CN109983299A - 工业机器人的测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种工业机器人(2)的测量系统包括多个可移动臂，多个可移动臂包括工具架(10)和由工业机器人承载的3D摄像机(1)。测量系统还包括镜子(3)，用于产生真实物体(12)的镜像(12i)。所述的3D摄像机固定到可移动臂(7)之一上，用于测量镜像(12i)。

Description

工业机器人的测量系统和方法
技术领域
本发明涉及一种工业机器人。更确切地说，本发明涉及一种用于确定工业机器人的工作区域中的物体的测量方法。所谓工业机器人应该理解为具有多个可移动部件和控制系统的操纵器。工业机器人的结构在下文中可以表示为操纵器或机器人。
背景技术
要在工业环境中操作工业机器人，必须在局部坐标系中校准机器人。这意味着必须在局部坐标系的所有位置准确知道工具中心点(TCP)。在许多情况下，必须校准局部机器人坐标系以符合可以定位工件的总坐标系。
已知许多校准方法。通常，机器人将校准工具移动到不同的位置，在这些不同的位置处由总坐标系中的传感单元感测。这种感测单元可以包括例如触摸感测单元、交叉激光束或摄像机单元。还已知使用触摸屏用于校准目的。
从WO2015165062中已知一种用于校准工业机器人的工具中心点的方法。该方法涉及具有第一激光束和第二激光束的交叉光束传感器。
从WO2012076038中已知一种用于校准机器人单元的方法。其目的是提供一种利用物体识别单元的第二坐标系来校准根单元的第一坐标系的方法。该方法包括生成多个目标点，校准工具将由机器人单元移动到这些目标点以进行校准。通过使用摄像机单元评估目标点。
发明内容
本发明的主要目的是寻求办法来改进工业机器人的测量系统和方法。
根据本发明，该目的通过一种特征在于独立权利要求1中的要素的测量系统或一种特征在于独立权利要求7中的步骤的方法来实现。优选实施例在从属权利要求中描述。
根据本发明，工业机器人携带3D摄像机并使用镜子来创建真实物体的镜像以确定真实物体的位置。在测量之前，3D摄像机固定在机器人结构上。因此，3D摄像机的位置和方向在局部坐标系中是已知的。在一个实施例中，局部坐标系与工业机器人的坐标系相同。镜子也在局部坐标系中定义，因此镜象上的测量可用于定义真实物体。
3D摄像机包括用于生成真实物体的三维图像的装置。通常，3D摄像机包括立体摄像机，该立体摄像机包含两条光学线，每条光学线具有透镜和图像传感器。利用这种立体摄像机，机器人工作区域中的任何物体都可以空间中确定。立体摄像机不仅确定平面中的物体，还确定到物体的距离。然而，固定到机器人结构的立体摄像机具有无法看到物体的盲区。根据本发明将镜子引入工作区域，通过使用镜像消除了这些盲区。在一个实施例中，3D摄像机包括处理器装置和存储器装置用于执行来自计算机程序的指令。
通过使用镜子，机器人可以反射自身以找出摄像机从其固定位置看不到的部分。当定位由机器人拾取的物体或定义新的TCP(例如磨损或损坏的工具，例如钻头)时，这是非常有用的。控制机器人将物体保持在镜子前面。立体摄像机通过测量镜子上的至少三个位置标记来定义镜子的平面。因此，镜子的平面立刻在局部坐标系中定义。定义了镜像位置和方向后，3D摄像机使用三角测量由镜像来计算工具尖端的位置。通过对物体上的多个点进行测量，也可以确定物体的方向。
根据本发明，可以通过镜像技术研究由机器人持有的任何物体的位置和方向。因此，对于拾取行业，携带3D摄像机的机器人可以定位待拾取的物体，在其拾取工具中定义物体的位置和方向，并将物体放置在已知容器中的预定位置。在一个实施例中，镜子包括具有已知位置和方向的屏幕或壁。在一个实施例中，镜子附接到操纵器上。
在本发明的第一方面中，目的是通过工业机器人的测量系统来实现的，其包括多个具有工具架的可移动臂和由工业机器人承载的3D摄像机，其中测量系统还包括用于生成真实物体的镜像的镜子，并且3D摄像机固定到可移动臂之一上用于测量镜像。
在一个实施例中，镜子包括至少三个位置标记以限定其平面。在一个实施例中，3D摄像机包括用于通过镜像的三角测量计算来计算真实物体的位置的装置。在进一步的实施例中，3D摄像机固定到第二臂的最内部，工业机器人包括六个可移动臂，并且真实物体包括工业机器人的工具中心点(TCP)。
在本发明的第二方面中，目的实现是通过一种用于由工业机器人持有的真实物体的测量方法，该工业机器人包括多个具有工具架的可移动臂和工业机器人承载的3D摄像机，通过在机器人的工作区域设置镜子，将3D摄像机固定到其中一个可移动臂上，移动工业机器人以创建真实物体的镜像，并通过镜像的三角测量来计算真实物体的空间位置。在一个实施例中，该方法还包括从镜子上的至少三个位置标记测量镜子的平面。在一个实施例中，该方法通过运行计算机程序来执行。
附图说明
本发明的其他特征和优点对于本领域技术人员将变得更加明显，通过结合附图的以下详细内容，其中：
图1是根据本发明的镜子前面的工业机器人的三维视图，和
图2是根据本发明使用的3D摄像机和三角测量方法的主视图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的用于测量由机器人持有的物体的系统。3D摄像机1固定在工业机器人的操纵器2上，并且镜子3位于操纵器的工作区域中。在图中所示的实施例中，操纵器包括脚4，脚4承载可旋转布置的支架5。支架承载枢转布置的第一臂6，第一臂6承载枢转布置的第二臂7。在其外端，第二臂承载可旋转的腕部8和可枢转的手部9，其承载可旋转的工具架10。在所示的实施例中，工具架承载具有钻头12的钻孔设备11。
在所示的实施例中，镜子3位于操纵器2的工作区域中，使得钻头12被3D摄像机1看到。镜子包括具有至少三个位置标记13的平面结构。摄像机从它在操纵器结构上的位置看不到钻头。操纵器在镜子前方移动钻头，使得钻头可以由3D摄像机检测到。在该位置，通过测量镜子上的三个位置标记来确定镜子的距离和方向。将镜子结合到局部坐标系中后，钻头的位置由3D摄像机测量和计算。
在图2中示出了通过使用镜子3计算物体14的位置的方法。在所示的实施例中，通过测量镜子平面上的三个位置标记预先确定镜子的位置和方向。因此，通过使用镜子，3D摄像机1可以看到真实物体12的镜象12i。3D摄像机包括两个透镜16，每个透镜具有中心线17，在中心线17之间存在已知的距离c。物体通过两个透镜16投射并在图像传感器19上被检测为图像18。在摄像机中，透镜和图像传感器之间的焦距f是已知的。为清楚起见，仅给出了摄像机的右侧部分的附图标记。
来自镜像12i的光学线通过每个透镜投射到每个图像传感器19上。在摄像机的左手部分中，镜像12i的投影在距离中心线17的距离a处被检测到。在右手部分在距离中心线17的距离b处检测镜像12i的投影。因此，利用三角测量可以通过摄像机中的装置计算物体的距离和位置。
镜子可以有任何尺寸但必须是平面的。镜子可以固定在机器人的工作区域中，但也可以在需要时放置到位。每次必须确定操纵器所携带的器件时，必须首先确定镜子的位置和方向。此后，可以研究物体的位置或工具的尖端。通过测量物体上的多个点，也可以确定物体的方向。在具有诸如整体或部分壁的大表面的镜子的情况下，镜子位置和方向的确定可以用于多次测量。
尽管在该实施例中示出的操纵器包括六个轴线，但是根据本发明的操纵器可以合理的包括多个轴线。因此，本发明可以用在任何具有例如仅两个轴线或两个自由度的操纵器上。许多用于钻孔或拾取的操纵器可能只有几个自由度。在这种情况下，3D摄像机可以固定到任何可移动部件。考虑到摄像机的尺寸，应将其固定在机器人的第二或第三最外面部分，以免干扰工具本身。
通过将3D摄像机固定到机器人结构，可以在机器人的局部坐标系中确定由摄像机看到的所有物体。因此，不需要将机器人或其工作对象定向在围绕局部坐标系的总坐标系中。借助于镜子，机器人可以看到摄像机看不到的工作对象的部分。同样地，摄像机可以通过镜子确定物体，例如位于摄像机的盲区中的工具。在本发明的一个实施例中，镜子技术可以用于工业机器人的校准。
尽管有利的，本发明的范围不应受所提出的实施例的限制，但也包含对本领域技术人员显而易见的实施例。例如，可以在两个位置使用单个2D摄像机。然而，这种对空间中的物体的确定比使用3D摄像机更耗时且更不准确。此外，不得将物体从两个摄像机位置之间的位置移开。根据本发明，可以使用多个镜子。

Claims (11)

1.一种工业机器人(2)的测量系统，包括具有工具架(10)的多个可移动臂(5-10)和由所述工业机器人承载的3D摄像机(1)，其特征在于，所述测量系统还包括用于生成真实物体(12)的镜像(12i)的镜子(3)，以及所述3D摄像机固定到其中一个可移动臂(7)上用于测量镜像(12i)。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述镜子(3)包括限定其平面的至少三个位置标记(13)。
3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述3D摄像机(1)包括用于通过所述镜像(12i)的三角测量计算来计算所述真实物体(12)的位置的装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其中，所述3D摄像机(1)固定到所述第二臂(7)的最内部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其中，所述工业机器人(2)包括六个可移动臂(5-10)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其中，所述真实物体(12)包括所述工业机器人(2)的工具中心点(TCP)。
7.一种用于测量由工业机器人(2)持有的真实物体(12)的方法，所述工业机器人包括具有工具架(10)的多个可移动臂(5-10)和由所述工业机器人承载的3D摄像机(1)，其特征在于，在机器人的工作区域中设置镜子(3)，将3D摄像机(1)固定到其中一个可移动臂(7)上，移动工业机器人以生成真实物体(12)的镜像(12i)，并通过镜像(12i)的三角测量来计算真实物体(12)的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括由所述镜子上的至少三个位置标记(13)来测量所述镜子(3)的平面。
9.可存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，其包含用于控制系统的处理器执行权利要求7或8的方法的指令。
10.根据权利要求9所述的计算机程序产品，至少部分地通过诸如因特网的网络提供。
11.计算机可读介质，其特征在于，其包含权利要求9所述的计算机程序产品。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190705

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