CN107756391B - 机械手臂校正系统的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种机械手臂校正系统的校正方法，该机械手臂校正系统包括有机械手臂、摄影机与校正件，该摄影机具有一视野范围，该校正件具有一校正标记；该校正方法包含：控制机械手臂抓取校正件并移动，带动校正件的校正标记与视野范围中的参考标记重合，并记录机械手臂的坐标为第一坐标；控制机械手臂旋转，带动校正件于一校正平面上旋转一预定角度，控制该机械手臂移动，带动校正件的校正标记与视野范围中的参考标记重合，并记录机械手臂的坐标为第二坐标，依据第一坐标与第二坐标计算出机械手臂于该校正平面上的旋转轴心，据以完成机械手臂的校正。

Description

机械手臂校正系统的校正方法

技术领域

本发明是与校正方法有关；特别是指一种机械手臂校正系统的校正方法。

背景技术

随着科技的进步，利用机械手臂实现自动化生产、组装等流程，已普遍见于现今的生产线当中。其中，由于操控机械手臂所使用的机械坐标是与摄影机所摄取的影像的影像坐标并不相同，因此，若欲应用机械手臂进行自动化生产、组装之前，需先对机械手臂的机械坐标是与摄影机的影像坐标是进行适当转换，即，机械手臂的校正。

其中，请配合图1所示，介绍目前业界常见的校正方式之一，其校正方式在于：于机械手臂1的夹爪中心处标记有一校正点1a，接着，于摄影机的视野范围2移动该机械手臂1，并于该摄影机所摄取的影像中对应该机械手臂1的校正点1a的移动轨迹分别标记出三个标记点3a、3b、3c；于后，再以该等标记点3a-3c计算出该机械手臂1的旋转轴心，以实现对该机械手臂的校正。

然而，当所需校正的机械手臂较为大型时，请参图2所示，受限于摄影机的视野范围4有限，且于校正时，机械手臂5的摆动范围不可超出视野范围4，因此，于进行机械手臂5的校正时，该机械手臂5能摆动的幅度较小，以至于其所取得的标记点6a-6c所算出的机械手臂5的旋转轴心便会较为不准确，亦即，与该机械手臂5实际上的旋转轴心会产生相当的误差。再者，当机械手臂较为大型时，欲以现有机械手臂校正方式进行校正时，由于其机械手臂所需的活动空间较大，对于某些空间较为狭窄的场合中，是不利于此校正方式的进行的。

换言之，已知的机械手臂校正方式仍有许多不便利性以及需要改善的地方。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机械手臂校正系统的校正方法，可准确且快速地对机械手臂进行校正。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种机械手臂校正系统的校正方法，该机械手臂校正系统包括有一机械手臂、一摄影机以及一校正件，其中，该摄影机具有一视野范围，该校正件具有一校正标记；该校正方法包含有以下步骤：A、控制该机械手臂抓取该校正件；B、控制该机械手臂移动，带动该校正件移动至该摄影机的视野范围内，并使得该校正件的校正标记与该视野范围中的一参考标记重合；C、记录步骤B中该机械手臂于其机械手臂坐标系上的坐标为一第一坐标；D、控制该机械手臂旋转，带动该校正件于一校正平面上旋转一预定角度；E、控制该机械手臂移动，带动该校正件移动至该摄影机的视野范围内，并使得该校正件的校正标记与该视野范围中的该参考标记重合；F、记录步骤E中该机械手臂于机械手臂坐标系上的坐标为一第二坐标；G、依据该第一坐标以及该第二坐标，计算出该机械手臂于该校正平面上的旋转轴心。

本发明的效果在于，通过控制机械手臂抓取校正件，对齐校正标记与视野范围中的参考标记，以及控制机械手臂旋转，以带动校正件于一校正平面旋转，并再度带动校正件的校正标记与参考标记重合，便可快速且有效地取得该机械手臂于该校正平面上的旋转轴心。

附图说明

为能更清楚地说明本发明，以下结合一较佳实施例并配合附图详细说明如后，其中：

图1为已知校正机械手臂的示意图。

图2为已知校正机械手臂的示意图。

图3为本发明一较佳实施例的机械手臂校正系统的结构图。

图4至图7为进行本发明上述较佳实施例的校正方法的示意图。

具体实施方式

请参图3所示，为应用有本发明一较佳实施例的机械手臂校正系统100的基本结构图，该机械手臂校正系统100包括有一基座10、一机械手臂20、一摄影机30、一校正平台40、一中控计算机50以及一校正件60(参阅图4所示)。

该机械手臂20为多轴、多关节机械手臂，于本实施例中，是以六轴机械手臂为例，该机械手臂20具有一第一端22以及一第二端24，其第一端22是固定于该基座10上，其第二端24是为一自由端，且具有一夹爪26(参照图4)可供抓取工件。其中，该机械手臂20是与该中控计算机50信号连接及/或电性连接，并受该中控计算机50的控制而可依据一机械手臂坐标系动作。其中，所述的机械手臂坐标系可以是直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型等坐标系，而为便于说明，于本实施例当中，以直角型机械手臂坐标系为例。另外，于其他实际实施上，该机械手臂20并不以六轴机械手臂为限，亦可以是三轴、四轴或是四轴以外的机械手臂。

该摄影机30是可设置于一承载架(图未示)上，并可受控制而调整其摄影角度与摄影范围(或称视野范围)。例如，于本实施例当中，该摄影机30是与该中控计算机50信号连接及/或电性连接，并可受该中控计算机50的控制而可调整其摄影角度，或者称的可被调整其光轴方向，例如，于本实施例当中，所述的摄影机30的光轴是正对于该校正平台40的一平面，并与该平面垂直，且该摄影机30是对于该平面进行摄影而于该平面上界定有一视野范围32(如图4所示)。其中，于本实施例当中，所述校正平台40的平面是平行于世界坐标系统当中的XY平面，而所述的摄影机30的光轴是平行于世界坐标系统当中的Z轴，而垂直于该XY平面，以进行该机械手臂20绕着平行于Z轴的旋转轴旋转的旋转轴心的校正，但于其他实施例当中，并不以此为限。

该校正平台40主要用以提供一低噪声的背景，以供摄影机30进行拍摄，于其他实际实施上，并非以该校正平台40为实施的必要构成要件。

该中控计算机50主要是用以控制该机械手臂20以及该摄影机30的动作，亦即，依据机械手臂坐标系控制机械手臂20于世界坐标系中移动，并可接收该机械手臂20的回馈信号(例如：触碰回馈、压强制反馈信号等)；以及可接收该摄影机30所拍摄的视野范围32内的影像进行处理，例如，依据该视野范围32建立出对应的摄影机影像坐标系。

于后兹说明本发明的机械手臂系统的校正方法的一实施例，请参图4所示，首先，步骤A：通过该中控计算机50控制该机械手臂20的夹爪26抓取该校正件60。其中，该校正件60是具有一校正标记62，以供校准之用，例如于本实施例当中，所述的校正件60兹以概呈平板状的对象为例，且该校正标记62是设置于该校正件60的一平面上，而所述的校正标记62为一圆圈，但于其他实施例当中，并不以此为限。另外，于本实施例当中，该机械手臂20的夹爪26是抓取校正件60的一边缘位置，且相对远离该校正标记62的位置，如此一来，于校正进行时，所述的机械手臂20较不致挡住所述摄影机30的取像路径，以避免摄影机30无法有效拍摄出校正标记62，致使校正标记62的位置无法有效地被辨识的情况发生。

接着，请参图5所示，请参图5所示，步骤B：控制该机械手臂20移动，并带动该校正件60移动至该摄影机30的视野范围32内，并使得该校正件60的校正标记62与该视野范围32中的一参考标记34重合。其中，所述的该参考标记34是指供校正件60的校正标记62进行对位、校准的标记，其是可由用户通过该中控计算机50于摄影机30的影像坐标系上自由选择，换言之，该参考标记34可以是该视野范围32上的特定的点或区块，或是基于其影像坐标系上的特定坐标。

而于本实施例中，所述的参考标记34是位于该摄影机30的视野范围32的摄影中心位置处，亦即，位于接近该摄影机30的光轴通过处，其中，选择在摄影中心标记有该参考标记34的优点在于，该摄影机30所摄取的影像在接近光轴处所产生的像差等误差是最低的，如此一来，便可获得较为精准的校正结果。另外，于一实施例中，为更进一步提升校正的准确性，于步骤B当中，更可进一步控制该机械手臂20旋转，以使得该校正件60具有该校正标记62的平面与该摄影机30的光轴垂直，或使得该校正件60具有该校正标记62的平面与该视野范围32所处的平面平行，以使得摄影机30可较为准确、正确地撷取该校正标记62，并利于校正标记62与参考标记34之间的对齐与重合作业。

接着，于该校正件60的校正标记62与参考标记34重合后，执行步骤C：记录前述步骤B中，该机械手臂20于其机械手臂坐标系上的坐标为一第一坐标。例如，于本实施例当中，是以中控计算机50撷取该机械手臂20的坐标并记录为第一坐标(X₁、Y₁、Z₁、Rx₁、Ry₁、Rz₁)(或称第一坐标值)。

接着，执行步骤D：控制该机械手臂20旋转，带动该校正件60于一校正平面上旋转一预定角度。举例而言，于本实施例当中，所述的校正平面是依据该机械手臂20所需校正的旋转轴心来决定，例如，于本实施例当中，是进行机械手臂的Z轴旋转轴心的校正，因此，所述的校正平面是以世界坐标系统中的XY平面为例。另外，于本实施例当中，较佳的是，所述的预定角度是选用180度，如图6所示，为机械手臂20受控制而旋转，并带动该校正件60于校正平面上旋转180度的示意图，此时，该校正件60的校正标记62是偏离了该参考标记34。

接着，请参图7所示，执行步骤E：控制机械手臂20移动，以带动该校正件60移动至该摄影机30的视野范围32内，并使得该校正件60的校正标记62与视野范围32中的该参考标记34重合。

接着，于该校正件60的校正标记62与参考标记34重合后，执行步骤F：记录前述步骤E中，该机械手臂20于其机械手臂坐标系上的坐标为一第二坐标。例如，于本实施例当中，是以中控计算机50撷取该机械手臂20的坐标并记录为第二坐标(X₂、Y₂、Z₂、Rx₂、Ry₂、Rz₂)(或称第二坐标值)。

最后，执行步骤G：依据该第一坐标以及该第二坐标，计算出该机械手臂20于该校正平面上的旋转轴心。例如，于本实施例当中，由于机械手臂20所进行校正的校正平面是为XY平面，并且该机械手臂20于步骤D中旋转时的旋转轴是平行于Z轴，是以，其机械手臂20于XY平面上旋转的旋转轴心的坐标是与第一坐标(X₁、Y₁、Z₁、Rx₁、Ry₁、Rz₁)以及第二坐标(X₂、Y₂、Z₂、Rx₂、Ry₂、Rz₂)共线，且该旋转轴心的坐标是为第一坐标与第二坐标的中点，亦即，可求得该旋转轴心于XY平面或者沿平行于Z轴的旋转轴旋转的旋转轴心为

由此，通过本发明的机械手臂系统的校正方法，便可快速且有效地找出机械手臂20于特定平面(如本实施例当中的XY平面)上进行旋转的旋转轴心，以完成机械手臂的校正。

值得一提的是，于其他实际实施上，若欲进行机械手臂20在其他平面上旋转的旋转轴心时，例如：进行机械手臂20以平行于X(Y)轴的旋转轴进行旋转的旋转轴心的校正，则可调整摄影机30的光轴平行于世界坐标系统当中的X(Y)轴，调整校正平台40的平面平行于世界坐标系统中的YZ(XZ)平面，并以YZ(XZ)平面作为本发明的校正方法中的校正平面进行校正，同样可快速且准确地获得机械手臂20在YZ(XZ)平面上旋转的旋转轴心坐标。

另外，前述使得校正件于一校正平面上旋转一预定角度的步骤中，所述的预定角度并不以180度为限，于一实施例当中，亦可以30度、60度或90度等其他角度当作该预定角度，据以对机械手臂进行校正。另外，当选择旋转180度以外的预定角度时，便可将第一坐标与第二坐标视为一等腰三角形两底角的端点坐标，而该预定角度则为该等腰三角形的顶角(顶点内角)，由此，在得知等腰三角形两底角的端点坐标以及顶角之后，便可求得该等腰三角形的顶点坐标，而该顶点坐标便是机械手臂在平行于该等腰三角形的平面的旋转轴心坐标了。

再一提的是，现有机械手臂的校正方法，多半是以机械手臂本身的末端点(类似于本实施例中的第二端)作为机械手臂移动、旋转时供摄影机拍摄的校正标记，然而，上述方式在机械手臂旋转时，机械手臂本身容易挡住设置于自身的校正标记，而使得摄影机无法有效辨识与追踪校正标记的所在之处。反观本发明的校正方法，是以机械手臂另外抓取一设有校正标记的校正件，因此，且该校正件在多个方向与视角上都是突出于机械手臂的，而不容易被机械手臂所遮蔽，因此，在进行校正时，较不易导致摄影机无法追踪、辨识校正标记的情况发生，而具有较少校正条件的限制的优点。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，本发明的机械手臂系统的校正方法并不仅局限于仅针对机械手臂在XY、YZ、XZ平面上旋转的旋转轴心的校正，于其他实际实施上，凡是应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种机械手臂校正系统的校正方法，该机械手臂校正系统包括有一机械手臂、一摄影机以及一校正件，其中，该摄影机具有一视野范围，该校正件具有一校正标记；该校正方法包含有以下步骤：

A、控制该机械手臂抓取该校正件；

B、控制该机械手臂移动，带动该校正件移动至该摄影机的视野范围内，并使得该校正件的校正标记与该视野范围中的一参考标记重合；

C、记录步骤B中该校正标记与该参考标记重合时的该机械手臂的末端于其机械手臂坐标系上的坐标为一第一坐标；

D、控制该机械手臂旋转，带动该校正件于一校正平面上旋转一预定角度；

E、控制该机械手臂移动，带动该校正件移动至该摄影机的视野范围内，并使得该校正件的校正标记与该视野范围中的该参考标记重合；

F、记录步骤E中该校正标记与该参考标记重合时的该机械手臂的末端于其机械手臂坐标系上的坐标为一第二坐标；

G、依据该第一坐标以及该第二坐标，计算出该机械手臂于该校正平面上的旋转轴心。

2.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中该参考标记位于该摄影机的视野范围的摄影中心。

3.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中该校正平面与该摄影机的光轴垂直。

4.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中该机械手臂抓取该校正件的边缘位置，且远离该校正标记的所在位置。

5.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中，该校正件具有一平面，该校正标记设置于该平面上；于步骤B当中，还包含控制该机械手臂旋转，使得该校正件的该平面垂直于该摄影机的光轴。

6.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中该预定角度为180度。

7.如权利要求1所述的机械手臂校正系统的校正方法，其中于步骤G中，该机械手臂于该校正平面上的旋转轴心的坐标为该第一坐标与该第二坐标的中点。

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