機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置及方法，尤其關(guān)于機(jī)器手臂利用視覺(jué)裝置，由遠(yuǎn)程教導(dǎo)控制機(jī)器手臂移動(dòng)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，為了追求大量生產(chǎn)的速度、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及降低人工成本，工廠的生產(chǎn)線紛紛以機(jī)器手臂(Robot Arm)取代勞動(dòng)人力。同時(shí)利用一人監(jiān)管多臺(tái)機(jī)器手臂的生產(chǎn)配置，進(jìn)一步增加生產(chǎn)效率，以提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]機(jī)器手臂通常利用高速移動(dòng)增加生產(chǎn)效率，對(duì)近距離操作機(jī)器手臂的操作人員，造成安全上巨大的威脅。尤其是輻射、高溫高壓或異常冷熱等對(duì)身體造成危害的工作環(huán)境，以及到達(dá)困難的惡劣環(huán)境，遠(yuǎn)程教導(dǎo)機(jī)器手臂作業(yè)，讓操作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境，顯得相當(dāng)重要。
[0004]遠(yuǎn)程教導(dǎo)機(jī)器手臂，一般通過(guò)攝影機(jī)或照相機(jī)等視覺(jué)裝置(Vis1n Device)拍攝機(jī)器手臂作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，傳輸?shù)皆O(shè)在遠(yuǎn)程的屏幕，呈現(xiàn)機(jī)器手臂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像。由操作人員觀看屏幕上機(jī)器手臂與工件的相對(duì)位置關(guān)系，利用操作有線或無(wú)線的遙控器，教導(dǎo)遠(yuǎn)程的機(jī)器手臂移動(dòng)，輸送或組裝工件以制造產(chǎn)品。
[0005]由于使用遙控方式教導(dǎo)機(jī)器手臂，不僅遙控器在操作的動(dòng)作上有所限制，且不方便隨時(shí)攜帶。先前技術(shù)美國(guó)專(zhuān)利案US20110118877，通過(guò)檢測(cè)手勢(shì)，確認(rèn)手勢(shì)的移動(dòng)方向，教導(dǎo)機(jī)器手臂的移動(dòng)方向，以取代遙控器的操作教導(dǎo)方式，讓操作更方便。
[0006]然而，先前技術(shù)的視覺(jué)裝置僅設(shè)在機(jī)器手臂外的作業(yè)環(huán)境，并不會(huì)隨機(jī)器手臂移動(dòng)，以致遠(yuǎn)程屏幕縮小顯示的畫(huà)面，僅能看到機(jī)器手臂整體的工作環(huán)境，卻無(wú)法清楚看到工件的擺置方位及機(jī)器手臂接近工件的相對(duì)位置。而先前技術(shù)單段式手勢(shì)控制機(jī)器手臂的移動(dòng)方式，極易撞傷工件，并不適合機(jī)器手部接近工件的移動(dòng)方式，也不適合機(jī)器手部(RobotHand)微調(diào)方位以?shī)A取工件的細(xì)部調(diào)整方式。因此，機(jī)器手臂在遠(yuǎn)程教導(dǎo)移動(dòng)的裝置及方法上，仍有問(wèn)題亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置，通過(guò)在機(jī)器手臂設(shè)置內(nèi)置及外置的視覺(jué)裝置，遠(yuǎn)程呈現(xiàn)的手臂環(huán)境圖像及手部周?chē)鷪D像，并檢測(cè)兩段控制手勢(shì)，分別呈現(xiàn)在手臂環(huán)境圖像中，控制手臂單元高速移動(dòng)，或呈現(xiàn)在手部周?chē)鷪D像中，控制手部單元低速移動(dòng)，以提高作業(yè)效率。
[0008]本發(fā)明另一目的在于提供一種機(jī)器手臂的教導(dǎo)方法，利用兩段控制手勢(shì)分別在手臂移動(dòng)模式控制手臂單元的移動(dòng)，或在手部移動(dòng)模式控制手部單元的移動(dòng)，以精確教導(dǎo)機(jī)器手臂移動(dòng)。
[0009]為了達(dá)到前述發(fā)明的目的，本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置具有機(jī)器手臂，在手臂單元上設(shè)內(nèi)置視覺(jué)裝置，擷取位于手臂單元移動(dòng)端的手部單元的手部周?chē)鷪D像，并在工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)外置視覺(jué)裝置，擷取機(jī)器手臂的手臂環(huán)境圖像；利用位于遠(yuǎn)程的控制裝置，教導(dǎo)機(jī)器手臂移動(dòng)，且接收內(nèi)置視覺(jué)裝置與外置視覺(jué)裝置的擷取圖像，以屏幕包含并列的外置畫(huà)面與內(nèi)置畫(huà)面分割畫(huà)面，外置畫(huà)面呈現(xiàn)接收外置視覺(jué)裝置擷取的手臂環(huán)境圖像，并具有一起呈現(xiàn)控制手勢(shì)圖像的手臂控制手勢(shì)區(qū)，內(nèi)置畫(huà)面呈現(xiàn)接收內(nèi)置視覺(jué)裝置擷取的手部周?chē)鷪D像，并具有一起呈現(xiàn)控制手勢(shì)圖像的手部控制手勢(shì)區(qū)；通過(guò)手勢(shì)識(shí)別模塊，檢測(cè)控制手勢(shì)，將檢測(cè)到的控制手勢(shì)信號(hào)傳輸至控制裝置，并將控制手勢(shì)圖像呈現(xiàn)在手臂控制手勢(shì)區(qū)或手部控制手勢(shì)區(qū)。
[0010]本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置，利用控制裝置接收手勢(shì)識(shí)別模塊檢測(cè)到的控制手勢(shì)信號(hào)，教導(dǎo)機(jī)器手臂移動(dòng)，且將教導(dǎo)機(jī)器手臂的移動(dòng)模式，分為手臂移動(dòng)模式與手部移動(dòng)模式，在手臂移動(dòng)模式中，配合外置畫(huà)面呈現(xiàn)的手臂環(huán)境圖像及手臂控制手勢(shì)，教導(dǎo)手臂單元高速移動(dòng)至目標(biāo)，在手部移動(dòng)模式中，配合內(nèi)置畫(huà)面呈現(xiàn)的手部周?chē)鷪D像及手部控制手勢(shì)，教導(dǎo)手部單元低速移動(dòng)處理目標(biāo)。
[0011]本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置的控制手勢(shì)為預(yù)先設(shè)定，包含限定用于手臂移動(dòng)模式的手臂控制手勢(shì)、限定用于手部移動(dòng)模式的手部控制手勢(shì)及移動(dòng)模式共享的基本控制手勢(shì)。其中基本控制手勢(shì)包含用以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換移動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換手勢(shì)，用以喚醒機(jī)器手臂的喚醒手勢(shì)及用以結(jié)束移動(dòng)模式的完成手勢(shì)。而手部控制手勢(shì)包含帶動(dòng)手部單元移動(dòng)調(diào)整方位的移動(dòng)手勢(shì)、用以?shī)A取處理目標(biāo)的夾取手勢(shì)及用以釋放處理目標(biāo)的釋放手勢(shì)。
[0012]本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)方法，利用控制手勢(shì)喚醒機(jī)器手臂，擷取圖像遠(yuǎn)程并列手臂環(huán)境圖像及手部周?chē)鷪D像；進(jìn)入設(shè)定的手臂移動(dòng)模式；將控制手勢(shì)呈現(xiàn)在手臂環(huán)境圖像；檢測(cè)手臂控制手勢(shì)；根據(jù)檢測(cè)到的手臂控制手勢(shì)，教導(dǎo)手臂單元以設(shè)定的速度移動(dòng)至目標(biāo)；利用控制手勢(shì)轉(zhuǎn)換為手部移動(dòng)模式；將控制手勢(shì)呈現(xiàn)在手部周?chē)鷪D像；檢測(cè)手部控制手勢(shì)；根據(jù)檢測(cè)到的手部控制手勢(shì)，教導(dǎo)手部單元以設(shè)定的速度移動(dòng)處理目標(biāo)；最后結(jié)束移動(dòng)模式。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明機(jī)器手臂教導(dǎo)裝置的機(jī)器手臂的示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明機(jī)器手臂教導(dǎo)裝置的控制裝置的示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明教導(dǎo)機(jī)器手臂的控制手勢(shì)圖。
[0016]圖4為本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)方法的流程圖。
[0017][標(biāo)號(hào)說(shuō)明]
[0018]10 機(jī)器手臂11手臂單元
[0019]12手部單元13工作臺(tái)
[0020]14 夾取裝置15工件
[0021]16 內(nèi)置視覺(jué)裝置17外置視覺(jué)裝置
[0022]20 控制裝置21主機(jī)
[0023]22屏幕23外置畫(huà)面
[0024]24內(nèi)置畫(huà)面25手勢(shì)識(shí)別模塊
[0025]26 控制手勢(shì)26a手臂控制手勢(shì)區(qū)
[0026]26b 手部控制手勢(shì)區(qū)
【具體實(shí)施方式】
[0027]有關(guān)本發(fā)明為達(dá)成上述目的，所采用的技術(shù)手段及其功效，茲舉較佳實(shí)施例，并配合圖式加以說(shuō)明如下。
[0028]請(qǐng)同時(shí)參閱圖1、圖2及圖3，圖1為本發(fā)明機(jī)器手臂教導(dǎo)裝置的機(jī)器手臂，圖2為本發(fā)明機(jī)器手臂教導(dǎo)裝置的控制裝置，圖3為本發(fā)明教導(dǎo)機(jī)器手臂設(shè)定的控制手勢(shì)。本發(fā)明機(jī)器手臂的教導(dǎo)裝置包含位于工作現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器手臂10及位于遠(yuǎn)程的控制裝置20。圖1中，機(jī)器手臂10具有手臂單元11及手部單元12，機(jī)器手臂10控制手臂單元11移動(dòng)，帶動(dòng)位于手臂單元11移動(dòng)端的手部單元12接近或遠(yuǎn)離目標(biāo)的工作臺(tái)13。再驅(qū)動(dòng)手部單元12的夾取裝置14調(diào)整方位，夾取位于工作臺(tái)13上的工件15，或?qū)⒐ぜ?5釋放在工作臺(tái)13。
[0029]本發(fā)明的機(jī)器手臂10還設(shè)置攝影機(jī)或照相機(jī)等視覺(jué)裝置拍攝機(jī)器手臂10作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)圖像，通過(guò)有線或無(wú)線，將現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸?shù)皆O(shè)在遠(yuǎn)程的控制裝置20。視覺(jué)裝置包含內(nèi)置視覺(jué)裝置(Eye-1n-Hand) 16與外置視覺(jué)裝置(Eye-To-Hand) 17。內(nèi)置視覺(jué)裝置16直接設(shè)在手臂單元11上，一般設(shè)在接近手部單元12的位置，隨手臂單元11移動(dòng)，就近擷取手部單元12附近的手部周?chē)鷪D像。而外置視覺(jué)裝置17則設(shè)在機(jī)器手臂10外的工作現(xiàn)場(chǎng)中，一般固定在工作現(xiàn)場(chǎng)，不會(huì)隨機(jī)器手臂移動(dòng)，以擷取機(jī)器手臂10整體工作現(xiàn)場(chǎng)的手臂環(huán)境圖像。
[0030]圖2中，本發(fā)明教導(dǎo)裝置的控制裝置20，利用主機(jī)21接收機(jī)器手臂10中內(nèi)置視覺(jué)裝置16與外置視覺(jué)裝置17擷取的圖像，并列呈現(xiàn)在屏幕22上。屏幕22具有外置畫(huà)面23與內(nèi)置畫(huà)面24的分割畫(huà)面，外置畫(huà)面23呈現(xiàn)外置視覺(jué)裝置17擷取的手臂單元11的手臂環(huán)境圖像，內(nèi)置畫(huà)面24則呈現(xiàn)內(nèi)置視覺(jué)裝置16擷取的手部單元12附近的手部周?chē)鷪D像。讓操作者可以同時(shí)觀看外置畫(huà)面23與內(nèi)置畫(huà)面24。本發(fā)明雖以同一屏幕22的分割畫(huà)面舉例說(shuō)明，但本發(fā)明亦可為以多個(gè)屏幕并列呈現(xiàn)不同視覺(jué)裝置擷取的圖像，達(dá)到讓操作者同時(shí)觀看的目的。
[0031]本發(fā)明教導(dǎo)裝置的控制裝置20還設(shè)置手勢(shì)識(shí)別模塊25，用以檢測(cè)操作者的控制手勢(shì)26，并將控制手勢(shì)26的信號(hào)傳輸至控制裝置20的主機(jī)21，依照教導(dǎo)的對(duì)象，重迭呈現(xiàn)在外置畫(huà)面23中的手臂控制手勢(shì)區(qū)26a或內(nèi)置畫(huà)面24中的手部控制手勢(shì)區(qū)26b，分別與手臂環(huán)境圖像及手部周?chē)鷪D像一起呈現(xiàn)。
[0032]本發(fā)明控制裝置20還將教導(dǎo)機(jī)器手臂10的移動(dòng)模式，分為手臂移動(dòng)模式與手部移動(dòng)模式。手臂移動(dòng)模式配合觀看外置畫(huà)面23呈現(xiàn)的手臂環(huán)境圖像，利用手臂控制手勢(shì)區(qū)26a呈現(xiàn)檢測(cè)到的手臂控制手勢(shì)，以教導(dǎo)手臂單元11高速移動(dòng)，盡快讓手部單元12接近目標(biāo)的工作臺(tái)13。在手部移動(dòng)模式中，配合觀看內(nèi)置畫(huà)面24呈現(xiàn)的手部周?chē)鷪D像，利用手部控制手勢(shì)區(qū)26b呈現(xiàn)檢測(cè)到的手部控制手勢(shì)，以教導(dǎo)手部單元12低速移動(dòng)，精確調(diào)整方位夾取或釋放工件15。通過(guò)手臂移動(dòng)模式與手部移動(dòng)模式不同的控制手勢(shì)，形成兩段控制手勢(shì)教導(dǎo)手臂單元11與手部單元12移動(dòng)。
[0033]圖3中，本發(fā)明操作機(jī)器手臂的控制手勢(shì)26，控制手勢(shì)26為預(yù)先設(shè)定，包含基本控制手勢(shì)、手臂控制手勢(shì)及手部控制手勢(shì)?；究刂剖謩?shì)為各移動(dòng)模式共享，包含喚醒手勢(shì)、轉(zhuǎn)換手勢(shì)及完成手勢(shì)。其中，喚醒手勢(shì)為揮動(dòng)伸展手掌，用以喚醒機(jī)器手臂10，并將喚醒手勢(shì)呈現(xiàn)在外置畫(huà)面23的手臂控制手勢(shì)區(qū)26a中，讓操作者知道