机械手臂动作导引系统及其操作方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201510992981.7 | 申请日 | 2015-12-25 | 公开(公告)号 | CN106914879A | 公开(公告)日 | 2017-07-04 |
| 申请人 | 财团法人金属工业研究发展中心; | 发明人 | 林治中; 陈政言; 蔡明岳; | ||||
| 摘要 | 一种机械手臂动作导引系统及其操作方法。该机械手臂动作导引系统是配合一个操作模 块 使用，并包含一个设置于该操作模块的感测模块、一个分析模块，及一个转换模块。该机械手臂动作导引系统的操作方法包含一个导引步骤、一个计算步骤，及一个转换步骤。在该导引步骤中，使用者手持该操作模块进行作业程序，该感测模块则记录动作。在该计算步骤，该分析模块分析数据并拟合出动作路径。在该转换步骤中，该转换模块将动作路径输入机械手臂并进行转换。该操作模块可选自一般的作业工具，让使用者平常地进行作业动作，达到完整记录及模拟使用者动作的功效。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机械手臂动作导引系统，配合一个操作模块使用，其特征在于：该机械手臂动作导引系统包含一个设置于该操作模块上以感测并记录该操作模块的移动数据的感测模块、一个撷取该感测模块所记录的数据并在分析后拟合出动作路径的分析模块，及一个将该分析模块输出的路径资料传送至机械手臂并进行转换的转换模块。 |
||||||
| 说明书全文 | 机械手臂动作导引系统及其操作方法技术领域[0001] 本发明涉及一种动作导引系统及其操作方法，特别是涉及一种适用于机械手臂的动作导引系统及其操作方法。 背景技术[0002] 精密铸造加工程序中，沾浆及淋砂生产制造为铸模制作过程中极重要的工序，这两种工序目前大多是仰赖资深人员依照经验法则以人工进行作业。然而反复的沾浆作业会造成重量的增加，使操作人员无法维持一致的动作，影响产品的品质及良率。此外，沾浆、淋砂作业区域具有极高的二氧化硅与粉尘污染，属致癌物质而高度危害人员健康。 [0003] 目前已有厂商导入机械手臂进行自动化作业，而机械手臂的路径导引方式目前大致上可分为远端遥控、影像式路径规划，及直接导引式三种。远端遥控是让使用者在远端通过操作控制器来教导机械手臂动作，然而此种方式使用者须先适应控制器的操控方式(例如按钮或操作杆)，耗费时间及人力，且控制器所能下达的动作指令有所局限，因此无法良好地模拟人体的动作。 [0004] 影像式路径规划是通过影像撷取模块将影像资料传送至人机控制介面，并借由人机控制介面进行设置工作路径或边界范围的路径规划工作。然而此种方式的耗费成本较高，且当作业环境复杂且伴随光源变化时，将造成路径误判，因此不适用于精密铸造产业恶劣的工作环境。 [0005] 直接导引式是让使用者直接以人力带动机械手臂运作以完成路径导引。然而此种方式会使动作受到机械手臂本身结构的局限，因而无法完整地模拟使用者原来的作业动作，且推移机械手臂会造成使用者额外的体力负担。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种可将使用者动作完整地转换的机械手臂动作导引系统。 [0007] 本发明机械手臂动作导引系统，配合一个操作模块使用，并包含一个设置于该操作模块上以感测并记录该操作模块的移动数据的感测模块、一个撷取该感测模块所记录的数据并在分析后拟合出动作路径的分析模块，及一个将该分析模块输出的路径资料传送至机械手臂并进行转换的转换模块。 [0008] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统，其中该感测模块为多轴空间感测器。 [0010] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统，其中该感测模块是可拆离地设置于该操作模块上，且该感测模块是以通用序列汇流排与该分析模块连接并传输资料。 [0011] 本发明的另一个目的在于提供一种前述机械手臂动作导引系统的操作方法。 [0012] 本发明机械手臂动作导引系统的操作方法，包含一个导引步骤、一个计算步骤，及一个转换步骤，在该导引步骤中，使用者手持该操作模块进行作业程序，该感测模块是用以记录该操作模块在该作业程序中的移动数据，在该计算步骤中，将该感测模块记录的移动数据输入该分析模块中，该分析模块对该移动数据进行动态分析，并拟合出动作路径，在该转换步骤中，该分析模块将拟合出的动作路径输入该转换模块中，该转换模块将该动作路径的资料输入机械手臂的控制系统，并将该动作路径转换成机械手臂移动轨迹的路径资料。 [0013] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中该作业程序为沾浆作业，该感测模块所记录的移动数据包括浸浆角度、浸浆旋转圈数、浸浆旋转速度、回浆角度、回浆转圈数，及回浆转圈速度。 [0014] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中该作业程序为淋砂作业，该感测模块所记录的移动数据包括淋砂角度、翻砂旋转圈数、翻砂旋转速度、回砂角度、回砂转圈数，及回砂转圈速度。 [0015] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中在该导引步骤中，该操作模块是呈杆状，且前端夹持有待沾浆的腊膜。 [0016] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中在该导引步骤中，该操作模块是呈杆状，且前端夹持有待淋砂的腊膜。 [0017] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中在该计算步骤中，该分析模块是先对移动数据进行动态讯号特征分析，接着利用动态因果推论模型进行位置积分，以拟合出该动作路径。 [0018] 较佳地，前述机械手臂动作导引系统的操作方法，其中在该导引步骤中，是以一个控制器启闭该感测模块以记录特定动作的移动数据。 [0019] 本发明的有益的效果在于：该操作模块可选用使用者于作业时所用的工具，并将该感测模块设置于其上，让使用者可平常地进行作业程序，并可完整地记录及模拟使用者的作业动作。使用者不需另外学习机械手臂的操作方式，亦不需费力地推移机械手臂，故可提高操作简便性，并能节省人力及成本。附图说明 [0020] 图1是一个系统方块图，说明本发明机械手臂动作导引系统的一个实施例； [0021] 图2是一个示意图，说明该机械手臂动作导引系统的一个感测模块； [0022] 图3是一个流程图，说明该机械手臂动作导引系统的操作方法。 具体实施方式[0023] 下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。 [0024] 参阅图1及图2，本发明机械手臂动作导引系统1的一个实施例，是配合一个操作模块2使用，并包含一个可拆离地设置于该操作模块2上的感测模块3、一个分析模块4，及一个转换模块5。 [0025] 该感测模块3为一个多轴空间感测器，在本实施例中，该感测模块3是包含一个微控制芯片31(MCU)、一个整合三轴陀螺仪及三轴加速规的整合型芯片32，及一个三轴磁力感测芯片33。该感测模块3可侦测九轴的移动数据，包含X、Y、Z方向的加速度值、角速度值，及旋转(Roll、Pitch、Yaw)。 [0026] 在本实施例中，该分析模块4及该转换模块5是内建于一个电脑7内的程式。该分析模块4是以C#程式语言开发的空间路径拟合逻辑程式，且该分析模块4是以通用序列汇流排(USB)与该感测模块3相连接，当然也可以是以wifi或其他传输方式传送资料，并不以此为限。该转换模块5是通过C#所撰写的通讯界面。 [0027] 参阅图1、图2，及图3，该机械手臂动作导引系统1的操作方法包含一个导引步骤、一个计算步骤，及一个转换步骤。 [0028] 在该导引步骤中，使用者手持该操作模块2进行作业程序，该感测模块3则记录该操作模块2在该作业程序中的移动数据。而在作业程序中，使用者或其他辅助人员可通过一个控制器6来启闭该感测模块3，以撷取并记录特定动作的移动数据，该控制器6可以是踏板式机构，当使用者进行第一次踩踏时，该感测模块3开始记录动作，在使用者进行第二次踩踏后，该感测模块3停止记录。 [0029] 在本实施例中，该作业程序为沾浆及淋砂作业，该操作模块2是如图2所示地呈杆状，并分别对应沾浆或淋砂作业，而在前端夹持有待沾浆或待淋砂的蜡膜8。当然，该操作模块2也可以是其他作业工具，或是直接将该感测模块3以贴附或配戴等方式设置于人体上，不以此为限。 [0030] 该感测模块3所记录的移动数据包括浸浆/淋砂角度、浸浆/翻砂旋转圈数、浸浆/翻砂旋转速度、回浆/回砂角度、回浆/回砂转圈数，及回浆/回砂转圈速度。 [0031] 在该计算步骤中，该感测模块3将感测到的讯号测量值初始化，并通过USB连接埠将封包讯号传送至该分析模块4。该分析模块4在将移动数据初始化校正后，便进行动态讯号特征分析，并利用动态因果推论模型(DCM)修正模型以积分量测路径，最后通过实际系统状态预测及建立卡尔曼滤波器来拟合出动作路径，并显示于显示介面上。需要特别说明的是，当初始化校正失败时，则重置该感测模块3的初始值。在动态因果推论模型为静止时，将该状态设置为静止状态。 [0032] 在该转换步骤中，该分析模块4将拟合出的动作路径输入该转换模块5中，该转换模块5将该动作路径资料输入一个机械手臂9的控制系统中，并将机械手臂函数(Robot function)程式资料转换成机械手臂移动轨迹的路径资料，完成机械手臂9的动作导引及学习。 [0033] 本发明将该感测模块3设置于该操作模块2上，且该操作模块2可为平时进行作业程序的器具，让使用者可如平时进行作业般动作，使该感测模块3可完整地转换使用者的动作，大幅提高动作模拟的完整性，而配合该控制器6还可提升动作撷取的精确度。 [0034] 综上所述，本发明让使用者不需重新学习机械手臂9的操作方式，亦不需出力推移机械手臂9，提高泛用性及方便性，且可避免机械手臂9构造的局限，以较自然的方式进行作业，提高拟合完整度，故确实能达成本发明的目的。 |
||||||
