CN104853886A - 用于基于激光的自动对准的系统和方法 - Google Patents

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CN104853886A CN201380061195.4A CN201380061195A CN104853886A CN 104853886 A CN104853886 A CN 104853886A CN 201380061195 A CN201380061195 A CN 201380061195A CN 104853886 A CN104853886 A CN 104853886A
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Abstract

在基于激光的对准系统中，包括激光发射器和检测器元件的激光传感器工具可由机械臂的夹持器单元夹持并且用来自动地对准所述机械臂与工作表面。通过用在X-Y平面中的所述激光传感器扫描所述工作表面，可识别所述工作表面上的地标。在所述X-Y平面中的所述地标的中心点可被确定以将所述夹持器单元与所述工作表面在所述X-Y平面中对准。通过在Z方向上向下移动所述夹持器直到所述夹持器单元接触所述工作表面，可以在Z轴上校准所述机械臂。

Description

用于基于激光的自动对准的系统和方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求由Stefan Rueckl等人于2012年12月21日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT”(用于自动对准的系统和方法)的美国临时专利申请No.61/745,252和由Stefan Rueckl等人于2013年3月5日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT”(用于自动对准的系统和方法)的美国临时专利申请No.61/772,971的优先权，这些申请中的每一个全文以引用方式引入本文以用于所有目的。本专利申请涉及由Stefan Rueckl于2012年10月5日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT”(用于自动对准的系统和方法)的美国临时专利申请No.61/710,612和由Stefan Rueckl等人于2013年10月4日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FORCAMERA-BASED AUTO-ALIGNMENT”(用于基于相机的自动对准的系统和方法)的美国专利申请No._________(专利申请No.尚未转让)，这些申请中的每一个全文以引用方式引入本文以用于所有目的。
背景技术
当实验室自动化系统(LAS)被安装在客户现场时，服务技术人员对准系统的元件，例如，框架、机械臂的XY台架和工作表面上的抽屉，以使得机械臂能够精确地夹持样品管并将样品管从一个位置转移到另一个位置。通常，手动完成机械臂与工作空间的对准。手动对准是一个缓慢而高成本的过程，特别是在可包括必须每个单独地对准的若干机械臂的复杂的LAS中。另外，手动对准有可能将人为错误引入到每次对准中。自动对准过程允许更少的服务技术人员在更少的时间内安装和对准更多的LAS，并且由于人为错误导致的不正确对准的风险更低。
在一种典型的LAS中，每个机械臂被固定到在工作表面上方的台架，其可包括例如可移动到工作表面上的不同位置或工具的支架中的试管。例如，将试管从分配架移动至离心机适配器。夹持移动必须是精确的，以避免各种问题。例如，如果机械臂不能夹持管，或者如果机械臂成功地夹持选定的管，但由于未对准而损坏了管。常规的手动对准可包括各个步骤，诸如，将夹持器臂通过手或使用外部驱动电机手动地定位到工作表面上的若干不同的位置。另外，需要为工作表面上的支架或抽屉单独地对准机械臂。对于由服务技术人员进行的手动对准来说，该程序可能花费每个机械臂几小时到一天的时间。
本发明的实施例解决了这些和其他问题。
发明内容
根据一个实施例，本文所公开的是自动对准方法和相关联的技术布置以校准和/或对准在实验室自动化系统(LAS)内的包括夹持器单元的机械臂。
在基于激光的对准系统中，包括激光发射器和检测器元件的激光传感器工具可由机械臂的夹持器单元夹持并且用来自动地对准机械臂与工作表面。在工作表面上的地标可通过用激光传感器扫描工作表面来识别。表面上的地标的中心点可被确定以对准夹持器单元与工作表面。通过在Z方向上向下移动夹持器直到夹持器单元接触工作表面，可以在Z轴上校准机械臂。
基于激光的对准系统的一个优点在于，它允许对准以利用夹持器的正常功能(例如，用夹持器指状物夹持工具)的方式来执行。在基于激光的对准期间，夹持器可夹持数字激光传感器以检测工作表面上的地标，例如孔或柱。
附图说明
图1A-图1C示出了根据本发明的一个实施例的夹持器单元和可夹持的激光传感器工具的例子。
图2示出了根据本发明的一个实施例的实验室自动化系统(LAS)的例子。
图3示出了根据本发明的一个实施例的地标检测的例子。
图4示出了根据本发明的一个实施例的使用多个测量值的平均值的地标检测的例子。
图5示出了根据本发明的一个实施例的校准XYZ-机器人的方法。
图6-图8示出了根据本发明的一个实施例的使用激光传感器的X-Y校准结果。
图9示出了根据本发明的一个实施例的Z-校准工具的例子。
图10示出了根据本发明的一个实施例的自动对准系统的框图。
图11示出了根据本发明的一个实施例的计算机设备的框图。
具体实施方式
在以下描述中，为了说明起见，阐述许多具体细节以便提供对本发明的各种实施例的充分理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实践。在其他情况下，以框图形式示出了熟知的结构和装置。
随后的描述仅提供示例性实施例，而不旨在限制本公开的范围、适用性或构型。相反，示例性实施例的随后的描述将为本领域的技术人员提供用于实现示例性实施例的可行描述。应当理解，在不脱离所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围的前提下，可在元件的功能和布置上做出各种改变。
在以下描述中，给出了具体细节以提供对实施例的充分理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。例如，电路、系统、网络、过程和其他部件可以显示为框图形式的部件，以便不以不必要的细节模糊实施例。在其他情况中，熟知的电路、过程、算法、结构和技术可以在没有不必要的细节的情况下示出，以便避免模糊实施例。
本文所公开的是用于使用基于激光的光学测量工具自动对准机械臂与工作表面的系统和方法。根据一个实施例，包括夹持器单元的机械臂可夹持激光传感器。激光传感器可被配置为发射激光和接收反射。在一些实施例中，机械臂可连接到X-Y台架，以允许机械臂在工作表面上方的X-Y平面中移动。本发明的实施例也可用于其他类型的机器人。为了对准机械臂与工作表面，夹持器单元可拾取激光传感器，并且机械臂可在X-Y平面中移动以利用激光传感器扫描工作表面。如本文所用，X-Y平面可指平行于工作表面的平面。工作表面可包括在工作表面上的已知位置处的一个或多个地标。地标可以是对于激光传感器可识别的任何对象或位置。例如，在一些实施例中，钻孔可被用作地标。钻孔对于激光传感器来说可识别为从那里反射不被读取的位置。在一些实施例中，地标可以是在工作表面上已施加非反射性涂层的位置。非反射性涂层可基于激光传感器的频率而选择，从而在由激光传感器发射的频谱中是非反射性的。
根据一个实施例，通过在第一方向上扫描地标以基于由激光传感器接收的反射来确定地标的第一边缘和地标的第二边缘，可识别地标的位置。然后，可基于第一边缘和第二边缘来确定在第一轴线上的地标的第一中心点。然后，可以在正交于第一方向的第二方向上从地标的第一中心点扫描地标，以确定第三边缘和第四边缘。然后，可基于第三边缘和第四边缘来确定在第二轴线上的地标的第二中心点。可以以这种方式继续地标的扫描，直到在彼此的预设距离内识别多个中心点。在一些实施例中，中心点的平均值可被计算并存储为地标中心点。在一些实施例中，通过重复上述过程，可将机械臂与工作表面上的多个地标对准。
如上所述，可使用激光传感器来识别在工作表面上的一个或多个地标的位置，以将机械臂与工作表面在X-Y平面中对准。通过将机械臂在Z方向上从工作表面上方的夹持位置向下移动直到夹持器单元接触工作表面，可以在Z轴上校准机械臂。如本文所用，Z轴可指正交于工作表面的轴线。“硬”接触脱离可以在每个地标位置处用来确定该地标的Z高度。在一些实施例中，在机械臂被降低直到其在地标处与工作表面接触之前，机械臂可在Z方向上被升高至工作表面上方的最大高度。在一些实施例中，在将机械臂在Z方向上对准的同时，可由夹持器单元夹持Z轴工具。在一些实施例中，激光传感器可用来基于从激光传感器接收的反射而测量在工作表面上方的机械臂的高度。测量距离可用来在Z轴上校准机械臂。
图1A-图1C示出了根据本发明的一个实施例的夹持器单元和可夹持的激光传感器工具的例子。如图1A所示，激光传感器100可安装在能够由机械臂的夹持器单元104夹持的外壳102中。根据一个实施例，激光传感器可以是背景抑制激光传感器、点反射激光传感器、或者能安装在可夹持外壳中的任何其他类型的激光传感器。激光传感器外壳102可被配置用于诸如利用凸棱、凹槽或类似结构夹持，该结构能由夹持器指状物106可靠地夹持。在一些实施例中，激光传感器在激光传感器外壳的底侧处凹进，以防止损坏或在传感器上积聚污垢/灰尘。图1B和图1C示出了各自包括凸棱的可选的激光传感器外壳108和110。如图1B和图1C所示，夹持器指状物顶端可以在凸棱上降到最低点，从而为激光传感器提供可靠且可重复的夹持位置。
根据一个实施例，利用可夹持的激光传感器来对准机械臂导致表示机械臂的该实际用途的对准。机械臂可被对准，而不修改夹持器单元，例如，安装到夹持器指状物的任何垫在对准期间不需要被移除。激光传感器工具可以是有线的或无线的。如果是有线的，根据激光传感器的构型，绳索可以在各个位置处在夹持器指状物之间出来。如上所述，每个激光传感器也可以是检测器，其被配置为检测由激光传感器发射的激光的反射。
在一些实施例中，诸如相机的成像装置可用来检测由激光传感器发出的激光是否被反射。当激光入射在工作表面上时，反射是成像装置可见的。当激光入射在地标上时，反射被修改或者是成像装置不可观察的。例如，非反射性地标可以衰减激光的反射，使得激光对于成像装置不可观察或者可由成像装置辨别。类似地，钻孔地标不会反射激光，并且来自工作表面下方的表面的任何反射对于成像装置不可观察或者可由成像装置辨别。在一些实施例中，成像装置可安装到夹持器单元。
图2示出了根据本发明的一个实施例的实验室自动化系统(LAS)的例子。如图2所示，LAS 200可包括带有Z轴204已附接到的X-Y台架202的框架。包括夹持器单元206的机械臂可联接到Z轴204。如上所述，X-Y台架能够操作以在X-Y平面中移动在工作表面208上方的机械臂和夹持器单元，并且Z轴能够操作以将机械臂和夹持器单元一起相对于工作表面208上下移动。根据一个实施例，每个轴线可以使用一个或多个电动机沿着轨道移动。在一些实施例中，电机可以是有刷直流电机或步进电机，其具有以步/毫米计的已知的电机分辨率。诸如微控制器、处理器或其他控制器的一个或多个控制器可用来控制与每个轴线相关联的电机并且在工作表面上方的三维空间中定位机械臂。为了对准机械臂与工作表面，工作表面可包括在已知位置处的一个或多个地标210。利用诸如上文结合图1A-图1C所描述那些的激光传感器，机械臂可与在工作表面上的一个或多个地标210自动地对准，以使得机械臂能够在精确度为重要的情况下执行功能，诸如拾取和再定位在工作表面上的对象。
图3示出了根据本发明的一个实施例的地标检测的例子。如上所述，用于基于激光的自动对准的地标可包括机加工到工作表面中的钻孔或可选的非反射性地标。地标可位于已知位置处。钻孔提供在表面上的可靠的已知位置，其不能被移动并且不会反射激光。可选的非反射性地标可被类似地利用，诸如非反射性点，其吸收由激光传感器发射的光或以其它方式减少其反射，使得离开该点的任何反射都不能被激光传感器和/或成像装置检测到。安装到工作表面的其他工具和装置(例如，支架、离心机、抽屉等)的位置可以是相对于一个或多个地标已知的。因此，一旦地标的位置为已知的，夹持器就对准到工作表面上的其他元件。
在一些实施例中，当激光传感器工具被夹持器单元夹持时，可以执行自动对准方法，在该方法过程中，夹持器单元在夹持激光传感器工具的同时在X-Y平面中移动，并且激光传感器工具用来扫描工作表面。例如，中央控制器可将指令发送至一个或多个轴线控制器，该轴线控制器使机械臂在工作表面上方的编程路径中移动。中央控制器可附加地发送指令至激光传感器控制器，以便在机械臂在编程路径中移动时以一定的时间间隔发射激光脉冲和记录反射。在工作表面上的平坦区域将反射激光脉冲，而当机械臂和激光传感器工具定位在地标上方时，不会接收到可检测的反射。
如图3所示，当机器人经过横跨孔的激光时，激光从工作表面300的反射可在地标302的边缘上被检测到。诸如激光传感器控制器、中央控制器或其他合适的控制器和/或处理器的控制器可记录对应于地标302的边缘的每个过渡部的位置304。例如，在该处没有反射或修改的反射被激光传感器工具接收的点可指示地标的边界。修改的反射可包括衰减的反射，由于来自反射性较差的地标或来自地标下方的工作表面以下的对象的反射，衰减的反射不像离开工作表面的反射那样强烈。该位置可对应于电机的步数或编码器计数。根据一个实施例，可通过将两个读数平均化来计算横跨孔的线的中心。为了考虑到诸如皮带的机械臂驱动系统的任何滞后，可以在相对的方向上重复该过程。该过程可确定在第一轴线上的地标的中心点的坐标。坐标可对应于在第一轴线上的编码器计数或步数。如图3所示，横跨地标的线306不在地标上居中。该第一线的中点可用于作为确定地标的中心的起点。
例如，在图3所示实施例中，使用了圆形地标。机械臂可以在交替的正交方向上横跨地标移动(例如，沿着平行于X轴的第一路径，然后沿着平行于Y轴的第二路径，然后沿着平行于X轴的第三路径移动，依此类推)，以迭代地确定该地标的中心点。机械臂横跨地标的每次中转都可识别对应于横跨地标的线的端点的地标的边界点。机械臂横跨该地标的第一次中转可以在平行于X或Y轴的方向上。利用第一中转线的端点，可以确定并存储该线的中点。机械臂可接着被定位在第一中转线的中点上方，并且机械臂横跨地标的第二次中转可以在基本上正交于第一次中转的方向上进行。例如，如果平行于X轴的线306被认为代表第一中转线，那么第二中转线将是平行于Y轴的线，该线与线306在中心点处相交。通过将机械臂定位在第一中转线的中点上方来执行第二次中转，第二中转线的端点将与第一中转线的中点共线。第二中转线的端点可被识别，并且第二中转线的中点被确定和存储。在第一中转线上的中点的位置可与在第二中转线上的中点的位置相比较。如果这两个位置在预定距离内，则可以计算和存储这两个位置的平均值。平均位置对应于地标的中心点。如果这两个位置不在预定距离内，那么通过在交替的正交方向上从在第二中转线上的中点重复上述过程，可以从在第二中转线上的中点迭代地继续自动对准过程。
在一些实施例中，可以利用在不同的旋转位置中由夹持器夹持的激光传感器工具来重复沿着每个轴线的地标的测量，以减小随机测量误差和制造公差。这在下文中结合图4进一步讨论。
图4示出了根据一个实施例的使用多个测量值的平均值的地标检测的例子。由于夹持器的指状物中的变化，在每个指状物垫的磨损或夹持机构的磨损中的此类差异，激光传感器工具可能在夹持时不与夹持器轴线完全对准。这可导致测量的中心位置中的偏移，取决于激光工具在其被拾取时如何定位。根据一个实施例，为了考虑这些变化，一旦地标的中心400已被确定，激光传感器就可旋转90度，并且重复该过程。例如，夹持器单元可将激光传感器置于工作表面上，旋转90度，并且拾取激光传感器。另选地，夹持器单元可从工作表面拾取激光传感器，使夹持器单元旋转小于90度，将激光传感器放回工作表面上，并且重复，直到激光传感器已旋转90度。然后，可以确定90度的中心点402。这可以通过以下方式再次重复：使激光传感器相对于初始位置旋转180度并且确定180度的中心点404，并且再次在相对于初始位置的270度处，并且确定270度的中心点406。地标的所得到的四个测量中心点400、402、404和406可接着被平均化，并且可以将该平均位置408存储为地标的中心。
图5-图7示出了根据本发明的一个实施例的使用激光传感器的X-Y校准结果。如图5所示，上述基于激光的对准方法可用来将直径3/8英寸(9.525mm)的钻孔地标502的中心识别到预设半径内。在图5中，预设半径设定为0.05mm，然而，可以基于由特定的LAS安装要求的所需的对准精确度而使用可选的预设半径。测量值的平均值由十字表示。在虚线圆500内部的区域在图6中更详细地示出。
图6示出了虚线圆500内部的区域的更详细的视图。虚线圆500具有以地标的平均中心点为中心的0.5mm的半径。点虚线圆600对应于离地标的测量中心点的平均值最远的测量中心点。在图5-图7的实施例中，点虚线圆600具有0.0493mm的半径。由于该半径小于0.05mm的预设半径，机械臂被对准。
图7示出了根据上述对准方法的多个测量中心点。图7中的网格是一个编码器计数乘以一个编码器计数。也就是说，每个网格表示在X和Y方向上驱动机械臂的电机的一个步进。数据点的平均值同样由十字700表示。
图8示出了根据本发明的一个实施例的Z-校准工具的例子。如图8所示，Z-校准工具800可设计成匹配激光传感器工具的尺寸。这使得机械臂能够在Z方向上被校准，而没有损坏激光传感器工具的风险。Z-校准工具可包括从工具的底部延伸的倒圆的顶端802。在Z-校准期间，机械臂可被降低，直到达到阻力(例如，直到Z-校准工具的倒圆的顶端与工作表面接触为止)。倒圆的顶端提供了止挡件，其可影响工作表面，而没有损坏工作表面或夹持器单元的风险。另选地，激光传感器工具804可被修改以包括倒圆的顶端806。由于激光传感器工具804延伸经过夹持器指状物的端部，倒圆的顶端降低损坏激光传感器的风险。另外，激光传感器804使得夹持器能够在全部三个维度上被校准，而不需要多个工具。压力传感器可被并入机械臂中，其被配置为当达到预设的阻力水平时停止臂。
根据一个实施例，激光传感器工具可包括模拟激光传感器。利用模拟激光传感器，可以在X、Y和Z轴上进行校准，而不需要“硬接触”。在X-Y平面中的校准可以如上所述进行，并且在Z轴上的校准可以使用模拟激光传感器利用反射感测来进行。在该实施例中，在Z轴上的校准可利用定位在与在X-Y平面中校准期间相同的高度处的激光传感器工具进行。例如，夹持器单元可定位在工作表面的反射部分上方，例如邻近地标的位置。利用模拟激光传感器工具，可确定夹持器单元的高度。例如，模拟激光传感器工具可测量接收反射所花费的时间，并且基于该时间计算单位为厘米、英寸或基于LAS安装的其他合适单位的高度。基于操作Z轴的电机的已知分辨率，可将高度转化为编码器计数或步数。另选地，在计算夹持器单元的高度之后，夹持器单元在Z轴上的位置可被记录为编码器计数或步数。夹持器单元可接着被降低，直到其接触工作表面，并且再次记录在Z轴上的位置。然后，可以根据两个记录位置的差值而将高度转化为编码器计数或步数。
在一些实施例中，锥形工具可用来确定在工作表面上的钻孔的中心的Z-值。在夹持锥形工具的同时，机械臂可被手动地定位，使得锥在孔的内部。一旦定位，就可以执行校准程序，在此期间，机械臂将锥形工具从钻孔提升并且移动至孔周围的多个等间距地偏移的点。在每个点处，机械臂可被缓慢地降低，直到工具接触工作表面。可以为每个点记录z编码器计数。为每个点记录的计数的平均值可用作孔的中心的Z-值。
图9示出了根据本发明的一个实施例的校准XYZ-机器人的方法。在900处，激光传感器工具被夹持器单元夹持。在一些实施例中，夹持器单元可被指示由技术人员手动地夹持激光传感器工具。在一些实施例中，夹持器单元可以在工作表面上的已知位置处自动地夹持激光传感器工具。如上所述，激光传感器工具可被配置为发射激光脉冲并接收反射。在902处，通过使夹持器单元在X-Y平面中移动并且利用激光传感器工具扫描工作表面，可以识别在工作表面上的地标。在904处，确定在X-Y平面中的地标的中心点。在906处，通过在Z方向上向下移动夹持器单元直到夹持器单元接触工作表面，可以在Z轴上校准夹持器单元。在一些实施例中，当被夹持的激光传感器工具接触工作表面时，夹持器单元接触工作表面。在一些实施例中，在于Z轴上校准夹持器单元之前，夹持器单元可放下激光传感器工具，并且拾取可夹持的Z-校准工具。当Z-校准工具接触工作表面时，夹持器单元接触工作表面。
在一些实施例中，确定地标在X-Y平面中的中心点可包括在第一方向上扫描地标以基于由激光传感器接收的反射来确定地标的第一边缘和地标的第二边缘。在第一轴线上的地标的第一中心点可基于第一边缘和第二边缘来确定。例如，第一边缘和第二边缘可以是以步数或编码器计数测量的在第一轴线上的坐标。在第一轴线上的中心点可通过将第一边缘和第二边缘的步数或编码器计数平均化来确定。然后，可以在正交于第一方向的第二方向上从地标的第一中心点扫描地标，以确定第三边缘和第四边缘。然后，可基于第三边缘和第四边缘来确定在第二轴线上的地标的第二中心点。可以以这种方式重复扫描地标，直到多个中心点在彼此的预设距离内。
图10示出了根据本发明的一个实施例的自动对准系统的框图。自动对准系统可包括多个轴线电机1000，其包括轴线电机1000a、1000b和1000c。轴线电机1000可用来将机械臂和夹持器单元定位在工作表面上方的三维空间内。激光传感器工具1002可由夹持器单元夹持并用来自动地对准机械臂与工作表面。一个或多个电机控制器1004和激光控制器1006可以在自动对准过程期间中继来自中央控制器1008的指令。在一些实施例中，电机控制器1004可记录来自每个轴线电机的位置信息，例如编码器计数或步数，并且激光控制器1006可监测由激光传感器工具接收的反射。中央控制器1008接收来自处理器1010的对准指令并且返回从电机控制器和激光控制器接收的对准结果，诸如位置信息和反射信息。处理器1010可利用从中央控制器返回的信息来确定中心点位置并确定对准过程是否完成。处理器1010可联接到存储器1012，存储器1012可包括自动对准模块1012a，自动对准模块1012a可包括可由处理器1010执行以进行自动对准的计算机代码，包括对轴线电机将机械臂沿着编程路径在X-Y轴上移动的指令和对激光传感器工具在机械臂沿着编程路径移动时扫描工作表面的指令。存储器还可包括用于确定的地标位置1012b和对准数据1012c的存储装置，该数据包括用于工作表面上的元件(抽屉、工具等)相对于地标位置的定位数据。
处理器1010可包括用于处理数据的任何合适的数据处理器。例如，处理器可包括一个或多个微处理器，其单独地或一起工作以使系统的各种部件操作。
存储器1012可包括在任何合适的组合中的任何合适类型的存储器装置。存储器1012可包括一个或多个易失性或非易失性存储器装置，其利用任何合适的电气、磁性、和/或光学数据存储技术来操作。
本文参照附图所述的各种参与者和元件可以操作一个或多个计算机设备以有利于本文所述功能。以上描述中的任何元件，包括任何服务器、处理器或数据库，可以使用任何合适数量的子系统来有利于本文所述功能，诸如，用于操作和/或控制实验室自动化系统的功能单元和模块、轴线控制器、传感器控制器等的功能。
这样的子系统或部件的例子在图11中示出。图11所示的子系统经由系统总线4445互连。示出了附加的子系统，诸如，打印机4444、键盘4448、固定磁盘4449(或包括计算机可读介质的其他存储器)、联接到显示适配器4482的监视器4446和其他子系统。联接到I/O控制器4441(其可以是处理器或其他合适的控制器)的外围装置和输入/输出(I/O)装置可由本领域已知的任何数量的装置(例如，串行端口4484)连接到计算机系统。例如，串行端口4484或外部接口4481可用来将计算机设备连接至诸如互联网的广域网、鼠标输入装置、或扫描仪。经由系统总线实现的互连允许中央处理器4443与每个子系统通信并且控制来自系统存储器4442或固定磁盘4449的指令的执行，以及子系统之间的信息交换。系统存储器4442和/或固定磁盘4449可以体现为计算机可读介质。
本技术的实施例不限于上述实施例。上文提供了关于上述方面中的一些的具体细节。在不脱离本技术的实施例的精神和范围的情况下，可以将具体方面的具体细节以任何合适的方式组合。例如，在本技术的一些实施例中，后端处理、数据分析、数据收集和其他过程均可被组合。然而，本技术的其他实施例可涉及与每个单独的方面有关的具体实施例或者这些单独的方面的具体组合。
应当理解，如上所述的本技术可使用(存储在有形的物理介质中的)计算机软件以模块化或集成方式以控制逻辑形式实现。此外，本技术可以以任何图像处理的形式和/或组合来实现。根据本文所提供的公开和教导，本领域的普通技术人员将知道并理解使用硬件和硬件与软件的组合实现本技术的其他方式和/或方法。
本申请中所述的软件部件或功能中的任一者可以软件代码的形式实现，所述代码将由处理器使用任何合适的计算机语言(比如Java、C++或Perl)并使用例如常规的或面向对象的技术执行。所述软件代码可以作为一系列指令或命令存储在计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁介质比如硬盘驱动器或软盘、或光学介质诸如CD-ROM上。任何此类计算机可读介质可驻留在单个计算装置之上或之内，并且可存在于系统或网络内的不同计算装置之上或之内。
上述具体实施方式是示例性而非限制性的。在查看本公开时，本技术的多种变型对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，本技术的范围不应当根据上述具体实施方式确定，而是应当根据待审权利要求连同它们的完整范围或等同形式来确定。
在不脱离本技术范围的前提下，来自任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相结合。
除非有明确相反的指示，否则“一个”、“一种”或“所述”的表述旨在意指“一个(种)或多个(种)”。
上文提及的所有专利、专利申请、出版物和说明书以引用方式全文并入于此用于所有目的。未承认它们中的任一者为现有技术。

Claims (22)

1.一种用于自动对准的方法，包括：
由机械臂的夹持器单元夹持激光传感器工具，其中，所述激光传感器被配置为发射激光脉冲并接收所述激光脉冲的反射；
通过用在X-Y平面中的所述激光传感器扫描工作表面来识别在所述工作表面上的地标；以及
确定在所述X-Y平面中的所述地标的中心点，以将所述夹持器单元与所述工作表面在所述X-Y平面中对准。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过使所述夹持器在Z方向上向下移动直到所述夹持器单元接触所述工作表面而在Z轴上校准所述夹持器单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定在所述X-Y平面中的所述地标的中心点以将所述夹持器单元与所述工作表面在所述X-Y平面中对准还包括：
在第一方向上扫描所述地标以基于由所述激光传感器接收的反射来确定所述地标的第一边缘和所述地标的第二边缘；
基于所述第一边缘和所述第二边缘来确定在第一轴线上的所述地标的第一中心点；
在基本上正交于所述第一方向的第二方向上从所述地标的第一中心点扫描所述地标，以确定第三边缘和第四边缘；
基于所述第三边缘和第四边缘来确定在第二轴线上的所述地标的第二中心点；以及
重复扫描所述地标，直到多个中心点在彼此的预设距离内。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述地标的中心点被确定之后，使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转90度并且确定所述地标的第二中心点；
使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转180度并且确定所述地标的第三中心点；
使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转270度并且确定所述地标的第四中心点；以及
通过平均化所述中心点来确定所述地标的平均中心点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过用在X-Y平面中的所述激光传感器扫描所述工作表面来识别在所述工作表面上的地标还包括：
使所述夹持器单元在所述X-Y平面中的编程路径中移动；
从所述激光传感器工具发射脉冲；以及
记录来自所述工作表面的反射，其中，当修改的反射被记录时，所述地标被识别。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述地标是在所述工作表面中的钻孔。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述地标是涂覆有非反射性涂层的所述工作表面的区域。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
存储所述地标的中心点；以及
比较所述地标的中心点与对准数据以识别在所述工作表面上的一个或多个元件的位置。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述工作表面上的所述一个或多个元件可包括抽屉、支架或工具。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使所述夹持器在Z方向上向下移动直到所述夹持器单元接触所述工作表面而在Z轴上校准所述夹持器单元还包括：
由所述夹持器单元释放所述激光传感器工具；
由所述夹持器单元夹持Z-校准工具；
将所述夹持器单元定位在所述工作表面上方的第一高度处，并且记录第一Z位置；
在所述Z方向上降低所述夹持器单元直到所述Z-校准工具接触所述工作表面并且记录第二Z位置；以及
存储所述第一和第二Z位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光传感器工具包括可夹持的外壳，所述可夹持的外壳包括凹槽或凸棱。
12.一种组件，包括：
机械臂，所述机械臂包括被配置为夹持激光传感器工具的夹持器单元，其中，所述机械臂被配置为在工作表面上方的三个维度上移动；
自动对准系统，所述自动对准系统包括联接到所述机械臂和激光传感器的一个或多个控制器，其中，所述自动对准系统被配置为指示所述机械臂夹持所述激光传感器工具，其中，所述激光传感器被配置为发射激光脉冲并接收反射，并且使所述机械臂在X-Y平面中在所述工作表面上方移动；以及
其中，所述自动对准系统还被配置为指示所述激光传感器工具扫描所述工作表面以识别地标，并且确定在所述X-Y平面中的所述地标的中心点以将所述机械臂与所述工作表面在所述X-Y平面中对准。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，为了确定在所述X-Y平面中的所述地标的中心点，所述自动对准系统被配置为指示所述机械臂和激光传感器工具：
在第一方向上扫描所述地标以基于由所述激光传感器接收的反射来确定所述地标的第一边缘和所述地标的第二边缘；
基于所述第一边缘和所述第二边缘来确定在第一轴线上的所述地标的第一中心点；
在正交于所述第一方向的第二方向上从所述地标的第一中心点扫描所述地标，以确定第三边缘和第四边缘；
基于所述第三边缘和第四边缘来确定在第二轴线上的所述地标的第二中心点；以及
重复扫描所述地标，直到多个中心点在彼此的预设距离内。
14.根据权利要求12所述的组件，其中，所述自动对准系统还被配置为指示所述机械臂和激光传感器：
在所述地标的中心点被确定之后，使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转90度并且确定所述地标的第二中心点；
使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转180度并且确定所述地标的第三中心点；
使所述激光传感器工具相对于所述激光传感器在所述夹持器单元中的初始位置旋转270度并且确定所述地标的第四中心点；以及
通过平均化所述中心点来确定所述地标的平均中心点。
15.根据权利要求12所述的组件，其中，为了通过用在X-Y平面中的所述激光传感器扫描所述工作表面来识别在所述工作表面上的地标，所述自动对准系统还被配置为：
使所述夹持器单元在所述X-Y平面中的编程路径中移动；
从所述激光传感器工具发射脉冲；以及
记录来自所述工作表面的反射，其中，当修改的反射被记录时，所述地标被识别。
16.根据权利要求14所述的组件，其中，所述地标是在所述工作表面中的钻孔。
17.根据权利要求14所述的组件，其中，所述地标是涂覆有非反射性涂层的所述工作表面的区域。
18.根据权利要求12所述的组件，其中，所述自动对准系统还被配置为：
存储所述地标的中心点；以及
比较所述地标的中心点与对准数据以识别在所述工作表面上的一个或多个元件的位置。
19.根据权利要求17所述的组件，其中，在所述工作表面上的所述一个或多个元件可包括抽屉、支架或工具。
20.根据权利要求12所述的组件，其中，所述自动对准系统还被配置为通过使所述夹持器在Z方向上向下移动直到所述夹持器单元接触所述工作表面来在Z轴上校准所述机械臂，并且当所述夹持器单元接触所述工作表面时存储所述机械臂在所述Z轴上的位置。
21.根据权利要求12所述的组件，其中，所述激光传感器工具包括可夹持的外壳，所述可夹持的外壳包括凹槽或凸棱。
22.一种识别地标的中心点的方法，包括：
识别在第一方向上的地标的第一组边界点；
基于所述第一组边界点确定在所述第一方向上的所述地标的第一中点；
识别在基本上正交于所述第一方向的第二方向上的所述地标的第二组边界点，其中，所述第二组边界点和所述第一中点是共线的；
基于所述第二组边界点确定在所述第二方向上的所述地标的第二中点；以及
比较所述第一中点的位置与所述第二中点的位置；以及
如果所述第一中点的位置在所述第二中点的预定距离内，则计算平均位置并存储所述平均位置，其中，所述平均位置对应于所述地标的中心点；
如果所述第一中点的位置不在所述第二中点的预定距离内，则迭代地确定在交替的正交方向上的中点，直到至少两个中点的位置在彼此的所述预定距离内。
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