CN107379015B - 机器手臂的校正装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器手臂的校正装置及其控制方法，在平板设深色方格，深色方格内设多个浅色区块，多个浅色区块的一个浅色区块作为辨识校正装置方位基准，另一个浅色区块内标示相对应作业副程序的控制代码，以设定控制机器手臂。

Description

机器手臂的校正装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及机器手臂利用校正装置，校正机器手臂的移动误差，及利用校正装置设定机器手臂执行作业的控制方法。

背景技术

随着生产技术的快速发展，工厂自动化利用摄影机检测及定位物件，引导机器手臂自动抓取物件进行组装制造，提高工厂的生产效率。而增加机器手臂自动生产效率的重要课题，在于简化控制的困难度，以及精确执行生产作业。

现有技术机器手臂利用校正装置校正控制误差，以精确操作机器手臂。而现有技术机器手臂的校正装置，一般为矩形格状棋盘的校正板，由多个黑色格子与白色格子相互间隔构成。利用机器手臂移动设在机器手臂上的摄影机，接近已知位置的校正板，聚焦提取校正板的图像，并根据提取的校正板图像，计算机器手臂与校正板的相对位置关系，以校正机器手臂的坐标。

另有美国专利案US6985175，利用两摄影机提取校正板格状棋盘的扭曲图像状况，进行图像比对以校正摄影机。中国专利案CN102927908，利用激光装置投射条状光线在校正板对角，通过设在机器手臂上的摄影机提取条状光线的图像，再移动激光装置与机器手臂提取条状光线投射校正板另一对角位置的图像，由两对角位置条状光线的交叉，校正机器手臂三维空间的定位。

然而，前述现有技术使用的校正板均有一定的尺寸大小，不易携带与收藏，且对于机器手臂有限的设置空间，尤其在机器手臂与校正板相对距离不够时，机器手臂上的摄影机不能取得校正板完整的图像，难以由提取校正板的部分图像正确判断机器手臂相对的方向及位置，以致无法利用校正装置进行校正，且现有技术的校正装置仅有单一校正用途，也无法用以控制机器手臂。因此，机器手臂在校正装置上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器手臂的校正装置，通过预定边长的平面深色方格，深色方格内设易辨识且固定方位关系的多个浅色区块，构成小单位尺寸校正装置，以利携带使用。

本发明另一目的在于提供一种机器手臂的校正装置，根据机器手臂的设置空间，利用水平拼接小单位的校正装置，组成适当大小的校正装置，以增加使用弹性。

本发明再一目的在于提供一种机器手臂的校正装置的控制方法，利用在校正装置中固定方位的多个浅色区块中，依序标示控制代码，在放置校正装置的点位，控制机器手臂执行控制代码相对应的作业，以降低操作困难度。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的校正装置，在平板设预定边长的深色方格，深色方格内设多个浅色区块，浅色区块间具有固定方位的关系，多个浅色区块包含至少一个浅色区块作为辨识校正装置方位基准，多个浅色区块中另包含至少一个浅色区块内标示相对应作业副程序的控制代码。其中平板为透明平板，校正装置画设在该透明平板的底面，也可多个校正装置水平拼接，形成大尺寸的校正装置。

本发明机器手臂的校正装置的深色方格内设三个浅色区块，三个浅色区块形成二列，第一列含单一浅色区块，第二列含平行设置的二个浅色区块，形成第一列的浅色区块为方位基准，建立浅色区块间的固定方位的关系，并在浅色区块依方位顺序标示相对应作业副程序的控制代码。本发明另一实施例机器手臂的校正装置在作为方位基准的浅色区块内标示方位标志，方位标志具有指示方位的特征。

本发明机器手臂的校正装置的控制方法，预先编程及存储多种作业副程序，并登录作业副程序的控制代码。接着在校正装置的深色方格内的多个浅色区块，依方位顺序标示控制代码。将校正装置放置在机器手臂的作业点位，利用机器手臂提取校正装置的图像，由提取图像辨识校正装置的方位及标示的控制代码。将该作业点位的作业设定为执行相对应控制代码的作业副程序，启动机器手臂后在该作业点位执行设定的作业副程序，进行控制机器手臂。

其中将多个浅色区块形成二列，第一列含单一浅色区块，第二列平行设置的浅色区块，以第一列的浅色区块为方位基准，由预定方向确认第二列浅色区块的顺序，以建立浅色区块间的固定方位的关系。也可在机器手臂预先登录方位标志，并在机器手臂一浅色区块内标示方位标志作为方位基准，以建立浅色区块间的固定方位的关系。然后将校正装置完成设定后，放置在邻近作业点位的检视位置，检视位置具有实际测量的坐标，以定时进行再校正补偿误差。

附图说明

图1为本发明校正装置的示意图；

图2为本发明图像校正机器手臂的示意图；

图3为本发明校正装置设在厚平板的示意图；

图4为本发明校正装置设在透明平板的示意图；

图5为本发明拼接校正装置的示意图；

图6为本发明机器手臂辨识校正装置控制代码的示意图；

图7为本发明机器手臂执行控制代码作业的示意图；

图8为本发明另一实施例校正装置的示意图；

图9为本发明机器手臂的校正装置的控制方法的流程图。

符号说明

1 校正装置

2 平板

3 深色方格

4，4a，4b，4c 浅色区块

5 机器手臂

6 基座

7 端末部

8 工作台

9 摄影机

10 厚平板

11 透明平板

12 底面

13 夹爪

14 工件

15 检视位置

20 另一实施例校正装置

21 深色方格

22a，22b 浅色区块

23 方位标志

24 控制代码

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参阅图1至图2，图1为本发明校正装置的示意图，图2为本发明图像校正机器手臂的示意图。图1中本发明的校正装置1，在平板2上划设预定边长L的平面例如黑色等深色方格3，深色方格3内设多个较小尺寸的浅色区块4，本实施例以三个例如白色等浅色区块4a、4b、4c为例说明，使浅色区块4a、4b、4c与深色方格3形成对比颜色，以利视觉图像辨识。三个浅色区块4a、4b、4c在深色方格3内形成二列，第一列仅含浅色区块4a，第二列含平行设置的浅色区块4b与4c，且使第一列的浅色区块4a邻近第二列浅色区块4b与4c的中间位置。因此在视觉图像辨识第一列单一的浅色区块4a后，就可以第一列的浅色区块4a为方位基准，由例如反时针等预定方向确认第二列浅色区块4b与4c的顺序，让三个浅色区块4a、4b、4c的位置具有固定方位的关系，以构成小单位尺寸的校正装置1。

本发明利用校正装置1校正机器手臂5时，图2中机器手臂5的一端固定在基座6，形成机器手臂5的手臂坐标W基准，另一端为活动的端末部7。再将校正装置1固定在工作台8的校正位置P，实际测量校正装置1在校正位置P的方位坐标。接着控制机器手臂5移动端末部7，停留在接近校正装置1的位置，倾斜调整端末部7上的摄影机9对正校正装置1。由于校正装置1的小单位尺寸，让设在端末部7上的摄影机9较易提取校正装置1的整体图像。

本发明机器手臂5的端末部7与摄影机9具有固定位置关系，可由摄影机9聚焦焦距取得端末部7与校正装置1的距离。并根据图像处理摄影机9提取的图像，辨识摄影机9与三个浅色区块4a、4b、4c的相对方位关系，进一步决定端末部7与校正装置1的相对方位关系。利用已知的校正装置1位置坐标计算端末部7的实际方位坐标，与控制机器手臂5移动端末部7的坐标比对，以校正机器手臂5的坐标误差。此外，本发明校正装置1深色方格3的预定边长L，也可提供图像像素转换成真实尺寸的比例，以计算图像中目标物的尺寸。

如图3、图4及图5所示，图3为本发明校正装置设在厚平板的示意图，图4为本发明校正装置设在透明平板的示意图，图5为本发明拼接校正装置的示意图。本发明的校正装置1具有多种应用的实施例，图3中本发明的校正装置1画设在厚平板10上，厚平板20的厚度H可依需要弹性使用，例如厚度约5mm，不仅利于机器手臂夹取校正装置1，且以其厚度H形成已知的高度，可作为3D或2D摄影机对齐的基准使用。图4中本发明的校正装置1画设在透明平板11的底面12，让校正装置1贴近校正位置，可提高校正精度。图5中将本发明的多个校正装置1进行水平拼接，形成大尺寸的校正装置，回复一般校正板的功能，以配合机器手臂进行多点复杂的校正。

请同时参考图6及图7，图6为本发明机器手臂辨识校正装置控制代码的示意图，图7为本发明机器手臂执行控制代码作业的示意图。本发明的机器手臂5预先编程及存储，例如运送工件、归位、夹取工件、放置工件、焊接、组合工件及更换工具等多种作业副程序。并登录各种作业副程序的控制代码，例如控制代码M02代表运送工件作业副程序。当在校正装置1的浅色区块4，依浅色区块4的方位顺序，以书写、粘贴或印刷等方式标示控制代码M02，并将校正装置1置放在机器手臂5的作业点位。图6中机器手臂5利用摄影机9提取校正装置1的图像，且依浅色区块4的方位顺序，辨识出标示的控制代码M02，自动将该作业点位设定为执行相对应控制代码M02的运送工件作业副程序。并在启动机器手臂5时，执行M02运送工件作业副程序利用机器手臂5的夹爪13，夹取及运送作业点位的工件14。

图7中完成设定校正装置1，可将校正装置1放置在邻近作业点位的检视位置15。检视位置15的校正装置1，不仅可供操作者巡检时，检视校正装置1标示的控制代码，获得机器手臂5在该作业点位的作业状况，且检视位置15具有实际测量的坐标，可让机器手臂5在开机或运作中，定时对校正装置1进行再校正，以随时补偿机器手臂5磨耗所产生的误差，对于再校正无法补偿的误差，也可适时发出警报，静待维修，以免损伤机器手臂或产品。

如图8所示，为本发明另一实施例的校正装置20。校正装置20在深色方格21的多个浅色区块中，包含至少一个浅色区块22a，可在浅色区块22a内标示例如文字、符号、数字或图案等方位标志23，方位标志具有指示方位的特征，作为辨识校正装置20方位基准，且预先登录在机器手臂中。多个浅色区块中另包含至少一个浅色区块22b，可在浅色区块22b内标示控制代码24。标示控制代码24的浅色区块22b与标示方位标志23的浅色区块22具有固定方位关系，例如位于浅色区块22正下方固定距离的位置，一旦辨识确认标示方位标志23的浅色区块22，就可辨识标示控制代码24的浅色区块22b。同理，本实施例也可达到让校正装置20作为校正、巡检及控制机器手臂的多重功效。

如图9所示，为本发明机器手臂的校正装置的控制方法的流程图。本发明机器手臂的校正装置，在控制前预先编程及存储多种作业副程序，并登录作业副程序的控制代码，本发明校正装置的控制方法的详细步骤说明如下:在步骤S1，开始控制机器手臂；步骤S2，在校正装置的深色方格中的浅色区块，依浅色区块的方位顺序，标示控制代码；步骤S3，将校正装置放置在机器手臂的作业点位；步骤S4，机器手臂提取校正装置的图像；步骤S5，由提取的图像辨识校正装置的方位；步骤S6，由提取的图像辨识标示的控制代码；步骤S7，将该作业点位的作业设定为执行相对应控制代码的作业副程序；步骤S8，启动机器手臂后在该作业点位执行设定的作业副程序，进行控制机器手臂。

因此本发明机器手臂的校正装置，就可通过在平板划设预定边长的平面深色方格，深色方格内设易辨识且固定方位关系的多个浅色区块，缩小校正装置构成小单位尺寸，达到易于携带使用的目的。另外本发明机器手臂的校正装置，也可配合机器手臂的设置空间及多点复杂的校正，利用水平拼接小单位的校正装置，组成适当大小的校正装置，回复一般校正板的功能，达到增加使用弹性的目的。而本发明机器手臂的校正装置的控制方法，更能利用在校正装置中固定方位的多个浅色区块中，依序标示控制代码，在放置校正装置的点位，控制机器手臂执行控制代码相对应的作业，达到降低操作困难度的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该多个优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种机器手臂的校正装置，其特征在于，包含：在平板设预定边长的深色方格，深色方格内设多个浅色区块，浅色区块间具有固定方位的关系，多个浅色区块包含至少一个浅色区块作为辨识校正装置方位基准，多个浅色区块中另包含至少一个浅色区块内标示相对应作业副程序的控制代码。

2.如权利要求1所述的机器手臂的校正装置，其中该深色方格内设三个浅色区块，三个浅色区块形成二列，第一列含单一浅色区块，第二列含平行设置的二个浅色区块，形成第一列的浅色区块为方位基准。

3.如权利要求2所述的机器手臂的校正装置，其中该浅色区块依方位顺序标示相对应作业副程序的控制代码。

4.如权利要求1所述的机器手臂的校正装置，其中作为方位基准的该浅色区块内标示方位标志，方位标志具有指示方位的特征。

5.如权利要求1所述的机器手臂的校正装置，其中该平板为透明平板，校正装置画设在该透明平板的底面。

6.如权利要求1所述的机器手臂的校正装置，其中该校正装置进行多个水平拼接，形成大尺寸的校正装置。

7.一种机器手臂的校正装置的控制方法，预先编程及存储多种作业副程序，并登录作业副程序的控制代码，其特征在于，其步骤包含：

在校正装置的深色方格内的多个浅色区块，依方位顺序标示控制代码；

将校正装置放置在机器手臂的作业点位；

机器手臂提取校正装置的图像；

由提取图像辨识校正装置的方位；

由提取图像辨识标示的控制代码；

将该作业点位的作业设定为执行相对应控制代码的作业副程序；

启动机器手臂后在该作业点位执行设定的作业副程序，进行控制机器手臂。

8.如权利要求7所述的机器手臂的校正装置的控制方法，其中该多个浅色区块形成二列，第一列含单一浅色区块，第二列平行设置的浅色区块，以第一列的浅色区块为方位基准，由预定方向确认第二列浅色区块的顺序，以建立浅色区块间的固定方位的关系。

9.如权利要求7所述的机器手臂的校正装置的控制方法，其中该机器手臂预先登录方位标志，并在机器手臂一浅色区块内标示方位标志作为方位基准，以建立浅色区块间的固定方位的关系。

10.如权利要求9所述的机器手臂的校正装置的控制方法，其中该校正装置完成设定后，放置在邻近作业点位的检视位置，检视位置具有实际测量的坐标，以定时进行再校正补偿误差。

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