TWI684502B - 機器手臂解除剎車的方法（一） - Google Patents

Abstract

一種機器手臂解除剎車的方法，進行解除剎車時，預設馬達的轉動角度，以第一轉動方向及轉動角度轉動馬達，並將電磁閥的擋銷縮回，在解除剎車失敗時，再以反向的第二轉動方向及轉動角度轉動馬達，以確保成功解除剎車。

Description

機器手臂解除剎車的方法(一)

本發明有關一種機器手臂，尤其關於機器手臂從剎車停止轉動中，解除剎車讓機器手臂移動的方法。

工廠自動化利用機器手臂自動抓取工件，不斷來回移動進行組裝製造，以提高生產的效率。而來回移動的機器手臂，除了需要驅動模組提供動力外，尚需依賴穩定可靠的剎車，才能將機器手臂停止在預定的位置，以進行精確的作業。

請參考圖1，為先前技術美國專利US8410732的機器手臂的驅動模組10。先前技術的驅動模組10，利用馬達11驅動轉軸12轉動，經由減速裝置13減速後，輸出動力移動機器手臂。驅動模組10中設置剎車裝置，剎車裝置將棘輪14固定在轉軸12上，並在棘輪14周邊設置電磁閥15，電磁閥15藉由伸縮的擋銷16離合棘輪14，阻擋或釋放棘輪14轉動。驅動模組10另在轉軸12的一端固定編碼器(Encoder)17，偵測馬達11的轉動角度，作為監視及控制馬達11轉動的回饋訊號。

當機器手臂需要移動時，控制電磁閥15縮回擋銷16釋放棘輪14，再以訊號控制馬達11驅動轉軸12轉動，並由編碼器17監視馬達11是否依照訊號需要的角度轉動。當機器手臂需要停止時，驅動模組10進行剎車 作業，啟動電磁閥15伸長擋銷16阻擋棘輪14轉動，產生剎車力矩，抵抗機器手臂本身及乘載工件所形成負載的慣性力，以停止棘輪14固定的轉軸12轉動，進而阻止機器手臂移動，再由編碼器17監視馬達11是否依照訊號停止在需要的角度。

然而，當電磁閥15的擋銷16停止機器手臂轉動後，機器手臂的負載，將經由棘輪14作用在電磁閥15伸長的擋銷16上，如乘載工件過大，負載將使棘輪14與擋銷16間形成較大的摩擦力。當機器手臂需要再移動時，控制電磁閥15縮回擋銷16的力量，不足以克服棘輪14與擋銷16間的摩擦力時，擋銷16被棘輪14卡阻，電磁閥15將無法順利縮回擋銷16釋放棘輪14，因而導致驅動模組10無法解除剎車。如在無法解除剎車下，一旦驅動模組10使用更大力量或轉動角度驅動馬達11轉動時，將造成擋銷16或棘輪14彎曲變形，不僅影響機器手臂定位的精準性，甚至造成機器手臂毀損。因此，機器手臂在解除剎車的方法上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種機器手臂解除剎車的方法，藉由預設馬達較小的轉動角度，控制馬達在不同的轉動方向轉動，讓傳輸負載的棘輪離開擋銷，以縮回擋銷解除剎車。

為了達到前述發明的目的，本發明第一實施例機器手臂解除剎車的方法，進行解除剎車時，預設控制馬達轉動的轉動角度，以預設第一轉動方向及轉動角度轉動馬達，並解除剎車將電磁閥的擋銷縮回，成功解除剎車則結束解除剎車作業，如解除剎車失敗，以預設的第二轉動方向及轉動角度轉動馬達，並解除剎車將電磁閥的擋銷縮回，如解除剎車成功， 結束解除剎車作業。

本發明機器手臂的解除剎車係將電磁閥的擋銷縮回，讓擋銷脫離棘輪的轉動路徑。而第一轉動方向與第二轉動方向為相反的轉動方向。其中預設的轉動角度為小角度，讓擋銷與棘輪在安全的彈性變形內。另由編碼器監視馬達轉軸轉動的回饋訊號，檢查未轉動到預設轉動角度時，為剎車解除失敗，而檢查轉動到預設轉動角度時，為剎車解除成功。

本發明第二實施例機器手臂解除剎車的方法，在開始進行解除剎車時，設定馬達轉動的第一轉動方向、第二轉動方向及轉動角度，以第一轉動方向及轉動角度轉動馬達，連續以反向的第二轉動方向及轉動角度轉動馬達，解除剎車持續預設一段時間，最後結束解除剎車作業。

20‧‧‧轉軸

21‧‧‧棘輪

22‧‧‧電磁閥

23‧‧‧擋銷

圖1 為先前技術機器手臂的驅動模組的側剖面圖。

圖2 為本發明機器手臂在第一轉動方向解除剎車的示意圖。

圖3 為本發明機器手臂在第二轉動方向解除剎車的示意圖。

圖4 為本發明第一實施例機器手臂解除剎車的方法的流程圖。

圖5 為本發明機器手臂在二轉動方向解除剎車的示意圖。

圖6 為本發明第二實施例機器手臂解除剎車的方法的流程圖。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳實施例，並配合圖式加以說明如下。

請同時參閱圖2及圖3，圖2為本發明機器手臂在第一轉動方 向解除剎車的示意圖，圖3為本發明機器手臂在第二轉動方向解除剎車的示意圖。本發明機器手臂的馬達具有一轉軸20，剎車裝置將棘輪21設在轉軸20圓周上，棘輪21逕向伸出轉軸20的圓周。棘輪21的周邊設有一電磁閥22，電磁閥22具有伸縮的擋銷23，擋銷23受電磁閥22的磁力作用，擋銷23伸出時進入棘輪21的轉動路徑，擋銷23縮回時脫離棘輪21的轉動路徑。

當機器手臂剎車時，控制電磁閥22伸出擋銷23，使擋銷23進入棘輪21的轉動路徑阻擋棘輪21移動，產生剎車力矩，抵抗機器手臂負載L產生的慣性力，停止棘輪21固定的轉軸20轉動，進而阻止機器手臂移動。而停止機器手臂轉動後，機器手臂的負載L，經由棘輪21作用在電磁閥22伸長的擋銷23上。當機器手臂需要再移動時，必須先解除剎車。解除剎車時，控制電磁閥22縮回擋銷23，讓擋銷23脫離棘輪21的轉動路徑，不會卡阻棘輪21轉動，才能控制馬達自由轉動轉軸20。

由於機器手臂的負載L隨抓取工件的大小而變，而負載L作用的方向也隨機器手臂停留的位置改變，因此解除剎車時不僅無法獲知負載L大小及作用方向，且即使控制電磁閥22縮回擋銷23，也無法確保是否能克服摩擦力，成功縮回擋銷23。因此，圖2中，本發明首先預設馬達轉動的第一轉動方向R1、第二轉動方向R2、及轉動角度θ。預設的第一轉動方向R1可為順時鐘轉動或逆時鐘轉動。第二轉動方向R2則與第一轉動方向R1為相反的轉動方向。而該轉動角度θ較小，即使在擋銷23阻檔棘輪21的錯誤轉動下，仍使擋銷23與棘輪21在安全的彈性變形內。

在進行解除剎車時，本發明以預設第一轉動方向R1及轉動角度θ轉動馬達，本實施例以第一轉動方向R1為逆時鐘轉動舉例說明，並控 制電磁閥22縮回擋銷23。由於預設的轉動方向錯誤，第一轉動方向R1驅動轉軸20帶動棘輪21，受擋銷23阻擋，棘輪21擠壓固定不動的電磁閥22的擋銷23，無法轉動到預設的轉動角度θ，且讓棘輪21與擋銷23產生彈性變形(如虛線所示)。在擠壓下，棘輪21與擋銷23間的摩擦力更大，棘輪21卡阻擋銷23的力量更強，電磁閥22無法順利縮回擋銷23，藉由編碼器(請參圖1)監視轉軸20未轉動到預設轉動角度θ的回饋訊號，加以檢查擋銷23未縮回，而判斷剎車解除失敗。

圖3中，在第一轉動方向解除剎車失敗下，本發明緊接著以預設第二轉動方向R2及轉動角度θ轉動馬達，本實施例以第二轉動方向R2為順時鐘轉動舉例說明。並控制電磁閥22縮回擋銷23。由於第二轉動方向R2驅動轉軸20帶動棘輪21，未受電磁閥22的擋銷23阻擋，轉軸20順利轉動到轉動角度θ，讓棘輪21離開擋銷23(如虛線所示)。擋銷23未受負載L作用下，棘輪21不會卡阻擋銷23，電磁閥22可順利縮回擋銷23，並藉由編碼器監視轉軸20轉動到轉動角度θ的回饋訊號，加以檢查擋銷23已縮回，判斷成功解除剎車。由於轉動方向僅有順時鐘與逆時鐘轉動兩方向，在本發明第一轉動方向R1與第二轉動方向R2依序兩方向轉動下，必定有一轉動方向使棘輪21離開擋銷23，而能確保成功解除剎車。

如圖4所示，為本發明第一實施例機器手臂解除剎車的方法的流程圖。本發明機器手臂解除剎車的方法的詳細步驟說明如下：步驟S1，開始進行解除剎車；在步驟S2，本發明設定馬達轉動的第一轉動方向、第二轉動方向、及轉動角度；步驟S3，以第一轉動方向為預設的馬達轉動方向；步驟S4，以預設轉動方向及轉動角度轉動馬達；步驟S5，並解除剎車， 以控制電磁閥縮回擋銷；步驟S6，檢查解除剎車是否成功？如解除剎車失敗，即控制電磁閥無法縮回擋銷，則進入步驟S7，改變預設第二轉動方向為馬達轉動方向，回至步驟S4，繼續以預設的轉動方向及轉動角度轉動馬達。步驟S6如果解除剎車成功，即控制電磁閥順利縮回擋銷，則進入步驟S8，結束解除剎車作業。

如圖5所示，為本發明機器手臂在連續二轉動方向解除剎車的示意圖。由前述實施例可知，棘輪21會在第一轉動方向或第二轉動方向的其中之一離開擋銷23或減少擋銷23的摩擦力，使電磁閥22順利縮回擋銷23解除剎車。因此，本發明也可利用設定的轉動角度θ及連續不同轉動方向R，控制馬達來回轉動轉軸20，讓機器手臂的慣性在機器手臂來回擺動中產生抖動，帶動棘輪21離開擋銷23或減少擋銷23的摩擦力。本發明並在抖動中控制電磁閥22持續解除剎車一段時間，讓電磁閥22在抖動中順利縮回擋銷23，以成功解除剎車，進而簡化前述實施例在檢查擋銷23是否縮回的作業時間。同理，本發明亦可在控制馬達來回轉動轉軸20前，控制電磁閥22持續解除剎車一段時間，以待馬達來回轉動機器手臂來回擺動中產生抖動，進行解除剎車。

如圖6所示，為本發明第二實施例機器手臂解除剎車的方法的流程圖。本發明第二實施例機器手臂解除剎車的方法的詳細步驟說明如下：步驟T1，開始進行解除剎車；在步驟T2，本發明設定馬達轉動的第一轉動方向、第二轉動方向及轉動角度；步驟T3，以第一轉動方向及轉動角度轉動馬達；步驟T4，連續以反向的第二轉動方向及轉動角度轉動馬達；步驟T5，預設一段時間持續解除剎車；進入步驟T6，結束解除剎車作業。

因此本發明機器手臂解除剎車的方法，就可藉由設定較小的轉動角度，控制馬達依序或連續在不同的轉動方向轉動預設的轉動角度，在其中的一轉動方向或抖動中讓棘輪離開擋銷，並控制電磁閥縮回擋銷，避免棘輪卡阻擋銷，使電磁閥順利縮回擋銷，達到成功解除剎車的目的。

以上所述者，僅為用以方便說明本發明之較佳實施例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。

20‧‧‧轉軸

21‧‧‧棘輪

22‧‧‧電磁閥

23‧‧‧擋銷

Claims (3)

1. 一種機器手臂解除剎車的方法，其步驟包含：開始進行解除剎車；設定馬達轉動的第一轉動方向、第二轉動方向及轉動角度；以第一轉動方向及轉動角度轉動馬達；連續以第二轉動方向及轉動角度轉動馬達；解除剎車；結束解除剎車作業。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中該第一轉動方向與第二轉動方向為相反的轉動方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂解除剎車的方法，其中解除剎車持續預設一段時間。

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