CN102207368B - 装配接收构件识别结构及使用该结构的装配信息识别装置和装配处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于识别装配接收构件的结构，包括：识别基准平面，其设置在装配基台——其预定区域上布置了用于组装装配构件的装配接收构件——的一部分中，并用作用于识别与所述装配基台的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及识别指示元件，其设置在所述识别基准平面上使得成像工具执行成像操作，并在预定的位置关系具有四个或更多的图案标记，所述图案标记形成为使得每个所述单元图案标记的浓度图案从中心位置至所述标记的周边逐渐变化。

Description

装配接收构件识别结构及使用该结构的装配信息识别装置和装配处理装置

技术领域

本发明涉及一种装配接收构件识别结构，并涉及使用该结构的装配信息识别装置和装配处理装置。

背景技术

将例如JP-A-5-301183和JP-A-2005-138223中说明的装配信息识别装置列为目前的装配信息识别装置。

JP-A-5-301183(解决问题的手段，图1)公开了以下内容：在装配托台上设置两个或更多个定位标记、用摄像机识别相应点、根据各位置关系计算校正量并向机器人反馈计算结果。

JP-A-2005-138223(本发明的实施例，图1)公开了以下内容：提供带有三个标记的焊接夹具、用摄像机识别相应标记的三维位置、根据与该三个点相关的数据计算夹具的坐标并向机器人反馈计算结果。

发明内容

本发明面临的技术问题是提供一种装配接收构件识别结构，其能实现容易和精确地识别与装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息，并提供使用该结构的装配信息识别装置和装配处理装置。

(1)根据本发明的一方面，一种用于识别装配接收构件的结构包括：

识别基准面，其设置

在装配基台——其预定区域上布置了用于组装装配构件的装配接收构件——的一部分中，并用作用于识别与装配基台的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及

识别指示元件，其设置在识别基准平面上使得成像工具执行成像操作，并在预定的位置关系具有四个或更多图案标记，所述图案标记形成为使得每个单元图案标记的浓度图案从中心位置至标记的周边逐渐变化。

(2)在根据(1)的用于识别装配接收构件的结构中，识别指示元件对应于将单元图案标记的浓度图案的变化作为点象显示。

(3)在根据(1)或(2)的用于识别装配接收构件的结构中，识别指示元件具有设置在要识别的物品的单个平面上的四个图案标记，该物品由装配基台或装配接收构件组成。

(4)在根据(1)或(2)的用于识别装配接收构件的结构中，识别指示元件被显示在以可移去的方式安装于要识别的物品的卡片上，该物品由装配基台或装配接收构件组成。

(5)在根据(1)或(2)的用于识别装配接收构件的结构中，识别指示元件具有四个或更多单元图案标记和用于识别不同于与要识别的物品的位置和姿势有关的布置信息的类型信息的类型指示标记，该物品由装配基台或装配接收构件组成。

(6)根据本发明的一方面，一种用于识别装配接收构件的结构包括：

识别基准平面，其设置在装配基台——其预定区域上布置了用于组装装配构件的装配接收构件——的一部分中，并用作用于识别与装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及

识别基准平面，其设置在用于将装配构件置于装配基台的预定区域内的装配接收构件的一部分中，并在预定的位置关系具有四个或更多单元图案标记，所述单元图案标记形成为使得每个单元图案标记的浓度图案从中心位置至标记的周边逐渐变化。

(7)根据本发明的一方面，一种装配信息识别装置包括：

识别指示元件，其设置在装配基台——其预定区域上布置了用于组装装配构件的装配接收构件或该装配接收构件的一部分——的一部分中，并在预定的位置关系具有四个或更多单元图案标记，所述单元图案标记形成为使得每个单元图案标记的浓度图案从标记的中心位置至周边逐渐变化；

成像工具，其设置成与装配基台或装配接收构件相对并捕捉识别指示元件的图像；以及

布置信息识别模块，其至少使用与图像已被成像工具捕捉的识别指示元件有关的成像信息，由此识别与装配基台或装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息。

(8)根据本发明的一方面，一种装配处理装置包括：

根据(7)的装配信息识别装置；

控制模块，其从与通过装配信息识别装置识别的与装配基台或装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息生成控制信号，并控制装配基台的操作以便将装配构件置于装配接收构件上；以及

处理机构，其根据控制模块所生成的控制信号将装配构件置于装配接收构件中。

(9)在根据(8)的装配处理装置中，处理机构还兼作用于支撑成像工具的机构。

根据项(1)，可仅借助于使用成像工具捕捉图像而容易地、精确地识别与装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息。

根据项(2)，可在待识别的物品(识别对象物品)上容易地形成识别指示元件。

根据项(3)，可在共同的平面上形成作为识别指示元件的单元图像标记。

根据项(4)，可为识别对象物品容易地更换识别指示元件。

根据项(5)，即使当识别对象物品包括不同类型的识别对象物 品时，也可固定考虑了类型的识别指示元件。

根据项(6)，可仅借助于使用成像工具捕捉图像而直接地、更精确地识别与装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息。

根据项(7)，可容易地、精确地识别与接收装配的位置和姿势有关的布置信息。

根据项(8)，可识别与识别对象物品的位置和姿势有关的布置信息。可以相应地、精确地实现将装配构件置于装配接收构件中的装配处理操作。

根据项(9)，可通过利用处理机构的运动适当地移动成像工具所采用的成像方向。

附图说明

图1A是示出用于识别应用了本发明的装配接收构件的结构及使用该结构的装配信息识别装置和装配处理装置的示例性实施例的概要的说明图，且图1B是示出用于该示例性实施例中的识别指示元件实例的说明图；

图2是示出第一示例性实施例的装配处理装置的整体结构的说明图；

图3A是示出设有用于第一示例性实施例中的图案标记部的装配托台实例的说明图，且图3B和图3C是示出单元图案标记的结构实例的说明图，该单元图案标记为图案标记部的一个元素；

图4A是示意性地示出用于第一示例性实施例中的图案标记部的单元图案标记的特性的说明图，且图4B是示出用于对比模式中的标记部的结构实例的说明图；

图5是示出原理的说明图，借助于用于第一示例性实施例中的图案标记部基于该原理来确定装配构件的位置和姿势；

图6是示出用于第一示例性实施例中的图案标记部的制造实例的说明图；

图7是示出用于第一示例性实施例中的图案标记部的结构实例 和尺寸实例的说明图；

图8A是示出用作成像工具的摄像机的成像平面相对于图案标记部的中心原点设定在面向测量位置的构造的说明图，图8B是示出用作成像工具的摄像机的成像平面平行于图8A所示的面向测量位置移动的构造的说明图，且图8C是示出用作成像工具的摄像机的成像平面被布置在与图案标记部的指示平面不平行的非面向测量位置的构造的说明图；

图9A是示意性地示出用作成像工具的摄像机的成像平面相对于图案标记部的中心原点被设置在面向测量位置的构造的说明图，且图9B是示出在图9A所示的情形中实现的测量精度的说明图；

图10是示出第一示例性实施例的装配处理装置的装配处理过程的流程图；

图11A是示出对装配托台进行定位的过程的说明图，图11B是该过程的平面说明图，且图11C是示意性地示出当装配托台倾斜时执行的装配处理的说明图；

图12A是示出对比模式的装配处理装置的定位结构实例的说明图，且图12B是示出对比模式的装配处理装置的定位结构实例的说明图，其中(I)它们是定位结构的正面说明图并且(II)它们是定位结构的平面说明图；

图13是示出第一示例性实施例的装配处理装置的改型的模式的说明图；

图14A是示出在第二示例性实施例的装配处理装置中使用的装配托台的图案标记部的说明图，且图14B是示出用于第二示例性实施例中的装配托台的图案标记部的改型的模式的说明图；

图15A和图15B是示出用于第二示例性实施例中的图案标记部的结构实例的说明图；

图16A和图16B是示出第三示例性实施例的图案标记部的固定实例的说明图，其中(I)它们是图案标记部的横截面说明图，且(II)它们是图案标记部的平面说明图；

图17A和图17B是示出第三示例性实施例的图案标记部的另一 固定实例的说明图，其中(I)它们是图案标记部的横截面说明图，且(II)它们是图案标记部的平面说明图；

图18A是示出第三示例性实施例的装配处理装置的主要模块的说明图，且图18B是装配托台的平面说明图；

图19A是示出第三示例性实施例的装配处理装置的改型的模式中的主要模块的说明图，且图19B是装配托台的平面说明图；

图20A是示出第三示例性实施例的装配处理装置的另一改型的模式中的主要模块的说明图，且图20B是装配托台的平面说明图；

以及

图21示出第四示例性实施例的装配处理装置(连接器装置)的主要模块，其中图21A是示出在执行装配操作前的连接器装置的说明图，且图21B是示出在执行装配操作后的连接器装置的说明图。

具体实施方式

·示例性实施例的概要

在本示例性实施例中，如图1A和图1B所示，用于识别装配接收构件的结构的典型构造包括：识别基准平面11，其设置在装配基台1的一部分中，在该装配基台1的预定区域上布置了用于组装装配构件3的装配接收构件2，并且该识别基准平面11用作用于识别与装配基台1的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及识别指示元件12，其设置在识别基准平面11上以使成像工具5可执行成像操作，并且该识别指示元件12具有呈预定的位置关系的四个或更多个单元图案标记13，所述单元图案标记13形成为使得每个单元图案标记的浓度图案Pc从图案标记的中心位置C至图案标记的周边逐渐变化。

该构造对应于将识别基准平面11和识别指示元件12附加在装配基台1上的情况。根据与装配基台1有关的布置信息来间接识别与装配接收构件2有关的布置信息。

关于这样的技术手段，具有四个或更多个单元图案标记的识别 指示元件12是足够的。当设置三个单元图案标记时，结合装配基台的姿势可能存在多个三维位置，这会使得无法确定三维位置。

浓度图案Pc逐渐变化的单元图案标记13是足够的。浓度图案并不限于在标记的中心位置C呈现比在标记的周边更高浓度的图案，并且还包括中心位置C呈现比周边低的浓度的构造。虽然提到以渐变(gradation)的形式来显示单元图案标记13的浓度图案Pc的变化的技术，但显示浓度图案的变化并不限于该技术。也可以用点像形式显示浓度图案的变化。虽然可使用印刷技术直接绘制单元图案标记13，但也可通过利用回射表示标记，比方说用于模具成型的刻印表面图案；例如，角锥棱镜(corner cube)(利用立方体内表面的角部的性质将光线等反射至其原始方向的工具)。

此外，也可使用多个成像工具5。但是，从简化装置的结构的观点来看，优选使用一个成像工具。

如图1A和图1B所示，用于识别装配接收构件的结构的另一典型构造包括：识别基准平面11，其设置在用于将装配构件3置于装配基台1的预定区域内的装配接收构件2的一部分中，并且该识别基准平面11用作用于识别与装配接收构件2的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及识别指示元件12，其设置在识别基准平面11上以使得成像工具5能够执行成像操作，并且该识别指示元件12具有呈预定的位置关系的四个或更多个单元图案标记13，这些单元图案标记13形成为使得各单元图案标记的浓度图案Pc从标记的中心位置C至标记的周边逐渐变化。

该构造对应于将识别基准平面11和识别指示元件12附加在装配接收构件2上的情况。直接识别与装配接收构件2有关的布置信息。

用于识别装配接收构件2的前述结构在技术意义方面具有共性或彼此密切相关。

现在描述识别指示元件12的优选构造。 

首先，识别指示元件12的优选构造为以点像形式显示单元图案标记13的浓度图案Pc的变化。在该构造中，提供点像显示；因此，喷墨或电子照相图像形成设备能够形成识别指示元件12的单元图案标记13。

识别指示元件12的另一构造包括设置在待识别的物品的单个平面上的四个单元图案标记13。例如，能够无需使四个单元图案标记13中的一个所在的平面不同于设置了三个单元图案标记的平面，即可以确定待识别的物品的位置和姿势。

此外，从容易变更识别指示元件12的观点来看，最好形成在以可拆除的方式安装于待识别的物品的卡片上显示的识别指示元件。

另外，当待识别的物品包括不同类型的物品时，最好提供具有四个或更多个单元图案标记13的识别指示元件12和用于识别除了与待识别的物品的位置和姿势有关的布置信息之外的类型信息的类型指示标记14，如图1B所示。

在本示例性实施例中，装配信息识别装置是利用用于识别装配接收构件2的结构而构成的。

如图1A和图1B所示，装配信息识别装置包括：识别指示元件12，其设置在装配基台1的一部分上，该装配基台1的预定区域上布置有用于组装装配构件3的装配接收构件2，或者该识别指示元件12设置在该装配接收构件2的一部分上，并且该识别指示元件12具有呈预定的位置关系的四个或更多个单元图案标记13，该单元图案标记13形成为使得每个单元图案标记的浓度图案Pc从标记的中心位置C至标记的周边逐渐变化；成像工具5，其设置成与装配基台1或装配接收构件2相对并捕捉识别指示元件12的图像；以及布置信息识别模块6，其至少使用与已被成像工具5捕捉图像的识别指示元件12有关的成像信息，由此识别与装配基台1或装配接收构件2的位置和姿势有关的布置信息。

“装配信息”是指组装装配构件3所需的信息(与装配基台1或装配接收构件2的位置和姿势有关的布置信息)。

可任意设定成像工具5的测量位置。但是，为了提高测量精度，优选将成像工具5布置在非面向测量位置，在该非面向测量位置上，成像工具5的成像平面和待识别的物品的表面(该表面上待形成位于成像工具的视野范围内的识别指示元件12)不彼此面向。在此情形中，另一优选构造包括将成像工具5固定地布置在非面向测量位置。可替代地，也可采用这样的构造：成像工具5被支撑为可移动从而能够执行在面向测量位置和非面向测量位置的测量。此外，也可采用这样的构造：成像工具5被支撑为可移动从而能够在多个阶段执行在非面向测量位置的测量。

此外，布置信息识别模块6也可采用任何识别技术，只要该技术为识别与待识别的物品(装配基台1或装配接收构件2)的位置和姿势有关的布置信息的算法。

进一步地，构成了装配处理装置，只要利用了前述装配信息识别装置。

该装配处理装置包括：前述装配信息识别装置；控制模块7，其根据通过装配信息识别装置识别的与装配基台1或装配接收构件2的位置和姿势有关的布置信息生成控制信号并控制装配基台1的操作以将装配构件3置于装配接收构件2上；以及处理机构8，其根据控制模块7所生成的控制信号执行操作以便将装配构件3置于装配接收构件2中。

关于这样的技术手段，可任意设定用于成像工具5的测量位置。但是，为了提高测量精度，优选将成像工具5布置在非面向测量位置，在该非面向测量位置上，成像工具5的成像平面和待识别的物品的表面(该表面上待形成位于成像工具的视野范围内的识别指示元件)不彼此面向。在此情形中，另一优选构造包括将成像工具5固定地布置在非面向测量位置。可替代地，也可采用这样的构造：成像工具5被支撑为可移动从而能够执行面向测量位置和非面向测量位置的两步测量。

此外，布置信息识别模块6也可采用任何识别技术，只要该技 术为识别与待识别的物品(装配基台1或装配接收构件2)的位置和姿势有关的布置信息的算法。

此外，构成了装配处理装置，只要利用了前述装配信息识别装置。

该装配处理装置包括：前述装配信息识别装置；控制模块7，其根据通过装配信息识别装置识别的与识别对象构件(该识别对象构件由装配基台1或装配接收构件2组成)的位置和姿势有关的布置信息生成控制信号并控制装配基台1的操作以便将装配构件3置于装配接收构件2上；以及处理机构8，其根据控制模块7所生成的控制信号执行操作以便将装配构件3置于装配接收构件2中。

这样的技术手段广义地包含装配例如将装配构件3装配在装配接收构件2上的作为“装配处理”的处理。

进一步地，处理机构8指的是操纵装置；例如机械手。

此外，用于支撑成像工具5的优选机构为这样的构造：处理机构8还兼作用于支撑成像工具5的机构。

下面参考附图所示的示例性实施例更详细地描述本发明。

·第一示例性实施例

图2是示出第一示例性实施例的装配处理装置的整体结构的说明图。

<装配处理装置的整体构造>

图中，装配处理装置设置成将装配接收构件70布置在装配托台20(等同于装配基台)上的预定位置并将装配构件100置于装配接收构件70中。

在本示例性实施例中，装配处理装置具有：图案标记部30，其用作设置在装配托台20上的识别指示元件，该识别指示元件用于识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息装配；摄像机40，其捕捉装配托台20的图案标记部30的图像；机器人50，其用于将装配构件100移至相对于装配托台20的装配接收构件70的预定位置； 以及控制器60，其控制摄像机40的成像定时，从摄像机40接收成像信息的输入，并识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息，并且根据由此识别的布置信息并沿着后文描述的图10所示的流程来控制机器人50的运动。

在该示例性实施例中，如图2和图3A所示，装配托台20具有沿着传送运输机25移动的板状托台主体21。装配接收构件70被固定地定位在托台主体21的预先切割区域。

机器人50具有可借助于多轴关节致动的机械臂51。能够执行夹持动作的机械手52被安装于机械臂51的末端。根据输入轨迹信息来指示待由机械手52执行的处理操作，诸如运动捕捉之类。根据来自摄像机40的成像信息对待由机械手52执行的处理操作进行校正。

在本示例性实施例中，使用机械手52夹住装配构件100，并且将装配构件100置于装配托台20上的装配接收构件70中。本示例性实施例的装配接收构件70具有装配接纳凹部71。装配构件100被安装并置于装配接纳凹部71中。

在本示例性实施例中，摄像机40被固定在机械手50的一部分上并借助于机械手52设定在预定的测量位置。

<图案标记部>

在本示例性实施例中，如图3A所示，图案标记部30采用装配托台20的托台主体21的顶面22作为识别基准平面。如图3A所示，图案标记部30具有分别布置在顶面22的四角处的单元图案标记31以及沿托台主体21的顶面22的相邻两侧设置的类型指示标记36。

如图3B和图4A所示，单元图案标记31的一个典型构造被示出为具有浓度图案Pc的渐变部32，该浓度图案Pc在中心位置C呈现最高浓度并逐渐变化从而随着朝标记周边的距离增大而浓度变低。

如图3C和图4A所示，单元图案标记31的另一典型构造被示出为点图案。在该点图案中，点33的最高浓度分布出现在中心位置 C，由此形成高浓度区域34，且点33的分布朝向标记的周边变得逐渐稀疏，由此形成低浓度区域35。在此情形中，可通过改变点33的直径尺寸、点与点之间的间距以及布置位置来给定单元图案标记的浓度分布。

特别地，点图案类型是优选的，这是因为容易通过利用喷墨图像形成设备或电子照相图像形成设备进行印刷而容易地形成点图案的原因。

同时，例如，当待布置在装配托台20上的装配接收构件70具有多种类型(例如，色彩类型、尺寸类型等)时，类型指示标记36用作ID(标识)指示，用于发现与相应类型的装配接收构件70的匹配。在本示例性实施例中，类型指示标记36设置在两个位置，但也可设置在一个位置。可替代地，类型指示标记36也能以拆分方式布置在三个或更多的位置。

-与LED显示板的对比-

与图案标记部30不同，图4B所示的LED指示板180具有设置在基板181上的四个LED 182(182a至182d)。四个LED 182中的三个LED 182(182a至182c)被布置在基板181的单个平面上。剩下的LED 182(182d)被设定在与包括作为顶点的三个LED 182的三角形基准平面183间隔距离“h”的竖直线“v”上。根据三角形基准平面183与竖直线“v”上的LED 182(182d)之间的位置关系来确定三角形基准平面183的位置和姿势。附图标记184指示用于辨认的LED。

甚至可借助于LED指示板180确切地识别装配托台20的位置和姿势。但是，需要使得LED 182可用的电源。因此，本示例性实施例的图案标记部30的更有利之处在于不需要这样的电源。

此外，LED指示板180采用以三维布置方式设置四个LED 182的技术，由此提高了LED指示板180的位置和姿势的识别精度。但是，在图案标记部30中，每个单元图案标记31具有从中心位置C朝向标记的周边逐渐变化的浓度分布。因此，可借助于浓度分布近 似表达式来高精度地计算浓度分布的中心位置C(即，呈现最高浓度的点)。为此，即使当由于单元图案标记31的高精度识别而将四个单元图案标记31布置在单个平面上时，也能识别与四个单元图案标记31的中心位置对应的顶点。结果，即使装配托台20已如图5所示经过旋转角α的旋转从位置A变成位置B，也将精确地识别作为装配托台20的识别基准平面的顶面22的位置和姿势。

在本示例性实施例中，在单个平面上设置的单元图案标记31数目为四个。但是，单元图案标记的数目不限于四个。单元图案标记31也可设置在任意六个点等。具体地，可适当地选择单元图案标记，只要这些标记能识别装配托台的三维位置和姿势即可。主要要求是设置数目为四个或更多的单元图案标记31，并且待布置单元图案标记31的位置并不限于单个平面，还可设置在不同平面上。

-图案标记部的形成实例-

在本示例性实施例中，如例如图6所示，图案标记部30包括安装凹部37，安装凹部37分别设置在四个角出并沿着装配托台20的顶面22的两侧设置安装。均印刷有类型指示标记36的单元图案标记31和标签38被固定于相应的安装凹部37。此时，例如，安装凹部37的深度被选择成等于标签38的厚度。单元图案标记31和类型指示标记36被设定成与用作识别基准平面的顶面22齐平。虽然图案标记部30被设定成与用作识别基准平面的顶面22齐平，但图案标记部30无需总是与顶面22齐平。此外，在本示例性实施例中，标签38借助于安装凹部37固定于装配托台上。标签也可以直接固定于用作识别基准平面的顶面22上，而无需使用安装凹部37。

此外，在本示例性实施例中，希望将图案标记部30的单元图案标记31布置成与装配托台20的顶面22的相应边缘相隔一定距离。

例如，如图7所示，设置为将单元图案标记31的半径取为R且将单元图案标记31的最外部轮廓与顶面22的边缘之间的间距取为S，希望满足S＞2R。这可归因于以高精度检测单元图案标记31的中心位置C的算法。以这样的方式满足关系S＞2R：待叠加在单元 图案标记31的圆形图案上的矩形检测窗口不与装配托台20的顶面22的边缘(通过黑色边缘表示)重叠。当然，可任意设定单元图案标记31的布置，只要为图案标记部30使用不同的检测算法即可。

<摄像机的测量位置>

在本示例性实施例中，摄像机40设置成与图案标记部30相对，从而可以捕捉装配托台20的图案标记部30的图像。

当此时对实现的摄像机40的测量位置进行研究时，可设想图8A至图8C所示的构造。 

首先，图8A所示的构造用于这样的情形：摄像机40的成像平面的中心位置(即视野范围的中心位置)包括装配托台20的图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置C，并且该中心位置C为中心位置直接面向作为识别基准平面的顶面22的面向测量位置。

该构造引发对摄像机40与图案标记部30之间的距离的测量精度劣化的担忧。

如图9A和图9B所示，当摄像机40设置成与图案标记部30相对时，将图案标记部30的单元图案标记31之间的横向尺寸取为由摄像机40捕捉的图像尺寸L。此外，如果将由于图案标记部30在作为装配托台20的识别基准平面的顶面22上仅以θ的量发生微小变化而导致的图像尺寸的变化取为L’，则将满足关系L’＝L×cosθ。

因此，图像尺寸的变化L’变成小于原始图像尺寸L，从而理解到测量精度劣化。

接下来，图8B所示的构造用于这样的情形：摄像机40以摄像机40的视野范围的中心位置从图8(A)所示的位置变成与图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置偏移这样的方式平行于图案标记部30的表面移动，从而变得偏离图8A所示的面向测量位置。

在此情形中，当与在图8A所示的情形中实现的测量精度相比时，进一步提高了摄像机40的测量精度。但是，图案标记部30到 达与摄像机40的视野范围的中心位置偏离的位置，并且存在在摄像机40的镜头扭曲的影响下测量精度将变低的担忧。即使对镜头扭曲进行校正，此时测量精度也趋于变低。因此，优选采取另外的补救措施。

相反，图8C所示的构造是这样的情形：摄像机40的成像平面与图案标记部30的表面(等同于作为识别基准平面的装配基台20的顶面22)不彼此面向，并且摄像机40的视野范围的中心被布置成与图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置对准。具体地，该构造表明，摄像机40的成像平面如图8C所示相对于图案标记部30的识别基准平面倾斜布置，并且提高了摄像机40的测量精度。亦即，基于图9A和图9B所示的情形的假设，可将图8C所示的构造当作其中装配构件以图像尺寸L’倾斜的情形。可以认为图像尺寸的变化由于装配构件已经转动θ装配而变成L。在此情形中，图像尺寸的变化为L＝L’/cosθ。相应地，随着θ的变化变大，cosθ的值的变化变大。图像尺寸的变化被相应地较大。

因此，将图8C所示的构造理解为实现了摄像机40的测量精度的提高。

<装配处理>

现在描述要通过本示例性实施例的装配处理装置执行的装配处理(用于将装配构件置于装配接收构件中的装配处理)。

首先，控制器60按照图10所示的流程执行处理并将控制信号发送至摄像机40和机器人50。

在图中，控制器60首先借助于摄像机40测量装配托台20的图案标记部30。随后，控制器60识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息，并间接地识别与定位在装配托台20上的装配接收构件70的位置和姿势有关的布置信息。

控制器60确定机械手52的移动动作并让机械手52夹住装配构件100以便将装配构件100移至预定区域。

控制器60然后借助于机械手52将装配构件100置于装配托台 20上的装配接收构件70中并使得机械手52在完成装配操作的时间点后退至预定撤退位置(例如，起始位置)。

-装配托台的位置精度-

在这样的装配处理期间，装配托台20需在到达装配处理阶段后停止。如例如图11A和图11B所示，这种停止结构设有：挡块26，其在传送运输机25的预定区域自由突出和缩回；V形挡块槽27，其形成在与挡块26相对的装配托台20的边缘中；并且挡块26与挡块槽27接触。

存在这样一种担忧，即如图11B所示在采用挡块26作为支点时，装配托台20将导致以旋转角θ1旋转位移，或另一种担忧，即装配托台20的姿势将如图11C所示根据传送运输机25的位置精度从水平位置以一定程度倾斜。在装配托台20停止时达到的装配托台20的位置精度将最终以一定程度变低。

但是，即使当装配托台20已导致旋转角θ1的旋转位移或已在传送运输机25上以倾斜角θ2布置时，摄像机40捕捉装配托台20上的图案标记部30的图像，藉此识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息。因此，装配托台20的旋转位移量或倾斜量被反馈至机器人50，藉此装配构件100被精确地置于装配托台20上的装配接收构件70中。

-对比模式的用于定位和停止装配托台的机构-

关于在传送运输机25上传送的装配托台20’在每个过程停止以进行装配操作的情况下以高精度定位装配托台20’的技术，存在可设想的构造。亦即，如图12A所示，一种构造包括：在装配托台20’沿其传送方向的一侧设置挡块26’；沿与装配托台20’的传送方向交叉的方向在装配托台20’中形成一对定位部件28’；并且沿三个方向定位和限制装配托台20’。可替代地，如图12B所示，除包括挡块26’外，一种构造还包括装配托台20’，其已被挡块26’停止，被提升机构29’从传送运输机25提升，并随后被布置。但是， 这些构造引发了机构的构造将变得复杂的担忧。

如上所述，根据使用了本示例性实施例的装配托台20的装配处理，可精确地地识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息而不存在对比实例中出现的装置结构的复杂性。本示例性实施例的装配处理的优选之处在于可通过将与装置托台20有关的布置信息反馈至机器人50而精确地确定将装配构件100置于装配托台20上的装配接收构件70中的位置。

-变型模式-

在示例性实施例中，摄像机40被固定在机械手52上并且可利用机器人50的运动而移至期望测量位置。本发明并不限于该示例性实施例。例如，与图13中的变型例一样，摄像机40和机器人50也可彼此分离，并且摄像机40也可被固定地设置在预定测量位置。

在本变型例中，需要做的就是预先将摄像机40布置在摄像机40能够捕捉装配托台20的图案标记部30的图像的位置。摄像机40捕捉图案标记部30的图像，藉此识别与装配托台20的位置和姿势有关的布置信息。由此可间接地识别与装配托台20上的装配接收构件70的位置和姿势有关的布置信息。

因此，机器人50以与第一示例性实施例中基本上相同的方式将装配构件100置于装配托台20上的装配接收构件70中。

当要求改变摄像机40的测量位置时，不言而喻，也可借助于不同于机器人50的可动支撑机构来支撑摄像机40。

·第二示例性实施例

图14A示出第二示例性实施例的装配处理装置的主要模块。

在图中，装配处理装置在基本构造方面与其结合第一示例性实施例所述的对等部分基本上相同。增设在装配托台20上的图案标记部110不同于第一示例性实施例的图案标记部30。与第一示例性实施例相似的元件被分配相似的附图标记，并且这里为了简洁略去它们的详细描述。

在该示例性实施例中，如图14A、图15A和图15B所示，图案标记部110被印刷在卡片120的正面上。卡片120被固定于形成在装配托台20的顶面22的一部分(例如，角部)上的安装凹部23。

如图15A所示，图案标记部110设有这样的构造：其包括设置在卡片120的正面的四角上并由例如渐变部112组成的单元图案标记111，以及沿着卡片120的正面的两侧排列的类型指示标记116，或这样的构造：其包括设置在卡片120的正面的四角上并由例如点图案113组成的单元图案标记111，以及沿着卡片120的正面的两侧排列的类型指示标记116。

<图案标记部的固定方法>

对图案标记部110的固定方法给出以下构造。

图16A所示的构造包括可弹性变形的挤压突片130，该挤压突片130设置在形成于装配托台20的顶面22中的安装凹部23的周壁上，其中印有图案标记部110的卡片120被收容在安装凹部23中同时挤压突片130弹性变形，由此借助于挤压突片130将卡片120的周边挤压在安装凹部23中。在该示例性实施例中，卡片120可在挤压突片130弹性变形时被移除。

图16B所示的构造包括既在形成在装配托台20的顶面22上的安装凹部23的底部中又在印有图案标记部110的卡片120的四角上形成安装孔131、132。借助于未示出的紧固件将卡片120固定在安装凹部23中。

此外，图17A所示的构造包括在由纸张或树脂制成的标签140上印刷图案标记部110并且将标签140固定于装配托台20的安装凹部23的底部。

图17B所示的构造还包括在装配托台20的顶面22的安装凹部23的底部上直接印刷图案标记部110。

如上所述，在示例性实施例中，图案标记部110设置在装配托台20的一部分中。相应地，借助于摄像机40测量相当于装配托台 20的一部分的图案标记部110，藉此识别与装配托台20的位置和姿势有关的信息。可识别与装配托台20上的装配接收构件70的位置和姿势有关的布置信息。以与第一示例性实施例中相同的方式执行将装配构件100置于装配接收构件70中的处理。

在本示例性实施例中，图案标记部110被设定在装配托台20的顶面22的一角中。可按需改变待设定图案标记部100的位置。例如，图案标记部110也可设置在并非装配托台20的任何角部的位置。可替代地，如图14B所示，也可设置多个图案标记部110，比方说将一对图案标记部110布置在装配托台20的顶面22的对角等。 

特别地，当布置多个图案标记部110时，可识别与对应于相应图案标记部110的区域的位置和姿势有关的布置信息，从而可精确地识别与装配托台20有关的布置信息。

·第三示例性实施例

图18A和图18B是示出第三示例性实施例的装配处理装置的主要模块的说明图。

在图中，装配处理装置的基本结构包括以与第一示例性实施例中基本上相同的方式固定于机械手52上的摄像机40。但是，与第一示例性实施例不同，该构造包括这样的情形：其中摄像机40的成像平面不面向图案标记部30的识别基准平面(等同于装配托台20的顶面22)并且其中摄像机40的视野范围的中心与图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置对准。如图18A所示，该构造对应于这样的情况：摄像机40的成像平面相对于图案标记部30的识别基准平面以倾斜角θ设置，并且就提高摄像机40的测量精度而言是优选的。

在此情形中，即使当摄像机40的安装操作包括将摄像机立即移至相对于面向测量位置P₁以倾斜角θ倾斜的非面向测量位置P₂时或在面向测量位置P₁执行第一阶段的粗略测量并随后将摄像机移至非面向测量位置P₂(在测量位置P₂中执行第二阶段的高精度测量操作)时，也不会出现问题。

此外，即使当可适当地选择倾斜角θ时也不会出现问题。倾斜角的优选范围为从15°至75°。就提高测量精度而言，最好选择性地将倾斜角设为45°左右。

如结合本示例性实施例所述，在摄像机40被安装于机械手52上的构造中，随着倾斜角θ变大，在测量后机械手52移至装配托台20的位置的距离也变大，这又会影响生产节奏。为此，就生产节奏而言，优选的倾斜角θ在可保证测量精度的范围内尽可能小。

本示例性实施例的装配处理装置并不限于上述构造。例如，如图19A和图19B所示，摄像机40和机器人50彼此分离。摄像机40被固定地设置在非面向测量位置，并且也可以高精度对装配托台20上的图案标记部30进行测量。

此外，如图20A和图20B所示，被提供了图案标记部110的卡片120借助于倾斜的支撑台145相对于水平方向以倾斜角θ布置并被布置在装配托台20的顶面22的角部。同时，摄像机40是以摄像机的成像平面与装配托台20的顶面22相对的方式设定的，由此防止摄像机40的成像平面直接面向卡片120上的图案标记部110的表面。

即使在本构造中，摄像机40的成像平面也与图18和图19所示的构造的情形中一样相对于装配托台20的图案标记部110的表面被设定为呈倾斜角θ。因此，当在非面向测量位置测量图案标记部110时，获得对于与图案标记部110有关的布置信息的高精度测量。

·第四示例性实施例

图21A和图21B示出用于组装连接装置的装配处理装置的主要模块。

图21A是示出在组装前实现的连接器装置150的状态的说明图，其中作为连接器装置的元件的插入式连接器151和凹入式连接器152尚未插入。图21B是示出由于插入式连接器已插入凹入式连接器中而完成连接器装置的组装的状态的说明图。

在本示例性实施例中，图案标记部160设置在插入式连接器151的一个侧面上，而图案标记部170设置在凹入式连接器152的一个侧面上，其中两个侧面位于同一侧上。图案标记部160具有设置在侧面的四角的单元图案标记161和沿着同一侧面的两侧设置的类型指示标记166。此外，图案标记部170具有设置在侧面的四角的单元图案标记171和沿着同一侧面的两侧设置的类型指示标记176。

如图21B所示，当插入式连接器151被组装在凹入式连接器152中时，摄像机40测量图案标记160和170。

根据所测量的成像信息，未示出的控制器识别与印刷基板155上的凹入式连接器152的位置和姿势有关的布置信息。当未示出的机器人夹住插入式连接器151时，可识别与插入式连接器151的位置和姿势有关的布置信息。

此外，控制器识别与插入式连接器151的图案标记部160的位置和姿势有关的布置信息和与凹入式连接器152的图案标记部170的位置和姿势有关的布置信息，并计算图案标记部之间的相对位置关系，由此也可检查两个连接器的组装状态。

可通过将不同的类型指示标记(ID)分配给插入式连接器151的图案标记部160和凹入式连接器152的图案标记部170而精确地识别与插入式连接器151有关的布置信息和与凹入式连接器152有关的布置信息。

在该示例性实施例中，插入式连接器151设有图案标记部160，并且凹入式连接器152设有图案标记部170。在例如凹入式连接器152设置在印刷基板155上的预定区域的构造中，图案标记部设置在印刷基板155而非凹入式连接器152上。可借助于印刷基板上的图案标记部和插入并置于凹入式连接器152中的插入式连接器151的图案标记部160来识别插入式连接器与凹入式连接器之间的相对位置关系。

Claims (13)

1.一种用于识别装配接收构件的结构，包括：

识别基准平面，其设置在装配基台的一部分上，在所述装配基台的预定区域上布置有用于组装装配构件的装配接收构件，并且所述识别基准平面用作用于识别与所述装配基台的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及

识别指示元件，其设置在所述识别基准平面上从而使得成像工具执行成像操作，并且所述识别指示元件具有呈预定的位置关系的四个或更多的单元图案标记，所述单元图案标记形成为使得每个所述单元图案标记的浓度图案从中心位置至所述单元图案标记的周边逐渐变化。

2.根据权利要求1所述的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件对应于以点像的形式显示所述单元图案标记的浓度图案的变化。

3.根据权利要求1或2的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件具有设置在待识别的物品的单个平面上的四个单元图案标记，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

4.根据权利要求1或2的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件被显示在以可拆除的方式安装于待识别的物品上的卡片上，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

5.根据权利要求1或2的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件具有四个或更多单元图案标记和类型指示标记，所述类型指示标记用于识别除了与待识别的物品的位置和姿势有关的布置信息以外的类型信息，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

6.一种用于识别装配接收构件的结构，包括：

识别基准平面，其设置在装配基台的一部分上，在所述装配基台的预定区域上布置有用于组装装配构件的装配接收构件，并且所述识别基准平面用作用于识别与所述装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息的基准；以及

识别指示元件，其设置在用于将装配构件置于装配基台的预定区域内的装配接收构件的一部分中，并且所述识别指示元件具有呈预定的位置关系的四个或更多单元图案标记，所述单元图案标记形成为使得每个所述单元图案标记的浓度图案从中心位置至所述单元图案标记的周边逐渐变化。

7.根据权利要求6所述的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件对应于以点像的形式显示所述单元图案标记的浓度图案的变化。

8.根据权利要求6或7的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件具有设置在待识别的物品的单个平面上的四个单元图案标记，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

9.根据权利要求6或7的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件被显示在以可拆除的方式安装于待识别的物品上的卡片上，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

10.根据权利要求6或7的用于识别装配接收构件的结构，其中，所述识别指示元件具有四个或更多单元图案标记和类型指示标记，所述类型指示标记用于识别除了与待识别的物品的位置和姿势有关的布置信息以外的类型信息，所述待识别的物品由所述装配基台或所述装配接收构件组成。

11.一种装配信息识别装置，包括：

识别指示元件，其设置在装配基台的一部分上，在所述装配基台的预定区域上布置有用于组装装配构件的装配接收构件或所述装配接收构件的一部分，并且所述识别指示元件具有呈预定的位置关系四个或更多单元图案标记，所述单元图案标记形成为使得每个所述单元图案标记的浓度图案从中心位置至所述单元图案标记的周边逐渐变化；

成像工具，其设置成与所述装配基台或所述装配接收构件相对并捕捉所述识别指示元件的图像；以及

布置信息识别模块，其至少使用与已被所述成像工具捕捉图像的所述识别指示元件有关的成像信息，由此识别与所述装配基台或所述装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息。

12.一种装配处理装置，包括：

根据权利要求11所述的装配信息识别装置；

控制模块，其根据与由所述装配信息识别装置识别的与所述装配基台或所述装配接收构件的位置和姿势有关的布置信息生成控制信号，并且控制所述装配基台的操作以便将装配构件置于所述装配接收构件上；以及

处理机构，其根据所述控制模块所生成的控制信号执行将所述装配构件置于所述装配接收构件中的操作。

13.根据权利要求12所述的装配处理装置，其中，所述处理机构还兼作用于支撑所述成像工具的机构。