取物机构选择控制系统及取物机构选择控制方法与流程

1.本发明涉及一种取物机构选择控制系统及取物机构选择控制方法，尤其涉及一种应用于机械手臂的取物机构选择控制系统及取物机构选择控制方法


背景技术：

2.一般来说，工厂为了减少人力来降低制造成本，通常都逐渐地改成自动化的制造方式，而自动化的制造方式主要是通过机械手臂来实现，也因此机械手臂的控制方式影响了自动化制程的制造效率。
3.承上所述，现有的机械手臂在运作时，通常会依据实际的制程选择适当的夹爪等取物机构，也因此机械手臂时常有替换取物机构的需求，然而机械手臂替换取物机构的方式大都是工作人员以手动的方式进行替换，而虽然有部分的机械手臂可以进行自动替换取物机构，但由于放置取物机构的置物架会占据一定的作业空间，导致机械手臂的作业空间相对地减少，也因此置物架所放置的取物机构的数量通常仅为两三种而已，相对的限制了机械手臂所能应用的制程种类。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术中的机械手臂大都是以人工的方式替换夹爪等取物机构，而虽然也可以利用自动化的方式进行替换，但由于放置取物机构的置物架会占据机械手臂的作业空间，因此通常只会摆放少量的取物机构，导致机械手臂在使用上受到了限制；缘此，本发明的主要目的在于提供一种取物机构选择控制系统，可以增加机械手臂替换取物机构的效率与变化性。
5.本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段是提供一种取物机构选择控制系统，用于在多个不同的取物机构中选择出一待组装取物机构，并使被选择出的待组装取物机构移动至一待组装区域，取物机构选择控制系统包含一旋转式取物机构承置台、一机械手臂装置以及一控制主机。
6.旋转式取物机构承置台沿一旋转路径设置有多个取物机构承置结构，取物机构承置结构用以承置多个取物机构，且旋转路径经过一待组装区域。机械手臂装置邻近于该旋转式取物机构承置台而设置，并具有一取物机构组接件，取物机构组接件用以在待组装区域内组接待组装取物机构。控制主机电性连结于旋转式取物机构承置台与机械手臂装置，用以供使用者自取物机构中选择出待组装取物机构，并据以将一转盘控制信号与一组接件控制信号分别发送至旋转式取物机构承置台与机械手臂装置，以驱使承置有待组装取物机构的取物机构承置结构沿旋转路径移动至待组装区域，并驱使取物机构组接件组装待组装取物机构。
7.在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，旋转式取物机构承置台包含一底座、一马达装置以及一转盘。马达装置设置于底座，并电性连结于控制主机。转盘可转动地连结于马达装置，并具有取物机构承置结构。
8.在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，取物机构选择控制系统还包含多个取物机构转接头，分别可拆卸地放置于取物机构承置结构，并用以连结于取物机构。较佳者，取物机构组接件包含一组接件本体、一组接轴以及多个卡接结构。组接轴连结于组接件本体，并用以配合地穿设于每一取物机构转接头的一组接孔。多个卡接结构分别设置于组接轴，并用以在组接轴穿设于组接孔时伸出而卡扣连结于取物机构转接头其中之一。
9.在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，控制主机包含一操作界面以及一控制模块。操作界面用以供使用者选择取物机构其中之一者作为待组装取物机构，并据以发送出一取物机构选择信号。控制模块电性连结于操作界面、旋转式取物机构承置台以及机械手臂装置，且控制模块包含一转盘控制单元以及一手臂控制单元。转盘控制单元依据取物机构选择信号发出转盘控制信号至旋转式取物机构承置台，以驱使取物机构承置结构其中承置有待组装取物机构者沿旋转路径移动至待组装区域。手臂控制单元依据取物机构选择信号并驱使取物机构组接件移动至待组装区域组装待组装取物机构。
10.较佳者，控制模块还包含一组装区域确认单元，电性连结于转盘控制单元与手臂控制单元，用以确认取物机构承置结构其中承置有待组装取物机构者是否移动至待组装区域，并在确认后发出一确认信号至手臂控制单元，以使手臂控制单元在接收到确认信号后依据取物机构选择信号驱使取物机构组接件移动至待组装区域组装待组装取物机构。
11.本发明为解决现有技术的问题，所采用的另一必要技术手段是提供一种取物机构选择控制方法，包含以下步骤：首先步骤(a)是利用该控制主机的一操作界面从该些多个取物机构中选择出该待组装取物机构，并据以发送出一取物机构选择信号；接着步骤(b)是该控制模块依据该取物机构选择信号控制承置有该待组装取物机构的取物机构承置结构沿该旋转路径移动至该待组装区域；然后步骤(c)是控制该机械手臂装置的该取物机构组接件移动至该待组装区域组装该待组装取物机构。
12.在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，在步骤(a)之后还包含一步骤(a1)，步骤(a1)利用一组接传感器检测并判断该取物机构组接件是否组接有该些取物机构其中之一，若否，则接着步骤(b)。
13.较佳者，在步骤(a1)中，若该组接传感器检测并判断该取物机构组接件并非组接有该些取物机构其中之一，则接着一步骤(a2)，步骤(a2)利用该手臂控制单元控制该取物机构组接件移动至该待组装区域，并将该些取物机构其中之一者卸置于该取物机构承置结构。
14.如上所述，本发明所提供的取物机构选择控制系统及方法，主要是利用旋转式取物机构承置台的转盘沿旋转路径承置有多个取物机构，并设有待组装区域来供机械手臂装置于待组装区域内组装取物机构，藉此，当机械手臂装置需要装设换替换取物机构时，便可控制旋转式取物机构承置台的转盘转动来使相对应的取物机构移动至待组装区域内进行组装，有效的增加机械手臂装置替换取物机构的效率与变化性。
15.本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。
附图说明
16.图1为显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制系统的立体示意图；
17.图2为显示本发明较佳实施例所提供的旋转式取物机构承置台与部分机械手臂装
置的立体示意图；
18.图3为显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自旋转式取物机构承置台将取物机构取出的立体示意图；
19.图4为显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制系统的系统方块图；
20.图5为显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自将取物机构卸下放置于旋转式取物机构承置台的立体示意图；
21.图6为显示本发明较佳实施例所提供的旋转式取物机构承置台沿转动方向转动而使待组装区域的取物机构进行替换的立体示意图；
22.图7为显示本发明较佳实施例所提供的取物机构组接件移动至待组装区域组接待组装区域内的取物机构的立体示意图；
23.图8为显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自旋转式取物机构承置台将取物机构取出的立体示意图；以及
24.图9a与图9b为显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制方法的步骤流程图。
25.附图标号说明：
26.100:取物机构选择控制系统
27.1:旋转式取物机构承置台
28.11:底座
29.12:马达装置
30.121:马达转轴
31.13:转盘
32.131:取物机构承置结构
33.1311:卡扣凹缘
34.201,202,203,204,205:取物机构
35.2:机械手臂装置
36.21:机台本体
37.22:轴臂组件
38.221:第一轴件
39.222:第二轴件
40.223:第三轴件
41.224:第四轴件
42.225:第五轴件
43.23:取物机构组接件
44.231:组接轴
45.232:卡接结构
46.233:卡接结构
47.3:控制主机
48.31:操作界面
49.32:控制模块
50.321:转盘控制单元
51.322:组装区域确认单元
52.3221:预设组装位置
53.323:位置数据库
54.3231:承置结构位置数据
55.3232:取物机构位置数据
56.324:手臂控制单元
57.33:角度编码器
58.34:组接传感器
59.4:取物机构转接头
60.41:组接孔
61.d1:第一方向
62.d2:第二方向
63.rd:转动方向
64.r:旋转路径
65.ar:待组装区域
66.sn1:取物机构选择信号
67.sn2:转盘控制信号
68.sn3:确认信号
具体实施方式
69.请参阅图1至图4，图1显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制系统的立体示意图；图2显示本发明较佳实施例所提供的旋转式取物机构承置台与部分机械手臂装置的立体示意图；图3显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自旋转式取物机构承置台将取物机构取出的立体示意图；图4显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制系统的系统方块图。
70.如图1至图4所示，一种取物机构选择控制系统100包含一旋转式取物机构承置台1、一机械手臂装置2、一控制主机3以及五个取物机构转接头4(图中仅标示一个)。
71.旋转式取物机构承置台1包含一底座11、一马达装置12以及一转盘13。马达装置12设置于底座11，并电性连结于控制主机，且马达装置12具有一马达转轴121。转盘13可转动地连结于马达装置12的马达转轴121，并具有五个取物机构承置结构131(图中仅标示一个)，且每一个取物机构承置结构131具有一卡扣凹缘1311。其中，五个取物机构承置结构131沿一旋转路径r设置，且旋转路径r经过一待组装区域ar。
72.机械手臂装置2包含一机台本体21、一轴臂组件22以及一取物机构组接件23。机台本体21邻近于旋转式取物机构承置台1而设置，藉以使整个机械手臂装置2邻近于旋转式取物机构承置台1。轴臂组件22是可活动地设置于机台本体21，且轴臂组件22包含一第一轴件221、一第二轴件222、一第三轴件223、一第四轴件224以及一第五轴件225。第一轴件221是设置于机台本体21上，而第二轴件222是可转动地连结于第一轴件221，藉以受第一轴件221的带动而转动；第三轴件223是可转动地连结于第二轴件222，藉以受第二轴件222的带动而
转动；第四轴件224是可转动地连结于第三轴件223，藉以受第三轴件223的带动而转动；第五轴件225是可转动地连结于第四轴件224，藉以受第四轴件224的带动而转动。其中，第一轴件221、第二轴件222、第三轴件223、第四轴件224以及第五轴件225在本实施例中皆为马达等动力装置，藉以用来带动相连结的物件转动。
73.取物机构组接件23是可转动地连结于第五轴件225，用以在待组装区域ar内组接待组装取物机构。其中，由于取物机构组接件23是可转动地连结于第五轴件225，因此通过整个轴臂组件22的多轴向转动，可以有效地使取物机构组接件23进行多方向的移动。此外，在本实施例中，取物机构组接件23可转动地连结于第五轴件225的意思实际上是指取物机构组接件23连结于第五轴件225的马达转轴，藉以使第五轴件225通过马达转轴带动取物机构组接件23相对于第五轴件225转动。
74.控制主机3电性连结于旋转式取物机构承置台1与机械手臂装置2，并且包含一操作界面31、一控制模块32、一角度编码器33以及一组接传感器34。
75.操作界面31是用以供使用者自多个取物机构201至205中选择出待组装取物机构，并据以发送出一取物机构选择信号sn1。在实务上，操作界面31例如是以触控面板显示出多个取物机构201至205，藉以供使用者选择其中之一者，当使用者选择多个取物机构201至205其中之一者时，操作界面31会依据多个取物机构201至205其中被选择为待组装取物机构者，发送出记载有待组装取物机构者的取物机构选择信号sn1。此外，在本实施例中，取物机构201、203、204与205皆为夹爪式取物机构，而取物机构202为吸附式取物机构。
76.控制模块32电性连结于操作界面31、旋转式取物机构承置台1的马达装置12以及机械手臂装置2，且控制模块32包含一转盘控制单元321、一组装区域确认单元322、一位置数据库323以及一手臂控制单元324。转盘控制单元321依据取物机构选择信号sn1发出转盘控制信号sn2至旋转式取物机构承置台1的马达装置12，以驱使取物机构承置结构131其中承置有待组装取物机构者沿旋转路径r移动至待组装区域ar。
77.组装区域确认单元322是电性连结于转盘控制单元321与手臂控制单元324，用以确认取物机构承置结构131其中承置有待组装取物机构者是否移动至待组装区域ar，并在确认后发出一确认信号sn3至手臂控制单元324，以使手臂控制单元324在接收到确认信号后依据取物机构选择信号驱使取物机构组接件23移动至待组装区域ar组装待组装取物机构。其中，组装区域确认单元322还内建有一对应于待组装区域ar的预设组装位置3221，藉以通过预设组装位置3221与取物机构201至205的位置数据进行比对来判断待组装取物机构是否已进入待组装区域ar中。
78.位置数据库323是电性连结于转盘控制单元321与组装区域确认单元322，并储存有一承置结构位置数据3231与一取物机构位置数据3232，承置结构位置数据3231是记载有五个取物机构承置结构131的角度位置，而取物机构位置数据3232则记载有取物机构201、202、203、204与205所对应的取物机构承置结构131。
79.手臂控制单元324依据取物机构选择信号sn1驱使取物机构组接件23移动至待组装区域ar组装待组装取物机构。
80.角度编码器33是电性连结于转盘控制单元321与组装区域确认单元322，用以检测马达装置12的转动角度；在本实施例中，角度编码器33例如是设置于马达装置12的马达转轴121，藉以在马达转轴121转动时测量出转动角度变化。此外，需特别说明的是，承置结构
位置数据3231所记载的五个取物机构承置结构131的角度位置的基准轴心为马达转轴121的轴心，因此取物机构承置结构131的角度位置通过角度编码器33所测量到的角度变化即可计算出每个取物机构承置结构131的实际位置。
81.组接传感器34是电性连结于操作界面31与控制模块32，用以感测取物机构组接件23是否组接取物机构201、202、203、204或205。在本实施例中，组接传感器34例如是设置于组接轴231(标示于图5)上，且可以是利用红外线感应的方式检测判断是否组接取物机构201、202、203、204或205，但不限于此，组接传感器34亦可利用按压开关的方式来感测是否组接取物机构201、202、203、204或205。
82.请继续参阅图5，图5显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自将取物机构卸下放置于旋转式取物机构承置台的立体示意图。如图1至图5所示，五个取物机构转接头4是分别可拆卸地放置于五个取物机构承置结构131上，并分别连结有于取物机构201至205，且每一取物机构转接头4开设有一组接孔41。其中，如图5所示，取物机构组接件23还包含一组接轴231、二卡接结构232(图中仅标示一个)以及二卡接结构233(图中仅标示一个)，二卡接结构232是沿第一方向d1延伸，而二卡接结构233是沿垂直于第一方向d1的第二方向d2延伸。其中，组接轴231用以配合地穿设于取物机构转接头4的组接孔41，且组接孔41内实际上更设有对应于二卡接结构232与二卡接结构233的卡槽，藉以在组接轴231穿入于组接孔41时，用来卡抵由组接轴231伸出的二卡接结构232与二卡接结构233，以使取物机构组接件23连结于取物机构转接头4，进而带动取物机构201、202、203、204或205移动。
83.此外，当取物机构组接件23通过取物机构转接头4连结于取物机构201、202、203、204或205时，实际上取物机构组接件23还可以通过取物机构转接头4电性连结于取物机构201、202、203、204或205，藉以控制取物机构201、202、203、204或205产生相对应的夹取、吸取或放开等动作，但不限于此，取物机构201、202、203、204或205亦可是通过无线通讯的方式进行操作而非直接电性连接的方式。
84.请一并参阅图1至图9b，图6显示本发明较佳实施例所提供的旋转式取物机构承置台沿转动方向转动而使待组装区域的取物机构进行替换的立体示意图；图7显示本发明较佳实施例所提供的取物机构组接件移动至待组装区域组接待组装区域内的取物机构的立体示意图；图8显示本发明较佳实施例所提供的机械手臂装置自旋转式取物机构承置台将取物机构取出的立体示意图；图9a与图9b显示本发明较佳实施例所提供的取物机构选择控制方法的步骤流程图。
85.如图9a至图9b所示，基于上述的取物机构选择控制系统100，本发明的取物机构选择控制方法，首先步骤s1是利用操作界面31从多个取物机构201、202、203、204与205中选择出待组装取物机构，并据以发送出取物机构选择信号sn1；接着，步骤s2是利用组接传感器34检测并判断取物机构组接件23是否组接有取物机构201、202、203、204或205。
86.如图3至图9b所示，当步骤s2的组接传感器34判断取物机构组接件23组接有取物机构204时，接着进行步骤s31，步骤s31是利用手臂控制单元324控制取物机构组接件23移动至待组装区域ar，并将取物机构204卸置于取物机构承置结构131。
87.在步骤s31之后，步骤s32是转盘控制单元321依据取物机构选择信号sn1自取物机构位置数据3232中获取对应于待组装取物机构的取物机构放置位置，并进一步自承置结构位置数据3231中获取对应于取物机构位置数据3232的承置结构角度位置；在本实施例中，
取物机构选择信号sn1的待组装取物机构为取物机构202，因此转盘控制单元321依据取物机构选择信号sn1自取物机构位置数据3232中所获取的取物机构放置位置为放置有取物机构202的承置结构角度位置。
88.在步骤s32之后，步骤s33是转盘控制单元321比较承置结构角度位置与预设组装位置3221来产生相对转动角度，并依据相对转动角度控制马达装置12带动转盘13转动，使待组装取物机构进入待组装区域ar；其中，本实施例以预设组装位置3221作为基准的0度，因此在图3中，放置有取物机构202的取物机构承置结构131的承置结构角度位置约为顺时针方向的216度，而相对转动角度为144度，意即转盘13需要沿转动方向rd顺时针转动144度才会使放置有取物机构202的取物机构承置结构131对准预设组装位置3221。
89.在步骤s33之后，步骤s34是组装区域确认单元322在确认承置结构角度位置与预设组装位置相符后发送出位置已确认信号sn3。其中，由于在本实施例中，是以预设组装位置作为基准，因此组装区域确认单元322可以通过角度编码器33所检测到的编码角度来确认放置有取物机构202的取物机构承置结构131是否已经移动至对准预设组装位置，并在确认后发出位置已确认信号sn3。
90.在步骤s34之后，步骤s35是手臂控制单元324依据位置已确认信号sn3与取物机构选择信号sn1驱使轴臂组件22控制取物机构组接件23移动至待组装区域ar并组装待组装取物机构。
91.如图1至图3与图9a至图9b所示，当步骤s2的组接传感器34判断取物机构组接件23未组接有取物机构201、202、203、204或205时，接着进行步骤s41，步骤s41是转盘控制单元321依据取物机构选择信号sn1自取物机构位置数据3232中获取对应于待组装取物机构的取物机构放置位置，并进一步自承置结构位置数据3231中获取对应于取物机构放置位置的承置结构角度位置。
92.在步骤s41之后，步骤s42是转盘控制单元321比较承置结构角度位置与预设组装位置来产生相对转动角度，并依据相对转动角度控制马达装置12带动转盘13转动，使待组装取物机构进入待组装区域ar；在本实施例中，由于待组装取物机构为取物机构204，且取物机构204已位于待组装区域ar中，因此便不需要控制马达装置12带动转盘13转动。
93.在步骤s42之后，步骤s43是组装区域确认单元322在确认承置结构角度位置与预设组装位置相符后发送出位置已确认信号sn3。由于在本实施例中，作为待组装取物机构的取物机构204已位于待组装区域ar中，因此承置结构角度位置会相符于预设组装位置，而组装区域确认单元322便会直接发送出位置已确认信号sn3。
94.在步骤s43之后，步骤s44是手臂控制单元324依据位置已确认信号sn3与取物机构选择信号sn1驱使轴臂组件22控制取物机构组接件23移动至待组装区域ar并组装待组装取物机构。
95.综上所述，相较于现有技术中的机械手臂在以自动化的方式替换夹爪时，很容易因为放置取物机构的置物架占据到机械手臂的作业空间，进而导致置物架无法摆设大量的取物机构，使得机械手臂在使用上受到了限制；缘此，本发明所提供的一种取物机构选择控制系统及方法，主要是利用旋转式取物机构承置台的转盘来承置多个取物机构，并设有待组装区域来供机械手臂装置于待组装区域内组装取物机构，藉此，当机械手臂装置需要装设换替换取物机构时，便可控制旋转式取物机构承置台的转盘转动来使相对应的取物机构
移动至待组装区域内进行组装，有效的增加机械手臂装置替换取物机构的效率与变化性。
96.通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。