机械手臂的控制装置及其教导系统与方法制造方法及图纸

一种机械手臂的控制装置，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。

Control device of mechanical arm and its teaching system and method

A control device for a mechanical arm consists of a pressure sensing module and a control module. The pressure sensing module is set on an operation part of a mechanical arm, and the pressure sensing module has a touch sensing surface to detect an operation instruction applied to the touch sensing surface. The control module is used to receive at least one pressure sensing signal output from the pressure sensing module and output a motor drive signal to the mechanical arm to respond to the operation instruction. The touch sensing surface includes a first touch sensing area and a second touch sensitive area, the first touch sensing region is used to meet the definition of a translational motion model of the first reference coordinate system, and the second touch sensing region is used to meet the definition of a rotating mode second reference coordinate system, and the control module according to the operating instructions of the touch position control. The mechanical arm translation or rotation movement.

【技术实现步骤摘要】
机械手臂的控制装置及其教导系统与方法
本专利技术是有关于一种机械手臂，且特别是有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法。
技术介绍
在传统的制造或装配自动化工厂中，机器人或机械手臂由关节马达控制器控制，以进行相对应的关节马达的运动。同时各关节马达也会传输坐标信号至机械手臂控制模块以进行坐标整合并运算成一绝对坐标信息，且绝对坐标信息会被同步显示于用户接口，以供用户判断机械手臂的运行状态是否符合预期。然而，当机械手臂的运行状态不符合预期时，使用者通常只能从程序语言或应用程序上修改指令，并根据指令一而再、再而三的修改机械手臂的动作路径。如此繁杂的工作不仅耗时，且缺少直觉式的编程能力。亦即，机械手臂与使用者之间缺少直觉式的输入接口，且以往的编程系统无法让用户根据直觉式的操作来修改或训练机械手臂的动作路径，是目前机械手臂设计及制造生产上仍需要去克服的问题。
技术实现思路
本专利技术有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法，可供操作人员根据直觉式的操作来修改或训练机械手臂的动作路径，以达到直觉式控制。本专利技术有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法，可供操作人员弹性地调整机械手臂的顺应程度，并可徒手直接教导机械手臂以进行关节姿态控制(粗定位教导)及/或机械手臂端部位置控制(细定位教导)。根据本专利技术的一方面，提出一种机械手臂的控制装置，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。根据本专利技术的一方面，提出一种机械手臂的教导系统，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令，其中控制模块包括一关节马达控制器、一模式切换模块以及多个关节马达编码器。关节马达控制器根据操作指令产生一组使机械手臂的端部平移运动或旋转运动的马达扭力信号，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。模式切换模块用以切换机械手臂的操作模式，机械手臂的操作模式包括一顺应教导模式以及一触碰操作模式。关节马达编码器设置于机械手臂的关节处，此些关节马达编码器于顺应教导模式下根据机械手臂的移动轨迹产生一组关节角度信号。根据本专利技术的一方面，提出一种对机械手臂进行直接教导的方法，包括下列步骤。对一机械手臂进行初始化，并输出一马达驱动信号至机械手臂。记录机械手臂的移动轨迹，以得知机械手臂的目前位置及姿态。当机械手臂的移动轨迹偏离一目标位置时，切换机械手臂的操作模式，此操作模式包括一顺应教导模式以及一触控操作模式，其中，在触控操作模式下，通过来自一压力感测模块的操作指令对机械手臂进行机械手臂端部位置控制；在顺应教导模式下，徒手对机械手臂进行关节姿态控制；以及通过对机械手臂的端部位置控制，或先通过对机械手臂的端部位置控制再进行关节姿态控制，或先通过对机械手臂进行关节姿态控制再进行端部位置控制，修正机械手臂的移动轨迹。结束记录机械手臂的移动轨迹。重现机械手臂的教导轨迹，以移动机械手臂至目标位置。为了对本专利技术的上述及其他方面有更好的了解，下文特举诸项实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：附图说明图1绘示应用于本专利技术的机械手臂的控制装置中的压力感测模块的示意图。图2绘示一具有徒手教导功能的机械手臂的示意图。图3A及图3B绘示压力感测模块设置于机械手臂的端部的示意图及展开示意图。图4A至图4D分别绘示端部进行徒手教导以对应产生平移运动或旋转运动的参考示意图。图5绘示操作人员对机械手臂进行徒手教导的示意图。图6绘示依照本专利技术一实施例的机械手臂的教导系统的方块图。图7绘示对机械手臂进行力矩补偿的示意图。图8绘示依照本专利技术一实施例的对机械手臂进行直接教导的流程图。附图标记说明：100：控制装置101：机械手臂102：关节马达103：前臂104：后臂105：操作部106：握持部107：支架108：端部108a：圆柱体109：机械工具110：压力感测模块111：压力感测元件112：触碰感应表面112a：第一环状触碰感应区112b：第二环状触碰感应区113：阵列电路114：第一线路115：第二线路116：电极层117：压力感测层118：下电极层130：控制模块132：关节马达控制器133：重力补偿器134：模式切换模块135：摩擦力补偿器136：关节马达编码器138：教导控制器140：教导系统A1～A8：感测区域P、P1、P2：触碰点fy：Y轴向上的分量fx：X轴向上的分量F：作用力C1、C2：拖曳轨迹Ry、Rx：力矩τg：重力补偿力矩τF：摩擦力补偿力矩S11～S18：步骤具体实施方式以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限定本专利技术欲保护的范围。请参照图1及图2，根据本专利技术一实施例的机械手臂101的控制装置100包括一压力感测模块110以及一控制模块130。压力感测模块110设置于一机械手臂101的操作部105上，如图3A，且压力感测模块110具有一触碰感应表面112，用以侦测施加于触碰感应表面112上的一操作指令。此外，控制模块130用以接收压力感测模块110输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂101，以响应操作指令。请参照图1及图3A，压力感测模块110包括多个以阵列排列并且相互连接的压力感测元件111，以形成一触碰感应表面112。每一个压力感测元件111具有一上电极层116、一压力感测层117以及一下电极层118，且压力感测层117位于上电极层116与下电极层118之间。每一个压力感测元件111可作为一触碰点P，当压力感测层117受压而导通于上电极层116与下电极层118之间时，可借由连接各压力感测元件111的阵列电路113传输至控制模块130，以供控制模块130判断触碰点P的坐标或所在的触碰区域，进而驱动机械手臂101，以响应操作指令。在一实施例中，阵列电路113可包括多条沿着X轴向平行排列的第一线路114以及多条沿着Y轴方向平行排列的第二线路115，每一条第一线路114电性连接沿着X轴向直线排列的压力感测元件111的上电极层116，而每一条第二线路115电性连接沿着Y轴向直线排列的压力感测元件111的下电极层118，以形成一触碰感应表面112。当然，以其他触碰感应技术或近接感应技术所形成的触碰感应表面112亦可应用在本专利技术的控制装置100中，本专利技术不以此为限。压力感测模块110可侦测一物体是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械手臂的控制装置，其特征在于，包括：一压力感测模块，设置于一机械手臂的一操作部上，该压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于该触碰感应表面上的一操作指令，其中该触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，该第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而该第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系；以及一控制模块，用以接收该压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至该机械手臂，以响应该操作指令，其中该控制模块根据该操作指令的触碰位置，控制该机械手臂平移或旋转运动。

【技术特征摘要】
2016.11.17 TW 105137642;2016.08.12 US 62/374,0741.一种机械手臂的控制装置，其特征在于，包括：一压力感测模块，设置于一机械手臂的一操作部上，该压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于该触碰感应表面上的一操作指令，其中该触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，该第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而该第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系；以及一控制模块，用以接收该压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至该机械手臂，以响应该操作指令，其中该控制模块根据该操作指令的触碰位置，控制该机械手臂平移或旋转运动。2.根据权利要求1所述的控制装置，其中该压力感测模块包括多个以阵列排列并且相互连接的压力感测元件，每一压力感测元件具有一上电极层、一压力感测层以及一下电极层，且该压力感测层位于该上电极层与该下电极层之间。3.根据权利要求1所述的控制装置，其中该触碰感应表面弯曲为一曲面，且该操作部具有一端部，该触碰感应表面位于该端部的表面上。4.根据权利要求3所述的控制装置，其中该端部为一圆柱体，该第一触碰感应区与该第二触碰感应区环绕在该圆柱体的圆周表面。5.根据权利要求4所述的控制装置，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第一触碰感应区上的单一触碰点的坐标，产生相对于该圆柱体的轴线垂直的一维或二维的平移运动，或根据施加于该第一触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生沿着该圆柱体的轴线的平移运动。6.根据权利要求4所述的控制装置，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第二触碰感应区上的单一触碰点的坐标，产生相对于垂直该圆柱体的轴线的一维或二维坐标轴旋转的旋转运动，或根据施加于该第二触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生相对于该圆柱体的轴线旋转的旋转运动。7.根据权利要求1所述的控制装置，其中该控制模块包括一关节马达控制器以及一模式切换模块，该模式切换模块用以切换该机械手臂的操作模式，该机械手臂的操作模式包括一顺应教导模式以及一触碰操作模式，在该触碰操作模式下，该关节马达控制器根据该操作指令产生一组使该机械手臂的该端部平移运动或旋转运动的马达扭力信号。8.根据权利要求7所述的控制装置，其中该控制模块包括至少一关节马达编码器，设置于该机械手臂的关节处，该关节马达编码器于该顺应教导模式下根据该机械手臂的移动轨迹产生一组关节角度信号。9.根据权利要求8所述的控制装置，其中该控制模块包括一教导控制器，该教导控制器于该顺应教导模式中储存该关节马达编码器产生的该组关节角度信号，且该教导控制器可将该组关节角度信号及该组马达扭力信号转换成使该机械手臂的移动轨迹重现的该马达驱动信号。10.根据权利要求7所述的控制装置，其中该关节马达控制器还包括一重力补偿器，该重力补偿器根据该机械手臂上每个关节的角度、每个手臂的重心到每个关节的重心的距离以及每个手臂的质量计算作用于每个手臂上的重力补偿力矩。11.根据权利要求7所述的控制装置，其中该关节马达控制器还包括一摩擦力补偿器，该摩擦力补偿器根据该机械手臂上每个关节的转动速度计算作用于每个关节上的摩擦力补偿力矩。12.一种机械手臂的教导系统，其特征在于，包括：一压力感测模块，设置于一机械手臂的一操作部上，该压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于该触碰感应表面上的一操作指令，其中该触碰感应表面包括一...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏瑞尧，刘彦辰，陈庆顺，陈昌毅，吴枨立，游鸿修，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71