CN109866220B - 机械手臂的校正装置及其校正方法 - Google Patents

机械手臂的校正装置及其校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109866220B
CN109866220B CN201711498774.1A CN201711498774A CN109866220B CN 109866220 B CN109866220 B CN 109866220B CN 201711498774 A CN201711498774 A CN 201711498774A CN 109866220 B CN109866220 B CN 109866220B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
corrected
light beam
calibrated
motion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711498774.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109866220A (zh
Inventor
杜彦颐
赵正权
黄甦
游鸿修
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of CN109866220A publication Critical patent/CN109866220A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109866220B publication Critical patent/CN109866220B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B25J9/0087—Dual arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39045—Camera on end effector detects reference pattern
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/02—Arm motion controller
    • Y10S901/09—Closed loop, sensor feedback controls arm movement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/46—Sensing device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本公开提供了一种机械手臂的校正装置，包括一光发射器、一光感测模块、一协同运动控制器以及一运算模块。光发射器位于一机械手臂上，用于发射一光束。光感测模块位于另一机械手臂上，用于接收光束并转换成多个影像数据。协同运动控制器用于驱动两个机械手臂上的光发射器与光感测模块分别至一已校正位置以及一待校正位置。运算模块用于接收该多个影像数据以及两个机械手臂的运动参数，以计算已校正位置与待校正位置之间的误差值，并分析该多个影像数据以输出一校正运动参数，其中，协同运动控制器根据校正运动参数修正至少一机械手臂的运动指令。

Description

机械手臂的校正装置及其校正方法
技术领域
本发明是有关于一种机械手臂，且特别是有关于一种机械手臂的校正装置及其校正方法。
背景技术
一般而言，机械手臂在出厂前的制造过程中会经过层层的把关与调校，以达到高水平的绝对精度，但在机械手臂出厂后经过长时间使用，机械性偏移导致精度难以保持，或是因为维修机械手臂(例如置换马达或齿轮组)造成精度偏差。因此，如何确保机械手臂的精度在要求范围中，并可直接在产在线(in-line)校正机械手臂的精度，实为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明公开了一种机械手臂的校正装置及其校正方法，利用已校正机械手臂来校正待校正机械手臂的精度，以解决精度偏差的问题。
根据本发明的一方面，提出一种机械手臂的校正装置，包括一光发射器、一光感测模块、一协同运动控制器以及一运算模块。光发射器位于至少一机械手臂上，用于发射一光束。光感测模块位于至少另一机械手臂上，用于接收光束并转换成多个影像数据。协同运动控制器用于驱动至少两个机械手臂上的光发射器与光感测模块分别至一已校正位置以及一待校正位置。运算模块用于接收此多个影像数据以及至少两个机械手臂的运动参数，以计算已校正位置与待校正位置之间的误差值，并分析此多个影像数据以输出一校正运动参数，其中协同运动控制器根据校正运动参数修正其中至少一机械手臂的运动指令。
根据本发明的一方面，提出一种机械手臂的校正方法，包括下列步骤。分别设置一光发射器与一光感测模块于至少两个机械手臂上。分别驱动至少两个机械手臂上的光发射器与光感测模块至一已校正位置以及一待校正位置。光发射器发射一光束，使光束投射至光感测模块。光感测模块接收光束并转换成多个影像数据。根据此多个影像及至少两个机械手臂的运动参数，计算已校正位置与待校正位置的间的误差值，并分析此多个影像数据以输出一校正运动参数。根据校正运动参数修正其中至少一机械手臂的运动指令。
附图说明
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下：
图1A及图1B绘示依照本发明一实施例的机械手臂的校正装置的示意图。
图2绘示依照本发明一实施例的机械手臂的校正方法的流程示意图。
图3A至图3C分别绘示依照本发明一实施例的两个机械手臂相对移动的示意图。
图4A及图4B分别绘示依照本发明一实施例的以已校正的机械手臂对两个待校正的机械手臂进行校正的示意图。
图5A至图5C分别绘示第4B图中的第一光束与第二光束投射在任两个光感测单元上的示意图。
图6A绘示光束经由一分光器分为两光束的示意图。
图6B绘示光束经由三个分光器分为四个子光束的示意图。
100：机械手臂的校正装置
101：机械手臂的校正方法
102：已校正机械手臂
104：待校正机械手臂
105、106：待校正机械手臂
110：光发射器
112：第一光发射器
113：分光器(第一分光器)
114：第二光发射器
115：第二分光器
116：第三分光器
117：多层非金属镀膜
120：光感测模块
121：光感测单元
122：第一光感测模块
123：附加电路板
124：第二光感测模块
125：影像捕获设备
126：图腾标记
130：协同运动控制器
140：运算模块
L：光束
L1：第一光束
L2：第二光束
L11：第一子光束
L12：第二子光束
L21：第三子光束
L22：第四子光束
C1、C2：运动指令
E1、E2：端部
M：影像数据
R：校正运动参数
具体实施方式
以下对提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护之范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的组件做说明。
图1A绘示依照本发明一实施例的机械手臂的校正装置100的方块示意图，图1B绘示依照图1A的机械手臂的校正装置100的组件配置示意图。图2绘示依照本发明一实施例的机械手臂的校正方法101的流程示意图。图3A至图3C分别绘示依照本发明一实施例的两个机械手臂移动至预定运动姿态的示意图。
请参照图1A及图1B，依照本发明一实施例的机械手臂的校正装置100包括一光发射器110、一光感测模块120、一协同运动控制器130以及一运算模块140。光发射器110位于一机械手臂上(例如已校正机械手臂102)，用于发射一光束L。光感测模块120位于另一机械手臂上(例如待校正机械手臂104)，用于接收光束L并转换成多个影像数据M。协同运动控制器130分别对两个机械手臂产生一运动指令C1、C2，以驱动两个机械手臂上的光发射器110与光感测模块120分别至一已校正位置以及一待校正位置。运算模块140用于接收影像数据M以及两个机械手臂的运动参数RA(DHA,θA)、RB(DHB,θB)，以计算已校正位置与待校正位置之间的误差值，并分析影像数据M以输出一校正运动参数R，其中，协同运动控制器130根据校正运动参数R修正待校正机械手臂104的运动指令C2，以提升待校正机械手臂104的定位准确度。
请参照图1B，在一实施例中，光发射器110设置在已校正机械手臂102的一端部E1上，光感测模块120设置在待校正机械手臂104的一端部E2上。但本发明不以此为限，在另一实施例中，光发射器110也可以设置在待校正机械手臂104的一端部E2上，光感测模块120也可以设置在已校正机械手臂102的一端部E1上。光发射器110包括一发光组件，例如雷射、发光二极管(light emitting diode,LED)等发光组件，且光发射器110在端部上的位置为已知参数。光感测模块120可包括多个光感测单元121以及一附加电路板123，光感测单元为二维图像传感器，例如电荷耦合组件(charge-coupled device,CCD)、互补式金属-氧化层-半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)的影像传感器。光感测单元121设置在附加电路板123上，且各光感测单元121在附加电路板123的坐标系上的坐标位置为已知。此外，运算模块140包含处理器(CPU)、内存及内建运算软件等，用以分析影像数据。
光感测模块120用于接收光发射器110所投射的光束L，并且将光束L的投影图像或投影点转化为电子讯号，并透过有线或无线的方式将电子讯号传输给协同运动控制器130，联机的方式例如：以外接传输线方式连接光感测模块120和协同运动控制器130；或是，将电子讯号暂时储存在光感测模块120内的内存，利用通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)随身碟连接光感测模块120上的USB端子并将电子讯号存取，再将USB随身碟内的电子讯号转移到协同运动控制器130；或是，利用无线通信方式，将暂时储存在光感测模块120内的电子讯号传送到协同运动控制器130。
请参照图1A及图1B，协同运动控制器130电性连接已校正机械手臂102与待校正机械手臂104，以驱动已校正机械手臂102及/或待校正机械手臂104移动至一预定位置，并使已校正机械手臂102及待校正机械手臂104处于一指定运动姿态下，如图3A至图3C所示。
请参照图2，依照本发明一实施例的机械手臂的校正方法101包括下列步骤S11至S17。请一并参照图1A、图1B及图2，首先，在步骤S11中，协同运动控制器130依照一运动指令，分别驱动两个机械手臂上的一光发射器110与一光感测模块120至一已校正位置以及一待校正位置。在步骤S12中，当两个机械手臂处于一运动姿态k(k＝1～N,N为总运动姿态数)时，两个机械手臂上的光发射器110与光感测模块120保持在一相对位置(参考图3A)上，此时，光发射器110发射一光束L，使光束L依序投射在光感测模块120的各个光感测单元121上。此外，在步骤S12中，改变两个机械手臂至另一运动姿态，使两个机械手臂上的光发射器110与光感测模块120保持在另一相对位置(参考图3B及图3C)上，此时，光发射器110再次发射一光束L，使光束L依序投射在光感测模块120的光感测单元121上。
在步骤S13中，光感测模块120接收光束L并转换成多个影像数据，以供判断已校正位置以及待校正位置是否发生偏移。也就是说，利用光感测单元121上的光斑的影像数据调整待校正机械手臂104的位置，使其符合量测条件。其中，光感测单元121感测光束L的投影，使光感测单元121上被照射的像素(pixel)转换为一影像数据Xmeasure，影像数据Xmeasure为单个位置点或是多个位置点集合，而各位置点代表光束L在光感测模块120的坐标系中的投射位置。
在一实施例中，光束L投射在光感测单元121上的坐标位置函数可以表示为：Xpoint＝G(RA(DHA,θA),HA_emitter,RB(DHB,θB),HB-sensor,HA-B)，其中RA(DHA,θA)为已校正机械手臂102的运动参数，HA_emitter为已校正机械手臂102的端部E1至光发射器110的相对空间转换参数，RB(DHB,θB)为待校正机械手臂104的运动参数，HB-sensor为待校正机械手臂104的端部E2至光感测模块120的空间转换参数，HA-B为已校正机械手臂102与待校正机械手臂104的相对空间转换参数。DHA为已校正机械手臂102的六轴空间转换参数，θA为已校正机械手臂102的所有关节角度，DHB为待校正机械手臂104的六轴空间转换参数，θB为待校正机械手臂104的所有关节角度。本发明可透过多次调整两个机械手臂的运动姿态，并依序投射光束L在各个光感测单元121上以取得多个影像数据。
接着，在步骤S14，协同运动控制器130记录已校正机械手臂102的运动命令XA_point_k、待校正机械手臂104的第j运动命令XB_point_k_j(j＝1～P,P为光感测单元121数量)，并重复步骤S11～S13，以取得运动姿态k中光感测模块120的第j个影像数据。
在步骤S15中，运算模块140记录所有运动姿态k(k＝1～N)、也就是1至N中光感测模块120的影像数据M(其数量为N乘P，且大于等于待校正参数数量)，并分析多个影像数据M中的光斑中心位置是否在预测投影位置上，若光斑中心位置偏离预测投影位置，表示待校正机械手臂104的运动参数需进一步调整。接着，在步骤S16中，运算模块140可根据已校正机械手臂102的运动参数、待校正机械手臂104的运动参数和每个运动姿态中光感测模块120的多个影像数据M，计算一校正运动参数。
在一实施例中，运算模块140可根据量测到的投影点或投影图案在光感测模块120的坐标系中的坐标位置和预测投影位置之间的误差值，以得到一校正值，并可藉由数值方法调整待校正的运动参数，使得误差值能最小化并且趋近于零。
在本实施例中，已校正机械手臂102的运动参数RA(DHA,θA)为已知参数，透过量测已校正机械手臂102的所有关节角度θA，待校正机械手臂104的所有关节角度θB以及光束L投射在光感测单元121上的坐标位置Xpoint，并经过优化算法计算后取得一待校正机械手臂104的六轴空间转换参数DHB，并同时识别已校正机械手臂102与待校正机械手臂104的相对空间转换参数HA-B、已校正机械手臂102的端部E1至光发射器110的相对空间转换参数HA_emitter以及待校正机械手臂104的端部E1至光感测模块120的空间转换参数HB-sensor，进而调整待校正机械手臂104的运动参数，例如调整各关节角度或支臂的空间坐标位置。
接着，在步骤S17中，运算模块140输出一校正运动参数至协同运动控制器130，使协同运动控制器130根据校正运动参数修正一运动指令，以补偿精度误差，进而提升待校正机械手臂104的绝对位置精度，以减少误差值。其中，运算模块140可透过外接连线或无线方式将校正运动参数传输给协同运动控制器130。如此，协同运动控制器130接收到校正运动参数后，可进一步修改待校正机械手臂104的运动命令，以完成校正程序。
在上述步骤S12中，为确保光感测模块120能准确地接收光发射器110发出的光束L，可于已校正机械手臂102上另设置一影像捕获设备125，并利用影像捕获设备125获取光感测模块120上的一图腾标记126，以确定光发射器110与光感测模块120是否保持在一相对位置上，进而减少对位时间。图腾标记126可为明确辨认的几何图形或二维特征图案，或者，影像捕获设备125亦可获取各个光感测单元121的边缘接合处的特征做为识别特征。图1B中，是绘示影像捕获设备125设置于光发射器110的一实施例，在另一例中，当光发射器110有多个时，多个影像捕获设备125可个别设置于多个光发射器110上(如图4B中绘示第一光发射器112及第二光发射器114，下文将详叙)或一个影像捕获设备125与上述的光发射器110独立设置在不同位置上，影像捕获设备125不限定设置在光发射器上110，只要能获取光感测模块120上的图腾标记126即可；在另一实施例中，影像捕获设备125可以设置于已校正机械手臂102或待校正机械手臂104中的其中之一，只要能获取光感测模块120上的图腾标记126即可。
在一实施例中，已校正机械手臂102与待校正机械手臂104可能有相同或不同数量的关节与支臂，且已校正机械手臂102与待校正机械手臂104的端部E1、E2上可能装配相同或不同功能性组件，例如钻孔、夹取、雷射烧蚀、点胶、焊接等组件。当已校正机械手臂102与待校正机械手臂104具有相同数量的关节与支臂(例如，为型号相同的机械手臂)且执行相同的功能时，可在出厂前或在产线中透过已校正机械手臂102来校正待校正机械手臂104的精度，以确保出厂前或在产线中的机械手臂的精度在要求的范围内，或者，当已校正机械手臂102与待校正机械手臂104具有不同数量的关节与支臂(例如，为型号不同的机械手臂)且执行不同的功能时，例如两机械手臂协同进行一任务时，可直接在产线中透过已校正机械手臂102来校正待校正机械手臂104的精度，以确保两个机械手臂的相对位置能在要求的精度范围内。因此，透过上述的说明可知，本发明的校正装置100及其方法可校正两个机械手臂进行协同运动时产生的精度偏差。
在本实施例中，除了以单一已校正机械手臂102校正单一待校正机械手臂104的精度之外，还可以单一已校正机械手臂102同时校正多个待校正机械手臂105、106的精度。请参照图4A及图4B，其分别绘示依照本发明一实施例的以已校正机械手臂102对二个待校正机械手臂105、106进行校正的示意图。在图4A中，光发射器110发射的光束L经由分光器113分为第一光束L1以及第二光束L2，第一光束L1与第二光束L2之间具有一夹角，且第一光束L1与第二光束L2的夹角于机械手臂移动过程中保持固定角度，其中光发射器110及分光器113设置在已校正机械手臂102上，而第一光感测模块122设置在第一待校正机械手臂105上，第二光感测模块124设置在第二待校正机械手臂106上。第一光束L1投射在第一光感测模块122中的一光感测单元121上，以产生一第一影像数据，且第二光束L2投射在第二光感测模块124中的一光感测单元121上，以产生一第二影像数据。
另外，与上述实施例不同之处在于，在图4B中，第一光发射器112及第二光发射器114分别发射第一光束L1以及第二光束L2，其中第一光束L1投射在光感测模块120中的一光感测单元121上，以产生一第一影像数据，第二光束L2投射在光感测模块120中的另一光感测单元121上，以产生一第二影像数据。
在图4A中，根据上述步骤S11至S17的说明，当第一待校正机械手臂105移动到待校正位置且第一光束L1投射在第一光感测模块122时，记录所有运动姿态中第一光感测模块122的影像数据，且运算模块140根据已校正机械手臂102的运动参数、第一待校正机械手臂105的运动参数和每个运动姿态中对应第一光束L1的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，以供协同运动控制器130根据第一校正运动参数修正第一待校正机械手臂105的运动指令，以减少误差值。此外，当第二待校正机械手臂106移动到待校正位置且第二光束L2投射在第二光感测模块124时，记录所有运动姿态中第二光感测模块124的影像数据，且运算模块140根据已校正机械手臂102的运动参数、第二待校正机械手臂106的运动参数和每个运动姿态中对应第二光束L2的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，以供协同运动控制器130根据第二校正运动参数修正第二待校正机械手臂106的运动指令，以减少误差值。
同样的方式，请参照图4B，根据上述步骤S11至S17的说明，当第一待校正机械手臂105移动到待校正位置时，第一光发射器112投射第一光束L1至一光感测单元121，并记录所有运动姿态中相对应第一光束L1的多个第一影像数据，且运算模块140根据已校正机械手臂102的运动参数、第一待校正机械手臂105的运动参数和每个姿态中对应第一光束L1的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，以供协同运动控制器130根据第一校正运动参数修正第一待校正机械手臂105的运动指令，以减少误差值。此外，当第二待校正机械手臂106移动到待校正位置时，第二光发射器114投射第二光束L2至另一光感测单元121，并记录所有运动姿态中对应第二光束L2的多个第二影像数据，且运算模块140根据已校正机械手臂102的运动参数、第二待校正机械手臂106的运动参数和每个姿态中对应第二光束L2的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，以供协同运动控制器130根据第二校正运动参数修正第二待校正机械手臂106的运动指令，以减少误差值。
请参照图5A至图5C，其绘示图4B中的第一光束L1与第二光束L2投射在任二个光感测单元121上的示意图。在一实施例中，光感测模块120例如具有三个光感测单元121位于附加电路板123上，光感测单元121的位置相互分离且相隔一已知预定距离。在图5A，第一光束L1及第二光束L2分别投射在编号1及编号2的光感测单元121上，在图5B，第一光束L1及第二光束L2分别投射在编号2及编号3的光感测单元121上，在图5C，第一光束L1及第二光束L2分别投射在编号3及编号1的光感测单元121上。第一光束L1与第二光束L2投影在光感测单元121上的图案，可为不同二维特征图案或是几何图形，例如第一光束L1的投影图案为圆点，第二光束L2的投影图案为X状。此外，第一光束L1的投影时间顺序为编号1、编号2及编号3，而第二光束L2的投影时间顺序则为编号2、编号3及编号1。如此，运算模块140可根据至少上述两种实施方式(投影图案或投影时间顺序)来分辨第一光束L1与第二光束L2，并获取对应于第一光束L1的第一影像数据以及对应于第二光束L2的第二影像数据，以各别校正第一待校正机械手臂105与第二待校正机械手臂106的误差值。
请参照图6A，其绘示光束L经由分光器113分为第一光束L1以及第二光束L2，以同时对二个待校正机械手臂进行校正。此外，请参照图6B，其绘示光束L先经由第一分光器113分为第一光束L1以及第二光束L2之后，第一光束L1再经由第二分光器115分为第一子光束L11以及第二子光束L12，第二光束L2再经由第三分光器116分为第三子光束L21以及第四子光束L22，以同时对四个待校正机械手臂进行校正。在本实施例中，分光器113、115、116例如为一具有多层非金属镀膜117的半穿透半反射镜，可使部分光束穿透以及部分光束反射，以形成预定数量(大于等于2个)的光束，但不限定分为2个或4个。
本发明上述实施例所揭露的机械手臂的校正装置及其校正方法，以已校正机械手臂来校正待校正机械手臂的精度，提供机械手臂制造商在机械手臂出厂前校正用，补偿因制造或组装误差造成的精度偏差，并能让机械手臂使用者于工厂中定期校正机械手臂，解决机械手臂长时间使用后，机械性偏移导致精度难以保持，或是因为维修机械手臂(如：置换马达)造成精度偏差的问题。此外，本发明的校正装置及其方法可满足直接在产在线校正机械手臂绝对精度的需求，并可校正两个机械手臂进行协同运动时产生的精度偏差，以确保两个机械手臂的相对位置能在要求的精度范围内。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (21)

1.一种机械手臂的校正装置，包括：
一光发射器，位于至少一机械手臂上，用于发射一光束；
一光感测模块，位于至少另一机械手臂上，用于接收所述光束并转换成多个影像数据，其中所述光感测模块包括多个光感测单元，所述光发射器分别依序投射所述光束至所述多个光感测单元上，以产生所述多个影像数据；
一协同运动控制器，用于驱动所述至少两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块分别至一已校正位置以及一待校正位置；以及
一运算模块，用于接收所述多个影像数据以及所述两个机械手臂的运动参数，以计算所述已校正位置与所述待校正位置之间的误差值，并分析所述多个影像数据以输出一校正运动参数，
其中所述至少两个机械手臂包括一已校正机械手臂以及一待校正机械手臂，所述光发射器与所述光感测模块分别设置于所述已校正机械手臂与所述待校正机械手臂上，所述运算模块根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述待校正机械手臂的运动参数和对应所述光束的所述多个影像数据，计算所述校正运动参数，以供所述协同运动控制器根据所述校正运动参数修正所述待校正机械手臂的运动指令。
2.根据权利要求1所述的校正装置，其中所述两个机械手臂处于一运动姿态时，所述两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块保持在一相对位置，所述光发射器发射所述光束，使所述光束依序投射在所述多个光感测单元上，当所述两个机械手臂改变至另一运动姿态时，所述两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块保持在另一相对位置上，所述光发射器再次发射所述光束，使所述光束依序投射在所述多个光感测单元上。
3.根据权利要求1所述的校正装置，其中所述至少两个机械手臂包括所述已校正机械手臂以及多个所述待校正机械手臂，所述光发射器设置于所述已校正机械手臂上，且所述已校正机械手臂上还包括至少一分光器，其中所述光束经由所述至少一分光器分为一第一光束以及一第二光束，所述第一光束与所述第二光束之间的夹角为一固定角度，所述光感测模块包括两个光感测模块，分别设置于所述多个待校正机械手臂的两个上，所述第一光束与所述第二光束分别投射在相对应的所述两个光感测模块上。
4.根据权利要求3所述的校正装置，其中所述至少一分光器包括一第一分光器、一第二分光器以及一第三分光器，其中所述光束经由所述第一分光器分为所述第一光束以及所述第二光束，所述第一光束经由所述第二分光器分为第一子光束以及第二子光束，所述第二光束经由所述第三分光器分为第三子光束以及第四子光束，所述光感测模块包括四个光感测模块，分别设置于所述待校正机械手臂的四个上，所述第一子光束、所述第二子光束、所述第三子光束与所述第四子光束分别投射在相对应的所述四个光感测模块上。
5.根据权利要求3所述的校正装置，其中所述光感测模块包括一第一光感测模块以及一第二光感测模块，所述第一光感测模块设置于所述多个待校正机械手臂的一第一待校正机械手臂上，所述运算模块根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第一待校正机械手臂的运动参数和对应所述第一光束的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，以供所述协同运动控制器根据所述第一校正运动参数修正所述第一待校正机械手臂的运动指令；以及
其中，所述第二光感测模块设置于所述待校正机械手臂的一第二待校正机械手臂上，所述运算模块根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第二待校正机械手臂的运动参数和对应所述第二光束的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，以供所述协同运动控制器根据所述第二校正运动参数修正所述第二待校正机械手臂的运动指令。
6.根据权利要求1所述的校正装置，其中所述至少两个机械手臂包括所述已校正机械手臂以及多个所述待校正机械手臂，所述光感测模块设置于所述已校正机械手臂上，所述光发射器包括一第一光发射器及一第二光发射器，分别设置于所述多个待校正机械手臂的两个上，所述第一光发射器与所述第二光发射器分别发射一第一光束以及一第二光束，所述第一光束投射在所述多个光感测单元的一个上，所述第二光束投射在所述多个光感测单元的另一个上。
7.根据权利要求6所述的校正装置，其中所述第一光发射器设置于所述待校正机械手臂的一第一待校正机械手臂上，所述运算模块根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第一待校正机械手臂的运动参数和对应所述第一光束的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，以供所述协同运动控制器根据所述第一校正运动参数修正所述第一待校正机械手臂的运动指令；以及
其中，所述第二光发射器设置于所述多个待校正机械手臂的一第二待校正机械手臂上，所述运算模块根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第二待校正机械手臂的运动参数和对应所述第二光束的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，以供所述协同运动控制器根据所述第二校正运动参数修正所述第二待校正机械手臂的运动指令。
8.根据权利要求1、3或6所述的校正装置，还包括一影像捕获设备，用以获取所述光感测模块上的一图腾标记，所述影像捕获设备辨识所述图腾标记，以确定所述光发射器与所述光感测模块的相对位置。
9.根据权利要求8所述的校正装置，其中所述影像捕获设备设置于所述光发射器。
10.根据权利要求8所述的校正装置，其中所述影像捕获设备设置于所述已校正机械手臂或所述待校正机械手臂中的其中之一。
11.根据权利要求8所述的校正装置，其中所述影像捕获设备与所述光发射器独立设置。
12.一种机械手臂的校正方法，包括：
分别设置一光发射器与一光感测模块于至少两个机械手臂上；
分别驱动所述至少两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块至一已校正位置以及一待校正位置；
所述光发射器发射一光束，使所述光束投射至所述光感测模块；
所述光感测模块接收所述光束并转换成多个影像数据，其中所述光感测模块包括多个光感测单元，所述光发射器分别依序投射所述光束至所述多个光感测单元上，以产生所述多个影像数据；
根据所述多个影像数据以及所述至少两个机械手臂的运动参数，计算已校正位置与所述待校正位置之间的误差值，并分析所述多个影像数据以输出一校正运动参数，其中所述至少两个机械手臂包括一已校正机械手臂以及一待校正机械手臂，所述光发射器与所述光感测模块分别设置于所述已校正机械手臂与所述待校正机械手臂上，根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述待校正机械手臂的运动参数和对应所述光束的所述多个影像数据，计算所述校正运动参数；以及
根据所述校正运动参数修正所述待校正机械手臂的运动指令。
13.根据权利要求12所述的校正方法，其中所述两个机械手臂处于一运动姿态时，所述两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块保持在一相对位置，所述光发射器发射所述光束，使所述光束分别投射在多个所述光感测单元上，当改变所述两个机械手臂至另一运动姿态时，所述两个机械手臂上的所述光发射器与所述光感测模块保持在另一相对位置上，所述光发射器再次发射所述光束，使所述光束分别投射在所述光感测单元上。
14.根据权利要求12所述的校正方法，其中所述至少两个机械手臂包括所述已校正机械手臂以及多个所述待校正机械手臂，所述光发射器设置于所述已校正机械手臂上，且所述已校正机械手臂上还包括至少一分光器，以将所述光束分为一第一光束以及一第二光束，所述第一光束与所述第二光束之间的夹角为一固定角度，所述光感测模块包括二个光感测模块，分别设置于所述多个待校正机械手臂的两个上，所述第一光束与所述第二光束分别投射在相对应的所述两个光感测模块上。
15.根据权利要求14所述的校正方法，其中所述光感测模块包括一第一光感测模块以及一第二光感测模块，所述第一光感测模块设置于所述多个待校正机械手臂的一第一待校正机械手臂上，所述校正方法根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第一待校正机械手臂的运动参数和对应所述第一光束的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，并根据所述第一校正运动参数修正所述第一待校正机械手臂的运动指令；以及
其中，所述第二光感测模块设置于所述多个待校正机械手臂的一第二待校正机械手臂上，所述校正方法根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第二待校正机械手臂的运动参数和对应所述第二光束的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，并根据所述第二校正运动参数修正所述第二待校正机械手臂的运动指令。
16.根据权利要求12所述的校正方法，其中所述至少两个机械手臂包括所述已校正机械手臂以及多个所述待校正机械手臂，所述光感测模块设置于所述已校正机械手臂上，所述光发射器包括一第一光发射器及一第二光发射器，分别设置于所述待校正机械手臂的两个上，所述第一光发射器与所述第二光发射器分别发射一第一光束以及一第二光束，所述第一光束投射在所述多个光感测单元的一个上，所述第二光束投射在所述多个光感测单元的另一个上。
17.根据权利要求16所述的校正方法，其中所述第一光发射器设置于所述多个待校正机械手臂的一第一待校正机械手臂上，所述校正方法根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第一待校正机械手臂的运动参数和对应所述第一光束的多个第一影像数据，计算一第一校正运动参数，并根据所述第一校正运动参数修正所述第一待校正机械手臂的运动指令；以及
其中，所述第二光发射器设置于所述多个待校正机械手臂的一第二待校正机械手臂上，所述校正方法根据所述已校正机械手臂的运动参数、所述第二待校正机械手臂的运动参数和对应所述第二光束的多个第二影像数据，计算一第二校正运动参数，并根据所述第二校正运动参数修正所述第二待校正机械手臂的运动指令。
18.根据权利要求12、14或16所述的校正方法，还包括以一影像捕获设备获取所述光感测模块上的一图腾标记，所述影像捕获设备辨识所述图腾标记，以确定所述光发射器与所述光感测模块的相对位置。
19.根据权利要求18所述的校正方法，其中所述影像捕获设备设置于所述光发射器。
20.根据权利要求18所述的校正方法，其中所述影像捕获设备设置于所述已校正机械手臂或所述待校正机械手臂中的其中之一。
21.根据权利要求18所述的校正方法，其中所述影像捕获设备与所述光发射器独立设置。
CN201711498774.1A 2017-12-05 2017-12-29 机械手臂的校正装置及其校正方法 Active CN109866220B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106142605 2017-12-05
TW106142605 2017-12-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109866220A CN109866220A (zh) 2019-06-11
CN109866220B true CN109866220B (zh) 2021-07-23

Family

ID=66590739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711498774.1A Active CN109866220B (zh) 2017-12-05 2017-12-29 机械手臂的校正装置及其校正方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10737387B2 (zh)
CN (1) CN109866220B (zh)
TW (1) TWI653130B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017123295A1 (de) * 2017-10-06 2019-04-11 Pilz Gmbh & Co. Kg Sicherheitssystem zur Absicherung eines kooperativen Betriebs von Menschen, Robotern und Maschinen
CN112105587B (zh) * 2018-04-12 2024-06-21 康宁公司 用于接合移动玻璃带的装置及方法
WO2019202481A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Pirelli Tyre S.P.A. Method for building green tyres
US10988268B2 (en) * 2018-06-14 2021-04-27 General Electric Company System and method for performing operations on an engine
EP3934559A4 (en) * 2019-03-08 2022-12-07 Covidien LP ROBOTIC SURGICAL PROCESSES
US20220331970A1 (en) * 2019-09-11 2022-10-20 Dmg Mori Co., Ltd. Robot-mounted moving device, system, and machine tool
WO2021056461A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-01 Abb Schweiz Ag Apparatus and method for calibrating laser displacement sensor for use with robot
TW202224872A (zh) 2020-12-28 2022-07-01 財團法人工業技術研究院 機械手臂校正系統及機械手臂校正系統方法
CN115338855A (zh) * 2021-05-14 2022-11-15 台达电子工业股份有限公司 双臂机器人组装系统
TWI806111B (zh) * 2021-07-27 2023-06-21 達明機器人股份有限公司 機械手臂之工具校正方法
GB202203392D0 (en) * 2022-03-11 2022-04-27 Renishaw Plc Coordinate positioning machine

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01274981A (ja) * 1988-04-26 1989-11-02 Fuji Heavy Ind Ltd 工業用ロボットの位置補正装置
WO2000030548A1 (en) * 1998-11-20 2000-06-02 Intuitive Surgical, Inc. Cooperative minimally invasive telesurgical system
CN101846552A (zh) * 2009-03-25 2010-09-29 旺矽科技股份有限公司 收光及影像侦测系统
CN101909828A (zh) * 2007-12-27 2010-12-08 莱卡地球系统公开股份有限公司 将至少一个物体高精度定位在空间最终位置的方法和系统
CN102135776A (zh) * 2011-01-25 2011-07-27 解则晓 基于视觉定位的工业机器人控制系统及其控制方法
CN102216803A (zh) * 2008-11-17 2011-10-12 法罗技术股份有限公司 测量六个自由度的装置和方法
CN102452081A (zh) * 2010-10-21 2012-05-16 财团法人工业技术研究院 机械手臂系统参数的校正方法与校正装置
CN102942061A (zh) * 2012-10-29 2013-02-27 深圳市华星光电技术有限公司 一种自动搬运设备的校正系统及一种校正方法
CN106355614A (zh) * 2015-07-14 2017-01-25 财团法人工业技术研究院 机械系统的校正及监测装置
CN106514651A (zh) * 2015-09-14 2017-03-22 发那科株式会社 测量装置以及校准方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU9223298A (en) 1997-09-04 1999-03-22 Dynalog, Inc. Method for calibration of a robot inspection system
US8527094B2 (en) * 1998-11-20 2013-09-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Multi-user medical robotic system for collaboration or training in minimally invasive surgical procedures
EP1215465A1 (de) * 2000-11-29 2002-06-19 Steinbichler Optotechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Verformung von Objekten
US7386365B2 (en) * 2004-05-04 2008-06-10 Intuitive Surgical, Inc. Tool grip calibration for robotic surgery
US8989897B2 (en) 2004-11-19 2015-03-24 Dynalog, Inc. Robot-cell calibration
JP4267005B2 (ja) 2006-07-03 2009-05-27 ファナック株式会社 計測装置及びキャリブレーション方法
WO2008107715A2 (en) 2007-03-05 2008-09-12 Absolute Robotics Limited Determining positions
US8082064B2 (en) 2007-08-24 2011-12-20 Elite Engineering Corporation Robotic arm and control system
US8120301B2 (en) * 2009-03-09 2012-02-21 Intuitive Surgical Operations, Inc. Ergonomic surgeon control console in robotic surgical systems
US8423182B2 (en) * 2009-03-09 2013-04-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Adaptable integrated energy control system for electrosurgical tools in robotic surgical systems
CN102062587B (zh) 2010-12-13 2013-02-20 上海克来机电自动化工程有限公司 基于激光传感器的多移动机器人位姿测定方法
WO2013045314A1 (en) 2011-09-28 2013-04-04 Universal Robots A/S Calibration and programming of robots
US9310482B2 (en) * 2012-02-10 2016-04-12 Ascent Ventures, Llc Methods for locating and sensing the position, orientation, and contour of a work object in a robotic system
DE102012014312A1 (de) 2012-07-19 2014-05-15 Kuka Roboter Gmbh Robotergeführte Messanordnung
JP5678979B2 (ja) * 2013-03-15 2015-03-04 株式会社安川電機 ロボットシステム、校正方法及び被加工物の製造方法
TW201509617A (zh) 2013-09-14 2015-03-16 Nat Univ Chung Hsing 機械手臂精度量測系統及其量測方法
TW201600275A (zh) 2014-06-26 2016-01-01 Hiwin Tech Corp 機械手臂系統及其平行度校正方法
TWI532575B (zh) 2014-07-28 2016-05-11 廣明光電股份有限公司 機器手臂的校正裝置及方法
TWI537110B (zh) 2014-08-11 2016-06-11 友上科技股份有限公司 機械手臂點位校正之方法
TWI609750B (zh) 2015-07-14 2018-01-01 財團法人工業技術研究院 用於機械系統校正及監測的裝置與方法
US9815204B2 (en) 2016-01-22 2017-11-14 The Boeing Company Apparatus and method to optically locate workpiece for robotic operations
TWI579123B (zh) 2016-07-18 2017-04-21 國立虎尾科技大學 機器人校正系統與方法
US10192195B1 (en) * 2016-10-25 2019-01-29 Amazon Technologies, Inc. Techniques for coordinating independent objects with occlusions
US10899127B2 (en) * 2017-01-27 2021-01-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Controlling printing fluid drop ejection
CN106989670B (zh) 2017-02-27 2019-06-04 上海大学 一种机器人协同的非接触式高精度大型工件跟踪测量方法
US10452397B2 (en) * 2017-04-01 2019-10-22 Intel Corporation Efficient multi-context thread distribution
US11424027B2 (en) * 2017-12-28 2022-08-23 Cilag Gmbh International Method for operating surgical instrument systems

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01274981A (ja) * 1988-04-26 1989-11-02 Fuji Heavy Ind Ltd 工業用ロボットの位置補正装置
WO2000030548A1 (en) * 1998-11-20 2000-06-02 Intuitive Surgical, Inc. Cooperative minimally invasive telesurgical system
CN101909828A (zh) * 2007-12-27 2010-12-08 莱卡地球系统公开股份有限公司 将至少一个物体高精度定位在空间最终位置的方法和系统
CN102216803A (zh) * 2008-11-17 2011-10-12 法罗技术股份有限公司 测量六个自由度的装置和方法
CN101846552A (zh) * 2009-03-25 2010-09-29 旺矽科技股份有限公司 收光及影像侦测系统
CN102452081A (zh) * 2010-10-21 2012-05-16 财团法人工业技术研究院 机械手臂系统参数的校正方法与校正装置
CN102135776A (zh) * 2011-01-25 2011-07-27 解则晓 基于视觉定位的工业机器人控制系统及其控制方法
CN102942061A (zh) * 2012-10-29 2013-02-27 深圳市华星光电技术有限公司 一种自动搬运设备的校正系统及一种校正方法
CN106355614A (zh) * 2015-07-14 2017-01-25 财团法人工业技术研究院 机械系统的校正及监测装置
CN106514651A (zh) * 2015-09-14 2017-03-22 发那科株式会社 测量装置以及校准方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109866220A (zh) 2019-06-11
TW201924878A (zh) 2019-07-01
US10737387B2 (en) 2020-08-11
TWI653130B (zh) 2019-03-11
US20190168385A1 (en) 2019-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109866220B (zh) 机械手臂的校正装置及其校正方法
US10279479B2 (en) Robot calibrating apparatus and robot calibrating method, and robot apparatus and method of controlling robot apparatus
US10112301B2 (en) Automatic calibration method for robot systems using a vision sensor
CA2710669C (en) Method and system for the high-precision positioning of at least one object in a final location in space
US8798794B2 (en) Method and system for highly precisely positioning at least one object in an end position in space
CN109996653B (zh) 作业位置校正方法及作业机器人
JP2015182144A (ja) ロボットシステムおよびロボットシステムの校正方法
WO2018043525A1 (ja) ロボットシステム、ロボットシステム制御装置、およびロボットシステム制御方法
KR20150070370A (ko) 산업용 로봇의 인라인 교정을 위한 방법, 이러한 방법을 수행하기 위한 교정 시스템, 및 이러한 교정 시스템을 포함하는 산업용 로봇
US20180354137A1 (en) Robot System Calibration
JP2012101306A (ja) ロボットの校正装置および校正方法
WO2018043524A1 (ja) ロボットシステム、ロボットシステム制御装置、およびロボットシステム制御方法
US8761936B2 (en) Teaching line correcting apparatus, teaching line correcting method, and program thereof
JPH1063317A (ja) ロボット−視覚センサシステムにおける座標系結合方法
JP7427370B2 (ja) 撮像装置、画像処理装置、画像処理方法、撮像装置の校正方法、ロボット装置、ロボット装置を用いた物品の製造方法、制御プログラムおよび記録媒体
CN116105600B (zh) 基于双目相机的瞄准目标的方法、处理装置及激光跟踪仪
KR20130075712A (ko) 레이저비전 센서 및 그 보정방법
US20220395981A1 (en) System and method for improving accuracy of 3d eye-to-hand coordination of a robotic system
CN115446847A (zh) 用于提高机器人系统的3d眼手协调准确度的系统和方法
JPH0820207B2 (ja) 光学式３次元位置計測方法
CN116194252A (zh) 机器人系统
JP2022122648A (ja) 制御装置
KR102424378B1 (ko) 3차원 스캐너를 이용한 로봇의 위치 보정 방법 및 장치
WO2021200743A1 (ja) ロボットの教示位置を修正するための装置、教示装置、ロボットシステム、教示位置修正方法、及びコンピュータプログラム
US20230123629A1 (en) 3d computer-vision system with variable spatial resolution

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant