该第二距离；(S12)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第二动作改变；(S13)检测该物体与该第一感测单元是否小于该第一距离；以及(S14)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第一动作改变。

本发明的另一实施例提供一种机械手臂，包含手臂本体、第一感测单元 以及控制单元。手臂本体具有预设动作路径；第一感测单元为一种非接触式感测单元，布设于该手臂本体朝向该预设动作路径的一侧；控制单元耦接于该第一感测单元及该手臂本体。其中，当该第一感测单元检测到有物体进入该预设移动路径时，该控制单元改变该手臂本体的预设动作。

于一实施例中，当该第一感测单元检测到该物体进入该手臂本体的该预设动作路径上且该物体与该第一感测单元小于第一距离时，该控制单元控制该手臂本体进行第一动作改变。

于另一实施例中，机械手臂还包含第二感测单元，布设于该手臂本体朝向该预设移动路径的一侧，其中该第二感测单元的感测距离较该第一感测单元的感测距离为长。

其中，当该第二感测单元检测到该物体进入该手臂本体的该预设移动路径上且该物体与该第二感测单元小于第二距离时，该控制单元控制该手臂本体进行第二动作改变，且该第二动作改变不同于该第一动作改变。

相较于现有技术，本发明所提出“防撞检测装置、相应的控制方法及适用其的机械手臂”，利用非接触式的感测方式进行感测，在机器尚未接触到物体时即采取预防措施。此外，感测单元具可挠性，可布设于机器的任何位置，制造方式简单，也可降低制造成本。

关于本发明的优点与精神，可以借由以下的实施方式及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1A为本发明防撞检测装置的一实施例立体图；

图1B为图1A的实施例方块图；

图1C为图1A的实施例剖视图；

图2A为本发明防撞检测装置的一实施例侧视图；

图2B为本发明防撞检测装置的另一实施例俯视图；

图2C为本发明第一感测单元的一实施例示意图；

图2D为本发明第一感测单元的一实施例示意图；

图3A为本发明防撞检测装置的另一实施例立体图；

图3B为本发明第一感测单元及第二感测单元的实施例示意图；

图3C为本发明防撞检测装置的一实施例侧视图；

图3D为本发明防撞检测装置的另一实施例俯视图；

图4为本发明的一实施例流程图；

图5为本发明的另一实施例流程图；

图6为本发明机械手臂的一实施例立体图。

具体实施方式

以下将以附图配合文字叙述揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。此外，为简化附图起见，一些现有的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘出。

需说明的是，本发明所提供的防撞检测装置可应用于机械手臂、专用机及工具机等，但并不以此为限。只要对于防撞检测有需求，皆可导入本发明的设计中。

请参阅图1A及图1B，本发明的防撞检测装置较佳适用于机械手臂21，例如工艺机台上的机械手臂、工程用机械手臂、电子装置上的机械手臂或其他类似的工具机等。防撞检测装置较佳包含第一感测单元11及控制单元C，控制单元C与第一感测单元11及机械手臂21耦接，借以传递信号。第一感测单元11较佳为一种非接触式感测单元，于本实施例中，第一感测单元11是一种投射式电容结构，其感测线可以网格或线状交错结构的方式构成，因此具有单一定位点、多点感应等特性。于本实施例中，第一感测单元11可以软板的方式制作，使其具有可挠性，且由于投射式电容结构具有单一定位点的特性，因此以软板方式实现并不会影响其定位精准度。

第一感测单元11可贴附或包覆于机械手臂21的任何位置，且因具有可挠性，即使机械手臂21表面为非平面时，仍可适用。

需注意的是，由于第一感测单元为投射式电容结构，当机械手臂表面为非导电材料时，可以直接贴附或包覆使用。但是，当机械手臂表面为导电材料时，为减少短路的情形，较佳需在机械手臂与第一感测单元之间设置非导电性的连接媒介。如图1C所示，机械手臂21与第一感测单元11之间夹设有连接媒介31，且连接媒介31不具导电性，例如泡棉，但不以此为限。并 且，连接媒介31与机械手臂21、第一感测单元11之间可以通过黏着层(例如黏胶、双面胶等)加以固定。于其他实施中，也可在第一感测单元11的外表面涂上一层保护漆，除了保护功能之外，也具有美观的效果，但不以此为限制。

请参阅图2A，机械手臂21具有一预设移动路径，此预设移动路径较佳为依其工作目的及顺序而设定，可由工程师或相关技术人员事先将其写入至控制单元。本实施例以上下方向移动为例，但不以此为限。第一感测单元11较佳可布设于机械手臂21朝向预设移动路径的一侧，本实施例的第一感测单元11为包覆的方式，也即环绕机械手臂21一圈呈环状分布；然在不同实施例中，当然也可仅以小面积的方式贴附。如图2A所示，当第一感测单元11感应到有物体X(例如工作人员或其肢体)在预设移动路径上出现时，第一感测单元11会将感测信号传递至控制单元，控制单元会发出指令至机械手臂，令其改变预设动作。值得一提的是，本实施例的控制单元可与第一感测单元11同时存在于单一软板上，也可以从软板拉线外接，并无特定限制。

于此实施例中，具体而言，由于投射式电容结构的特性，物体X不需碰触到第一感测单元即可产生动作，因此，当物体X在预设移动路径上出现且距离第一感测单元11小于第一距离d1时，控制单元发出指令给机械手臂21进行第一动作改变。第一动作改变较佳包含但不限于使机械手臂脱离原本的预设移动路径，或维持在原本的预设路径上但改变速度或方向。于此实施例中，第一动作改变较佳为机械手臂21停止运作，但不以此为限，于其他实施例中，也可以设计为闪避动作或减速动作。须说明的是，本实施例的第一距离d1较佳为小于2厘米。

另外，图2B的实施例主要以左右方向移动为例，其感测及作动方式如同图2A的实施例，故不在此赘述。唯在进行第一动作改变的设定时，可依预设移动路径的不同、周围环境状况、物体X的移动方向、机械手臂本身机构设计或承载元件的差异而采取不同的设定。例如若物体X的移动方向与预设移动路径垂直时，第一动作改变可设定为停止，等待物体X通过后再继续动作；若物体X的移动方向与预设移动路径平行时，第一动作改变则可能需设定为闪避，而避免被追击的状况产生。

本发明第一感测单元11的感测方式可进一步说明如下。举例来说，如 图2C所示，可将第一感测单元11的感测线作区分，以感测线L1～L8为例，当机械手臂往第一方向移动时，可以通过第一感测单元11上的感测线L1、L2、L5及L6做感测，当感测到有物体时，便将感测信号传递至控制单元并进行后续动作。相反地，若机械手臂朝着第一方向的反方向移动时，则以感测线L3、L4、L7及L8做感测。

再者，如图2D的实施例为例，可将第一感测单元11的感测线区分为L1～L8，当机械手臂往第二方向移动时，可以通过第一感测单元11上的感测线L1、L2、L3及L4做感测，当感测到有物体时，便将感测信号传递至控制单元并进行后续动作。相反地，若机械手臂朝着第二方向的反方向移动时，则以感测线L5、L6、L7及L8做感测。

本发明的另一实施例，请参阅图3A～图3B。如图3A所示，防撞检测装置还包含第二感测单元12，也耦接于控制单元，其位置同样可布设于机械手臂21朝向预设移动路径的一侧，但不以此为限。须说明的是，第二感测单元12较佳可为感测距离较第一感测单元11为长的感测器，例如超声波、红外线等，但不以此为限。唯第二感测单元12不具可挠性，因此较佳可采用点设置的方式设置，特此说明。如图3B所示，第一感测单元11的感测距离(即第一距离d1)与第二感测单元12的感测距离(即第二距离d2)不同，以此实施例而言，第一距离d1小于第二距离d2。

请参阅图3C，机械手臂21具有一预设移动路径，本实施例以上下方向移动为例，第二感测单元12较佳可布设于机械手臂21朝向预设移动路径的一侧，当第二感测单元12感应到有物体X(例如工作人员)在预设移动路径上出现时，第二感测单元12会将感测信号传递至控制单元，控制单元会发出指令至机械手臂，令其改变预设动作。

于此实施例中，当物体X在预设移动路径上出现且距离第二感测单元12小于第二距离d2时，控制单元发出指令给机械手臂21进行第二动作改变，其中，第二动作改变与前述实施例的第一动作改变不相同。第二动作改变较佳为机械手臂21减速运作，但不以此为限，于其他实施例中，也可设计为闪避动作。须说明的是，第二距离d2较佳为1.5～2厘米。

类似地，图3D的实施例是以左右方向移动为例，其感测及动作方式如同图3C的实施例，故不在此赘述。

本发明的另一实施例，为适用于上述防撞检测装置的控制方法。请参阅图4，该方法包含下列步骤：(S1)检测该物体是否在该机械手臂的预设移动路径上；(S2)若该检测结果为是，则检测该物体与该第二感测单元是否小于该第二距离；(S3)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第二动作改变；(S4)检测该物体与该第一感测单元是否小于该第一距离；以及(S5)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第一动作改变。其元件配置及其动作原理如同前述实施例，在此不多加赘述。值得一提的是，若将步骤(S2)、(S3)视为一组，将步骤(S4)、(S5)视为一组，此两组顺序可颠倒或同时进行，特此说明。

本发明的另一实施例，也适用于上述防撞检测装置。请参阅图5，该方法包含下列步骤：(S11)检测该物体与该第二感测单元是否小于该第二距离；(S12)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第二动作改变；(S13)检测该物体与该第一感测单元是否小于该第一距离；以及(S14)若该检测结果为是，则该机械手臂进行该第一动作改变。类似地，步骤(S11)、(S12)与步骤(S13)、(S14)的顺序可颠倒或同时进行。

本发明的另一实施例提供一种机械手臂。如图6所示，机械手臂4包含手臂本体41、第一感测单元42、第二感测单元43及控制单元(图未示)。手臂本体41较佳包含前臂411、转轴412、长臂413、短臂414以及底座415。前臂411后端与长臂413前端共同连接于转轴412，使前臂411得以朝上下方向摆动；长臂413后端夹设于短臂414内，以此能进一步令前臂411朝前后方向移动；短臂414与底座415连接，底座415可以旋转以使手臂本体41能达到360度全方位的动作。

第一感测单元42与第二感测单元43布设于手臂本体41朝向其预设路径的一侧，以本实施例而言，第一感测单元42是以小面积且多片的方式布设，但不以此为限。类似地，其动作原理、感应特性、控制方法如同前述实施例，在此不另行赘述。

相较于现有技术，本发明所提出“防撞检测装置及其控制方法”，利用非接触式的感测方式进行感测，在机器尚未接触到物体时即采取预防措施。此外，感测单元具可挠性，可布设于机器的任何位置，制造方式简单，也可降低制造成本。

通过以上具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。