CN110936373A - 具有端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统 - Google Patents

具有端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统 Download PDF

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Abstract

提供一种与机器人一起使用的端部工具计量位置坐标确定系统。限定为机器人精度的第一精度水平(例如，用于控制和感测安装在机器人的可移动臂配置的远端附近的端部工具的端部工具位置)基于使用包含在机器人中的位置传感器(例如，编码器)。该系统包括端部工具、成像配置、XY标度、图像触发部分和处理部分。XY标度或成像配置中的一个联接到端部工具，而另一个联接到固定元件(例如，位于机器人上方的框架)。成像配置获取XY标度的图像，其用于确定指示端部工具位置的相对位置，其精度水平优于机器人精度。

Description

具有端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统
技术领域
本公开涉及机器人系统，并且更具体地涉及用于确定机器人的端部工具位置的坐标的系统。
背景技术
机器人系统越来越多地用于制造和其他过程。可以使用的各种类型的机器人包括关节机器人、选择性柔顺关节机器人臂(SCARA)机器人、笛卡尔机器人、圆柱形机器人、球形机器人等。作为可以包含在机器人中的部件的一个示例，SCARA机器人系统通常可以具有基部，第一臂部可旋转地联接到基部，第二臂部可旋转地联接到第一臂部的端部。在各种配置中，端部工具可以联接到第二臂部的端部(例如，用于执行某些工作和/或检查操作)。这种系统可包括用于确定/控制臂部的定位以及相应地端部工具的定位的位置传感器(例如，旋转编码器)。在各种实施方式中，受某些因素的限制(例如，旋转编码器性能以及机器人系统的机械稳定性，等)，这些系统可具有约100微米的定位精度。
美国专利No.4,725,965公开了某些用于改善SCARA系统精度的校准技术，该专利在此全文引入作为参考。如’965专利中所述，提供了一种用于校准SCARA型机器人的技术，该SCARA型机器人包括第一可旋转臂部和承载端部工具的第二可旋转臂部。该校准技术与SCARA机器人可以使用运动学模型来控制的事实有关，该运动学模型在准确时允许臂部以第一和第二角度配置放置，在该配置下，由第二臂部携载的端部工具保持在相同的位置。为了校准运动学模型，将臂部置于第一配置中以将端部工具定位在固定基准点的上方。然后，将臂部置于第二角度配置中，以便在与基准点配准时再次标称地定位端部工具。运动模型中的误差是根据当臂部从第一角度配置切换到第二角度配置时端部工具的位置相对于基准点的偏移来计算的。然后，根据所计算的误差补偿运动学模型。重复这些步骤，直到误差达到零，此时SCARA机器人的运动学模型被认为是校准的。
如’965专利中进一步描述的，校准技术可包括使用某些相机。例如，在一个实施方式中，基准点可以是固定电视相机的观察区域的中心(即，位于端部工具下方的地面上)，并且可以处理相机的输出信号以确定当连杆从第一配置切换到第二配置时，端部工具的位置相对于相机的观察区域的中心的偏移。在另一种实施方式中，第二臂部可以携载相机，并且该技术可以通过将臂部置于第一角度配置开始，在第一角度配置中，在臂部之间测量第二预定内角，以使由第二臂部携载的相机居中在固定基准点的正上方。然后将臂部置于第二角度配置，在该第二角度配置中，在臂部之间测量等于第二预定内角的内角，以使相机标称地再次居中在基准点上方。然后，处理相机的输出信号，以确定在将臂部从第一角度配置切换到第二角度配置时，相机所看到的基准点的位置的偏移。然后，根据相机所看到的基准点的位置的偏移来确定相机的已知位置的误差。然后，这些步骤作为校准过程的一部分被重复，直到误差接近零。
虽然诸如’965专利中描述的那些技术可以用于校准机器人系统，但是在某些应用中，可能不太希望利用这样的技术(例如，可能需要大量时间，和/或在某些操作期间，可能无法为机器人的所有可能的取向提供所需的精度，等等)。可以提供关于这些问题的改进(例如，用于提高工件测量和其他过程期间的位置确定的可靠性、可重复性、速度等)的机器人系统将是理想的。
发明内容
提供该发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
提供一种端部工具计量位置坐标确定系统，作为机器人系统的一部分与机器人一起使用。机器人(例如，关节机器人、SCARA机器人、笛卡尔机器人、圆柱形机器人，球形机器人等)包括可移动臂配置和运动控制系统。可移动臂配置包括端部工具安装配置，其位于可移动臂配置的远端附近。机器人配置为移动所述可移动臂配置，以便在端部工具工作体积中沿着至少两个维度移动安装到端部工具安装配置的端部工具的至少一部分。运动控制系统配置为至少部分地基于使用包含在机器人中的至少一个位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)感测和控制可移动臂配置的位置，以限定为机器人精度的精度水平控制端部工具位置。
所述端部工具计量位置坐标确定系统包括端部工具、第一成像配置、XY标度、图像触发部分和计量位置坐标处理部分。端部工具配置为安装到可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置。第一成像配置包括第一相机并具有光轴。XY标度包括标称平坦基板和分别在基板上的多个相应的可成像特征，其中，相应的可成像特征位于XY标度上的相应的已知的XY标度坐标上。图像触发部分配置为输入与端部工具位置相关的至少一个输入信号，且基于至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，且将第一成像触发信号输出到第一成像配置。第一成像配置配置为响应于接收到第一成像触发信号而在图像获取时间获取XY标度的数字图像。计量位置坐标处理部分配置为输入所获取的图像，并识别包含在XY标度的获取的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置。在各种实施方式中，XY标度可以是增量标度或绝对标度。
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使XY标度或第一成像配置中的可移动的一个联接到端部工具，且另一个配置为联接到靠近机器人的固定元件。XY标度或第一成像配置中的固定的一个限定第一参考位置。在端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置中，标度平面限定为标称地与XY标度的平坦基板重合，并且，法向于标度平面的方向被限定为标度成像轴线方向，且XY标度或第一成像配置中的至少一个布置成使第一成像配置的光轴平行于标度成像轴线方向的方向，且布置成使标度平面沿标度成像轴线方向位于第一成像配置的聚焦范围内。
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使得，当XY标度或第一成像配置中的可移动的一个和XY标度或第一成像配置中的固定的一个布置在操作配置中，且可移动臂配置定位为使XY标度在第一成像配置的视场中时，则计量位置坐标处理部分可操作为基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，以优于机器人精度的精度水平确定XY标度或第一成像配置中的可移动的一个与第一参考位置之间的相对位置。所确定的相对位置指示图像获取时间端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统配置为基于所确定的相对位置和端部工具位置与XY标度或第一成像配置中的可移动的一个之间的已知的坐标位置偏移，确定图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标。
在各种实施方式中，在端部工具计量位置坐标确定系统处于操作配置中时，机器人配置为在平行于标度平面的平面中移动端部工具和XY标度或第一成像配置中的可移动的一个。在各种实施方式中，在平行于标度平面的平面中的这种运动可以在两个维度(例如，x和y维度)上进行，例如通过SCARA机器人、关节机器人等，或者替代地，这种运动可以主要在一个维度(例如，x或y维度)上进行，例如通过线性机器人等。在各种实施方式中，机器人可以包括至少一个相应的旋转接头，其为端部工具提供至少一个相应的旋转自由度，且机器人可以配置为相对于XY标度或第一成像配置中的固定的一个平移和旋转XY标度或第一成像配置中的可移动的一个，包括旋转对应于至少一个相应的旋转自由度的端部工具，以提供操作配置。
在各种实施方式中，XY标度可以联接到端部工具，并且第一成像配置可以联接到固定元件。在各种实施方式中，固定元件可包括布置在端部工具工作体积的至少一部分上方的框架。第一成像配置可以固定到端部工具工作体积的一部分上方的框架。
在各种实施方式中，机器人系统可以在机器人位置坐标模式或端部工具计量位置坐标模式下操作。机器人位置坐标模式可以对应于机器人的独立和/或标准操作模式(例如，机器人独立操作的模式，例如当端部工具计量位置坐标确定系统不活动或者没有提供时)。在机器人位置坐标模式中，机器人运动和对应的端部工具位置由限定为机器人精度的精度水平(即，利用机器人中包含的位置传感器)来控制和确定。与此不同，在端部工具计量位置坐标模式中，相对位置可以由端部工具计量位置坐标确定系统确定，其指示在图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度(例如，优于机器人中包含的位置传感器的精度)。在各种实施方式中，可以利用所确定的位置信息(例如，所确定的相对位置、所确定的端部工具位置的计量位置坐标和/或其他相关的确定的位置信息)来执行指定的功能(例如，作为工件测量的一部分、机器人的定位控制等)。
作为机器人定位控制的一个示例，在端部工具计量位置坐标模式期间，不同于利用机器人中包含的位置传感器来控制端部工具的定位，来自端部工具计量位置坐标确定系统的输出可以被反馈到运动控制系统或以其他方式用于控制端部工具的定位。在各种实施方式中，可以实现混合操作，其中，可以在机器人移动定时的第一部分期间利用包含在机器人中的位置传感器(例如，用于确定/控制臂部的位置和对应的端部工具位置，作为初始/快速/粗略运动定位的一部分)。然后，在机器人移动定时的第二部分期间，不是利用机器人的位置传感器，端部工具计量位置坐标确定系统的输出(例如，所确定的相对位置或相关位置信息)可以被反馈到运动控制系统或以其他方式用于控制定位(例如，用于确定/控制臂部的位置和对应的端部工具位置，作为更准确的最终/慢速/精细运动定位的一部分)。
附图说明
图1是包括关节机器人和端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统的第一示例性实施方式的框图；
图2是类似于图1的机器人系统的机器人系统的第二示例性实施方式的一部分的等距视图，包括关节机器人，其中第一成像配置联接到固定元件；
图3是包括SCARA机器人的机器人系统的第三示例性实施方式的一部分的等距视图，其中第一成像配置联接到固定元件；
图4是包括SCARA机器人的机器人系统的第四示例性实施方式的一部分的等距视图，其中XY标度联接到固定元件；
图5是增量XY标度的示例性实施方式的等距视图；
图6是绝对XY标度的示例性实施方式的等距视图；
图7A和7B是说明用于操作包括机器人和端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统的例程的示例性实施方式的流程图；以及
图8是示出用于确定端部工具位置的例程的一个示例性实施方式的流程图，其中，可以在移动定时的第一部分期间使用位置传感器并且可以在移动定时的第二部分期间使用端部工具计量位置坐标确定系统的确定的相对位置。
具体实施方式
图1是机器人系统100的第一示例性实施方式的框图，该机器人系统100包括机器人110和端部工具计量位置坐标确定系统150。机器人110(例如，关节机器人)包括可移动臂配置MAC和机器人运动控制和处理系统140。端部工具计量位置坐标确定系统150包括端部工具ETL、第一成像配置160-1、XY标度170、图像触发部分181和计量位置坐标处理部分190。在图1的配置中，XY标度170联接到端部工具ETL。如下面将更详细描述的，第一成像配置160-1具有第一光轴OA1，当处于操作配置时，该第一光轴OA1可以与标度成像轴线方向SIA平行。
在图1的示例中，可移动臂配置MAC包括下基部BSE、臂部121-125、运动机构131-135、位置传感器SEN1-SEN5和端部工具安装配置ETMC。如下面将更详细描述的并且如图2中进一步所示，每个臂部121-125可以分别具有相应的近端PE1-PE5和相应的远端的DE1-DE5。在各种实施方式中，臂部121-125中的一些或全部可以安装到相应的臂部121-125的相应的近端PE1-PE5处的相应的运动机构131-135。在图1的示例中，运动机构131-135中的一些或全部(例如，具有相应的电动机的旋转接头)可以实现相应的臂部121-125的运动(例如，旋转)(例如，围绕相应的旋转轴RA1-RA5)。在各种实施方式中，位置传感器SEN1-SEN5(例如，旋转编码器)可用于确定相应的臂部121-125的位置(例如，角度取向)。
在各种实施方式中，可移动臂配置MAC可以具有被指定为终端部分的部分(例如，第五臂部125)。在图1的示例配置中，端部工具安装配置ETMC位于第五臂部125(例如，指定为终端部分)的远端DE5附近(例如，位于远端DE5处)，其对应于远端可移动臂配置MAC的一部分。在各种替代实施方式中，可移动臂配置的终端部分可以是并非臂部的元件(例如，可旋转元件等)，对此，终端部分的至少一部分对应于端部工具安装配置ETMC所在的可移动臂配置的远端。
在各种实施方式中，端部工具安装配置ETMC可以包括用于将端部工具ETL联接和保持在可移动臂配置MAC的远端附近的各种元件。例如，在各种实施方式中，端部工具安装配置ETMC可以包括自动接头连接、磁性联接部分和/或本领域已知的用于将端部工具ETL安装到对应元件的其他联接元件。端部工具安装配置ETMC还可以包括电连接(例如，电力连接、一个或多个信号线等)，用于为端部工具ETL的至少一部分提供电力和/或向和从其发送信号(例如，向和从端部工具感测部分ETSN)。
在各种实施方式中，端部工具ETL可包括端部工具感测部分ETSN和具有接触点CP的端部工具触针ETST(例如，用于接触工件WP的表面)。第五运动机构135位于第四臂部124的远端DE4附近。在各种实施方式中，第五运动机构135(例如，具有对应电动机的旋转接头)可以配置为使第五臂部125围绕旋转轴线RA5旋转(例如，旋转轴线RA5在一些取向上可以平行于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA，例如，当由第四臂部124通过第四运动机构134旋转而如此定向在操作配置中时，等等)。在一些实施方式中，第五运动机构135还可以或替代地包括不同类型的运动机构(例如，线性致动器)，其配置为线性地移动第五臂部125(例如，当在操作配置中如此定向时，在标度成像轴线方向SIA中向上和向下)。在任何情况下，端部工具ETL安装到(例如，联接到)端部工具安装配置ETMC，并且具有对应的端部工具位置ETP，其具有对应的坐标(例如，x，y和z坐标)。在各种实施方式中，端部工具位置ETP可以对应于或接近端部工具安装配置ETMC的位置(例如，在第五臂部125的远端DE5处或附近，其可以对应于可移动臂配置MAC的远端)。
运动控制系统140配置为以限定为机器人精度的精度水平来控制端部工具ETL的端部工具位置ETP。更具体地，运动控制系统140通常配置为至少部分地基于利用用于感测和控制臂部121-125的位置的运动机构131-135和位置传感器SEN1-SEN5以机器人精度控制端部工具位置ETP的坐标(例如，x，y和z坐标)。运动控制和处理系统140可包括运动机构控制和感测部分141-145，其可以分别接收来自相应的位置传感器SEN1-SEN5的信号，以感测相应的臂部121-125的位置(例如，角度位置、线性位置等)，和/或可以向相应的运动机构131-135(例如，包括电动机、线性致动器等)提供控制信号，以移动相应的臂部121-125。
运动控制和处理系统140还可以从端部工具感测部分ETSN接收信号。在各种实施方式中，端部工具感测部分ETSN可以包括与用于感测工件WP的端部工具ETL的操作相关的电路和/或配置。如下面将更详细描述的，在各种实施方式中，端部工具ETL(例如，触碰式探头、扫描式探头、相机等)可用于接触或以其他方式感测工件WP上的表面位置/位置/点，对此，可以由端部工具感测部分ETSN接收、确定和/或处理各种对应的信号，端部工具感测部分ETSN可以向运动控制和处理系统140提供对应的信号。在各种实施方式中，运动控制和处理系统140可以包括端部工具控制和感测部分146，其可以提供向端部工具感测部分ETSN提供信号控制信号和/或从其接收感测信号。在各种实施方式中，端部工具控制和感测部分146和端部工具感测部分ETSN可以合并和/或不可区分。在各种实施方式中，运动机构控制和感测部分141-145和端部工具控制和感测部分146可以都向机器人位置处理部分147提供输出和/或从其接收控制信号，机器人位置处理部分147可以控制和/或确定机器人110的可移动臂配置MAC的总体位置以及对应的端部工具位置ETP，作为机器人运动控制和处理系统140的一部分。
在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150可以包括在机器人110中或者以其他方式添加到机器人110(例如，作为用于添加到现有机器人110等的改型配置的一部分)。通常，端部工具计量位置坐标确定系统150可用于提供用于确定端部工具位置ETP的改进的精度水平。更具体地，如下面将更详细描述的，端部工具计量位置坐标确定系统150可以用于以优于机器人精度的精度水平确定指示端部工具位置ETP的计量位置坐标的相对位置，其至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量。在各种实施方式中(例如，标度成像轴线方向SIA和端部工具触针ETST平行于z轴的情况)，这可以对应于优于机器人精度的精度水平，至少针对在垂直于z轴的x-y平面上的x和y计量位置坐标。
如图1所示，第一成像配置1601联接到靠近机器人110的固定元件STE。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括布置在端部工具工作体积ETWV的至少一部分上方的框架，对此，第一成像配置160-1固定到端部工具工作体积ETWV的一部分上方的框架。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括一个或多个结构支撑元件SSP(例如，从地板、天花板等延伸)，用于将固定元件STE相对于机器人110保持在固定位置(例如，具有固定位置和/或取向)。
在各种实施方式中，端部工具工作体积ETWV由一体积构成，在其中可以移动端部工具ETL和/或XY标度170中的至少一个的至少一部分。在图1的示例中，端部工具工作体积ETWV被示出为包括在检查工件时可在其中移动端部工具ETL的接触点CP的体积。作为一个替代示例，端部工具工作体积可替代地包括当移动端部工具ETL以检查工件时可在其中移动XY标度170的体积。在各种实施方式中，机器人110配置为移动可移动臂配置MAC，以在端部工具工作体积ETWV中沿着至少两个维度(例如，x和y维度)移动安装到端部工具安装配置ETMC的端部工具ETL(例如，接触点CP)的至少一部分。在图1的示例中，端部工具ETL的一部分(例如，接触点CP)可由机器人110沿三个维度(例如，x，y和z维度)移动。
第一成像配置160-1包括第一相机CAM1并具有光轴OA1。在端部工具计量位置坐标确定系统150的操作配置中，第一成像配置160-1的光轴OA1平行于标度成像轴线方向SIA的方向。第一成像配置160-1沿其光轴OA1具有有效聚焦范围REFP。在各种实施方式中，范围REFP可以由第一和第二有效焦点位置EFP1和EFP2约束，如下面将更详细描述的。在给定时间，第一成像配置160-1具有落在REFP范围内的有效焦点位置EFP。在使用可变焦距(VFL)透镜的实施方式中，范围REFP可以对应于VFL透镜的聚焦范围。
在各种实施方式中，所使用的VFL透镜可以是可调谐的声学梯度折射率(TAG)透镜。关于这种TAG透镜的一般操作，在各种实施方式中，镜头控制器(例如，包括在第一成像配置控制和处理部分180中)可以周期性地快速调节或调制TAG透镜的光学功率，以实现能够进行250kHz、或70kHz、或30kHz等周期性调制(即，在TAG透镜谐振频率下)的高速TAG透镜。在这样的配置中，第一成像配置160-1的有效焦点位置EFP可以在REFP范围内(例如，快速地)移动(例如，自动聚焦搜索范围)。有效焦点位置EFP1(或EFPmax)可以对应于TAG透镜的最大光学功率，并且有效焦点位置EFP2(或EFPmin)可以对应于TAG透镜的最大负光学功率。在各种实施方式中，范围REFP的中间可以被指定为EFPnom，并且可以对应于TAG透镜的零光学功率。
在各种实施方式中，可以有利地选择这样的VFL透镜(例如，TAG透镜)和/或相应的范围REFP，使得配置限制或消除对第一成像配置160-1的宏观机械调整和/或部件之间的距离调整以便改变有效焦点位置EFP的需要。例如，在一种实施方式中，在第五臂部125的远端DE5(例如，对应于可移动臂配置MAC的远端)处可能发生未知量的倾斜或“下垂”(例如，由于臂部121-125的重量和/或具体取向，等等)，从第一成像配置160-1到XY标度170的精确焦距可以是未知的和/或可以随着臂部的不同取向而变化，等等。还应该理解的是，在图1的示例配置中，XY标度170与第一成像配置160-1之间的距离通常可根据可移动臂配置MAC的一般操作而改变，这可以将端部工具位置ETP沿着标度成像轴线方向SIA移动到与第一成像配置160-1不同的位置/距离(例如，作为用于扫描工件WP的表面的操作的一部分，等等)。在这样的配置中，可能期望使用VFL透镜，其可以扫描或以其他方式调整有效焦点位置EFP以确定并精确地聚焦在XY标度170。在各种实施方式中，利用VFL透镜的这种技术可以与其他聚焦调节技术结合使用(例如，与可变物镜结合使用，该可变物镜也可以包括在第一成像配置1601中，等等)。
在各种实施方式中，XY标度170包括标称平坦基板SUB(例如，当在操作配置中时，标称地垂直于标度成像轴线方向SIA布置)和分布在基板SUB上的多个相应的可成像特征。相应的可成像特征位于XY标度170上的相应的已知的标度坐标(例如，x和y标度坐标)处。在各种实施方式中，XY标度170可以是增量或绝对标度，如下面将参考图5和6更详细地描述的。
在各种实施方式中，标度平面定义为标称地与XY标度170的平坦基板SUB重合，并且法向于标度平面的方向定义为标度成像轴线方向SIA。在端部工具计量位置坐标确定系统150的操作配置中，可移动的XY标度170布置为使得标度成像轴线方向SIA的方向平行于第一成像配置160-1的光轴OA1，且标度平面沿着标度成像轴线方向SIA位于第一成像配置160-1的聚焦范围REFP内。应当理解，为了将端部工具计量位置坐标确定系统150至少标称地放置在具有上述特性的操作配置中，可以对可移动臂配置MAC臂的部121-125的位置/取向进行各种调整。
如本文所用，术语“标称地”包括落入可接受的容差内的一个或多个参数的变化。作为示例，在一个实施方式中，在本文中，当两个元件之间的角度小于5度时，可以将两者定义为标称地平行。在一个实施方式中，当两者之间的角度小于5度时，第一成像配置1601的光轴OA1可以相应地定义为标称地平行于标度成像轴线方向SIA的方向。按照该定义，当部件被布置成使得第一成像配置160-1的光轴OA1是平行或标称地平行于标度成像轴线方向SIA的方向，并且标度平面沿着标度成像轴线方向SIA位于第一成像配置160-1的聚焦范围内时，端部工具计量位置坐标确定系统150可以相应地定义为至少标称地处于操作配置中(例如，处于或标称地处于操作配置中的至少一个)。
在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150可以配置为使得，当XY标度170或第一成像配置160-1中的可移动的一个和XY标度170或第一成像配置160-1中的固定的一个至少标称地布置在操作配置中，且可移动臂配置MAC定位为使XY标度170在第一成像配置160-1的视场FOV中时，则计量位置坐标处理部分190可操作为以优于机器人精度的精度水平确定XY标度170或第一成像配置160-1中的可移动的一个与第一参考位置REF1之间的相对位置。
在各种实施方式中，机器人110的1至少一部分(例如，可移动臂配置MAC)可以包括至少一个相应的旋转接头，其为端部工具ETL提供至少一个相应的旋转自由度，且机器人110可以配置为相对于XY标度或第一成像配置中的固定的一个平移和旋转XY标度或第一成像配置中的可移动的一个，包括旋转对应于至少一个相应的旋转自由度的端部工具ETL，以至少标称地提供操作配置。关于图1和图2的示例性配置，至少一个相应的旋转接头可以对应于至少第四运动机构134，并且至少一个相应的旋转自由度可以至少对应于围绕旋转轴线RA4的旋转。根据该配置，可以操作第四运动机构134以使第四臂部124旋转，以使标度成像轴线方向SIA成为与光轴OA1平行或标称地平行中的至少一个(例如，至少标称地在操作配置中)。
在某些实施方式中，可以自动地进行这种调整(例如，电路、程序等可用于连续监测第四臂部124的取向，例如通过使用位置传感器SEN4或其他传感器，并利用第四运动机构134连续调整取向，使XY标度170和标度平面与x-y平面平齐/平行，或者以其他方式使标度成像轴方向SIA平行于光轴OA1)。在各种实施方式中，可以连续地执行这样的操作以至少标称地在操作配置中保持端部工具计量位置坐标确定系统150。
在各种实施方式中，在端部工具计量位置坐标确定150系统至少标称地处于操作配置中时，机器人110可以配置为在平行于标度平面的平面中移动端部工具ETL和XY标度或第一成像配置中的可移动的一个。在各种实施方式中，在平行于标度平面的平面中的这种运动可以在两个维度(例如，x和y维度)上进行，例如通过SCARA机器人，关节机器人等，或者，这种运动可以主要在一个维度(例如，x或y维度)上进行，例如通过线性机器人等。在图1和2的示例配置中，关节机器人110可以在平行于标度平面的平面中执行这种移动，例如，通过利用第一运动机构131使第一臂部121围绕旋转轴线RA1旋转，从而产生端部工具ETL和附接的XY标度170在平行于标度平面的平面中在两个维度(例如，x和y维度)上的运动(例如，在可移动臂配置MAC的远端)(例如，这可以允许端部工具计量位置坐标确定系统150在这样的运动期间至少标称地保持在操作配置中)。
在各种实施方式中，图像触发部分181和/或计量位置坐标处理部分190可以被包括作为外部控制系统ECS的一部分(例如，作为外部计算机的一部分等)。可以包括图像触发部分181作为第一成像配置控制和处理部分180的一部分。在各种实施方式中，图像触发部分181配置为输入与端部工具位置ETP相关的至少一个输入信号，且基于至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，且将第一成像触发信号输出到第一成像配置160-1。在各种实施方式中，第一成像配置160-1配置为响应于接收到第一成像触发信号而在图像获取时间获取XY标度170的数字图像。在各种实施方式中，计量位置坐标处理部分190配置为输入获取的图像并识别包含在XY标度170的获取的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置。在各种实施方式中，外部控制系统ECS还可以包括标准机器人位置坐标模式部分149和端部工具计量位置坐标模式部分192，用于实现相应的模式，如下面将更详细描述的。
在各种实施方式中，第一成像配置160-1可以包括周期性地(例如，以设定的定时间隔)激活相机CAM1的图像整合的部件(例如，子电路、例程等)，对此，来自图像触发部分181的第一成像触发信号可以激活闪光灯定时或其他机制以有效地冻结运动并相应地确定整合周期内的曝光。在这样的实施方式中，如果在整合周期期间没有接收到第一成像触发信号，则可以丢弃所得到的图像，其中如果在整合周期期间接收到第一成像触发信号，则可以保存所得到的图像和/或处理/分析以确定相对位置，如下面将更详细描述的。
在各种实施方式中，不同类型的端部工具的ETL可以提供可以相对于图像触发部分181使用的不同类型的输出。例如，在端部工具ETL是触碰式探头的实施方式中，该触头式探头用于测量工件并且当其触碰工件时输出触碰信号(例如，当接触点CP接触工件时)，图像触发部分181可以配置为输入该触碰信号或从其导出的信号，作为至少一个输入信号，基于其来确定第一成像触发信号的定时。在端部工具ETL是触碰式探头的各种实施方式中，触碰式探头的中心轴线可沿着标度成像轴线方向SIA定向(例如，以对应于端部工具轴线EA的触碰式探头的中心轴线)。作为另一示例，在端部工具ETL是用于测量工件并且提供对应于相应的采样定时信号的相应的工件测量采样数据的扫描式探头的实施方式中，图像触发部分181可以配置为输入采样定时信号或从其导出的信号作为至少一个输入信号。作为另一示例，在端部工具是提供对应于相应的工件图像获取信号的相应的工件测量图像的相机的实施方式中，图像触发部分配置为输入工件图像获取信号或从其导出的信号作为至少一个输入信号。
在图1的示例实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150配置为使XY标度170联接到端部工具ETL。另外，第一成像配置160-1联接到固定元件STE(例如，布置在机器人110上方和附近的框架)并且限定第一参考位置REF1。在替代实施方式中(例如，如下面关于图4更详细地描述的)，端部工具计量位置坐标确定系统可以配置为使第一成像配置160-1联接到靠近可移动臂配置MAC的远端的可移动臂配置MAC，并且XY标度170联接固定元件STE并限定第一参考位置REF1。
在任何一种情况下，如下面将更详细描述的，端部工具计量位置坐标确定系统150可以配置为使得，当XY标度170或第一成像配置160-1中的可移动的一个和XY标度170或第一成像配置160-1中的固定的一个布置在操作配置中，且可移动臂配置MAC定位为使XY标度170在第一成像配置160-1的视场FOV中时，则计量位置坐标处理部分190可操作为以优于机器人精度的精度水平确定XY标度170或第一成像配置160-1中的可移动的一个与第一参考位置REF1之间的相对位置。确定的相对位置指示图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标ETP，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向SIA中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。
在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150可以配置为基于确定的相对位置和端部工具位置ETP与XY标度170或第一成像配置160-1中的可移动的一个之间的已知的坐标位置偏移，确定图像获取时间的端部工具位置ETP的计量位置坐标。应当理解，这种系统可以具有优于各种替代系统的某些优点。例如，在各种实施方式中，诸如本文所公开的系统可以比利用诸如激光跟踪器或摄影测量技术的用于跟踪机器人移动/位置的技术的替代系统更小和/或更便宜，并且在一些实施方式中也可以具有更高的精度。所公开的系统也不会占用或掩盖端部工具工作体积ETWV的任何部分，例如可能包括地面或舞台上的标度或基准的替代系统，或者在相同区域(例如，在端部工具工作体积ETWV中)中，其中工件可以以其他方式工作和/或检查，等等。
图2是类似于图1的机器人系统100的机器人系统200的第二示例性实施方式的一部分的等距视图，其中第一成像配置1601联接到固定元件STE(例如，图1的固定元件STE)。应当理解，图2的某些编号的部件(例如，1XX，1XX'或2XX)可以对应于和/或具有与图1的相同或相似编号的对应部件(例如，1XX)类似的操作，并且可以理解为与其类似或相同，并且可以通过与其类似的方式理解，并且如下文所述。这种用于指示具有类似和/或相同设计和/或功能的元件的编号方案也适用于下面的图3-6。
在图2的配置中(即，类似于图1的配置)，第一成像配置1601联接到的固定元件STE可以包括布置在机器人110上方的框架。可移动臂配置MAC包括臂部121-125，并且XY标度170联接到端部工具ETL。在各种实施方式中，支架BRKT用于将XY标度170联接到端部工具ETL。在其他配置中，可以使用其他联接配置来将XY标度170联接到端部工具ETL。在各种实施方式中(例如，如图1和2所示)，XY标度170可主要位于端部工具ETL或触针ETST的一侧。在各种替代实施方式中，XY标度170可以至少部分地在标度平面中围绕端部工具ETL或触针ETST中的至少一个。
在各种实施方式中，XY标度170可以尽可能接近地联接到接触点CP，例如使标度平面尽可能靠近接触点CP(例如，以便减小在某些情况下可能发生的某些类型的位置误差的大小)。例如，如果标度成像轴线方向SIA未对齐以与光轴OA1平行，则接触点CP的位置与XY标度170指示的位置(例如，在x-y平面中)之间可能存在差异，对此，通过将XY标度170联接到端部工具ETL，尽可能接近接触点CP，可以减小这种差异。
如图2所示，第一臂部121(例如，上基部)安装到第一臂部121的近端PE1处的第一运动机构131(例如，包括旋转接头)。第一运动机构131位于下支撑基部BSE的上端处并且具有沿着标度成像轴线方向SIA对齐的旋转轴线RA1，使得第一臂部121在垂直于标度成像轴线方向SIA的平面中旋转。在第一成像配置160-1的光轴OA1(例如，相应地，操作配置中的标度成像轴线方向SIA)平行于z轴的实施方式中，第一臂部121可以在垂直于z轴的x-y平面中相应地旋转。在各种实施方式中，位置传感器SEN1(例如，旋转编码器)可用于确定第一臂部121的角度位置(例如，角度取向)。
第二运动机构132(例如，包括旋转接头)位于第一臂部121的远端DE1附近。第二运动机构132具有旋转轴线RA2(例如，其可以标称地沿着垂直于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的方向对齐)。第二臂部122在第二臂部122的近端PE2处安装到第二运动机构132，使得第二臂部122围绕第二运动机构132移动(例如，在可以标称地平行于光轴OA1和/或标度成像轴方向SIA的平面中)。在各种实施方式中，位置传感器SEN2(例如，旋转编码器)可以用于确定第二臂部122的角度位置(例如，在可以平行于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的平面中)。
第三运动机构133(例如，包括旋转接头)位于第二臂部122的远端DE2处。第三运动机构133具有旋转轴线RA3(例如，其可以标称地沿着垂直于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的方向对齐)。第三臂部123在第三臂部123的近端PE3处安装到第三运动机构133，使得第三臂部123围绕第三运动机构133移动(例如，在可以标称地平行于光轴OA1和/或标度成像轴方向SIA的平面中)。在各种实施方式中，位置传感器SEN3(例如，旋转编码器)可以用于确定第三臂部123的角度位置(例如，在可以平行于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的平面中)。
第四运动机构134(例如，包括旋转接头)位于第三臂部123的远端DE3处。第四运动机构134具有旋转轴线RA4(例如，其可以标称地沿着垂直于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的方向对齐)。第四臂部124在第四臂部124的近端PE4处安装到第四运动机构134，使得第四臂部124旋转(例如，在可以标称地平行于光轴OA1和/或标度成像轴方向SIA的平面中)。在各种实施方式中，位置传感器SEN4(例如，旋转编码器)可以用于确定第四臂部124的角度位置(例如，在可以平行于光轴OA1和/或标度成像轴线方向SIA的平面中)。
第五运动机构135位于第四臂部124的远端DE4处。如上所述，在一些实施方式中，第五运动机构135(例如，包括旋转接头)可以配置为使第五臂部125围绕旋转轴线RA5旋转(例如，旋转轴线RA5可以平行于标度成像轴线方向SAI并且在一些方向上可以平行于光轴OA1，例如，当在操作配置中如此定向时，通过第四臂部124由第四运动机构134的旋转，等等)。在这样的配置中，第五臂部125可以在第五臂部125的近端PE5处安装到第五运动机构135。在一些实施方式中，第五运动机构135还可以或替代地包括不同类型的运动机构(例如，线性致动器)，其配置为线性地移动第五臂部125(例如，当在操作配置中如此定向时，在标度成像轴线方向SIA中向上和向下)。在各种实施方式中，第五臂部125可以被指定为可移动臂配置MAC的终端部分，其中，可移动臂配置MAC的远端对应于第五臂部125的远端DE5，在此处可以设置端部工具安装配置ETMC。在第五运动机构135包括旋转接头并且标度成像轴线方向SIA在操作配置中与z轴平行的实施方式中，联接到端部工具ETL的XY标度170可以在垂直于z轴的x-y平面中相应地旋转。
在各种实施方式中，如上所述，XY标度170可以主要位于触针或端部工具ETL的一侧(例如，如图2所示)，并且端部工具ETL可以配置为旋转(例如，通过第五运动机构135)，使得端部工具ETL的接触点CP可以移动为与工件WP接触而不会使XY标度170干涉。更具体地，在XY标度170主要位于一侧的配置中，当接触点CP朝向工件移动时，在某些情况下并且对于某些取向，在接触点CP可以移动到与工件WP接触之前，XY标度可能无意中与工件WP物理接触。为了防止这种情况发生，端部工具ETL或其一部分可以旋转(例如，通过运动机构135)，以使XY标度170远离工件WP旋转，从而允许接触点CP接触工件WP而没有使XY标度170妨碍或以其他方式干涉。
在各种实施方式中，可以指定不同的参考轴线和线用于参考可移动臂配置MAC的部件的某些运动、坐标和角度。作为一些具体示例，如图2所示，第二臂部122和第三臂部123可以分别具有指定的中心线CL2和CL3，其向下通过相应的臂部的中心。角度A2(例如，其可以对应于第二运动机构132的旋转量)可以被指定为发生在第二臂部122的中心线CL2和平面之间(例如，在操作配置中平行于标度平面，当光轴OA1平行于z轴时，其可以在x-y平面中)。角度A3可以被指定为出现在第二臂部122的中心线CL2和第三臂部123的中心线CL3之间(例如，根据第三运动机构133绕第三旋转轴线RA3的旋转量)。应当理解，其他臂部121、124和125可以类似地具有相应的参考线和/或轴线等，用于参考可移动臂配置MAC的部件的某些运动、坐标和角度。
在各种实施方式中，端部工具ETL可以安装(例如，联接)到靠近第五臂部125的远端DE5的端部工具安装配置ETMC。端部工具ETL可被指定为具有端部工具轴线EA(例如，穿过触针ETST的中间和/或中心轴线)，其可以与第五运动机构135的第五旋转轴线RA5重合，并且可以与第四运动机构134的第四旋转轴线RA4的延长线相交。在各种实施方式中，端部工具轴线EA穿过端部工具位置ETP，并且具有从XY标度170的已知的坐标位置偏移，并且在操作配置中与标度成像轴线方向SIA平行(例如，使得具有触针ETST的端部工具ETL平行于标度成像轴线方向SIA)。相应地，在端部工具位置ETP和XY标度170之间可能存在已知的坐标位置偏移。例如，XY标度170可以具有指定的参考点(例如，在XY标度170的中心或边缘处)，其具有从端部工具轴线EA(例如，并且相应地从端部工具位置ETP)的已知的坐标位置偏移(例如，在平行于标度平面的平面中的已知距离或以其他方式)。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的偏移分量表示(例如，已知的x偏移和已知的y偏移和/或已知距离结合第五臂部125围绕旋转轴线RA5的角度取向，例如可以从位置传感器SEN5确定)。
在各种实施方式中，端部工具位置ETP和XY标度170之间的已知的坐标位置偏移可以用作确定端部工具位置ETP的计量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，端部工具计量位置坐标确定系统150可以配置成使得计量位置坐标处理部分190操作为基于在获取的图像中确定(即，XY标度170的)所识别的至少一个相应的可成像特征的图像位置，来确定XY标度170和第一参考位置REF1之间的相对位置(即，由固定的第一成像配置160-1限定)。端部工具计量位置坐标确定系统150还可以配置为基于确定的相对位置和端部工具位置ETP与XY标度170之间的已知的坐标位置偏移，确定端部工具位置ETP的计量位置坐标。在一个具体的示例实施方式中，可以将已知的坐标位置偏移(例如，以已知的偏移分量表示，例如已知的x偏移和已知的y偏移和/或已知距离与第五臂部125围绕旋转轴线RA5的角度取向的组合，例如可以从位置传感器SEN5确定)添加到所确定的相对位置或以其他方式与所确定的相对位置组合，以便确定端部工具位置ETP的计量位置坐标。
作为一个具体的示例位置坐标配置，在一种实施方式中，其中在操作配置中，标度成像轴线方向SIA与z轴平行，可以将XY标度170指定为在X0，Y0，Z0处具有参考位置(例如，原点位置)(例如，对于原点位置，其可以具有值0,0,0)。在这样的配置中，参考位置REF1(即，由固定的第一成像配置160-1限定)可以在X1，Y1，Z1的相对坐标处，且相应视场FOV的中心(例如，对应于获取的图像)可以在X1，Y1，Z0的相对坐标处。端部工具轴线EA在从XY标度170延伸的x-y平面中的位置可以被指定为具有X2，Y2，Z0的相对坐标。端部工具位置ETP可以被指定为具有X2，Y2，Z2的坐标。在各种实施方式中，端部工具ETL可具有接触点CP(例如，在用于接触工件的端部工具触针ETST的端部处)，其可被指定为具有坐标X3，Y3，Z3。在端部工具ETL的接触点CP相对于端部工具的其余部分在x或y方向上不变化的实施方式中，X3和Y3坐标可分别等于X2和Y2坐标。
在一个具体的示例实施方式中，可以通过计量位置坐标处理部分190分析获取的图像以确定相对位置(例如，确定对应于固定的第一成像配置160-1的视场FOV的中心的X1，Y1坐标)。可以根据标准相机/标度图像处理技术(例如，用于确定相机相对于标度的位置)来进行这种确定。在美国专利No.6,781,694；6,937,349；5,798,947；6,222,940和6,640,008中描述了这种技术的各种示例，其全部内容通过引用并入本文。在各种实施方式中，这些技术可用于确定视场在标度范围(例如，在XY标度170内)内的位置(例如，对应于相机的位置)，下面参考图5和6更详细地描述。在各种实施方式中，这样的确定可以包括识别包括在XY标度170的获取图像中的至少一个相应的可成像特征和相关的相应的已知的XY标度坐标位置。这样的确定可以对应于确定XY标度170和第一参考位置REF1之间的相对位置(即，如固定的第一成像配置160-1所限定的)。然后可以根据端部工具位置ETP和XY标度170之间的已知的坐标位置偏移来确定相对的X2，Y2坐标(即，端部工具位置ETP的相对的X2，Y2坐标)(例如，将已知的x和y位置偏移值添加到X1和Y1以便确定X2和Y2)。
如上所述，在各种实施方式中，确定的相对位置(例如，对应于相对于X0，Y0坐标的X1，Y1坐标的确定)指示图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标(例如，X2，Y2坐标)，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。在上面的示例中，在操作配置中标度成像轴线方向SIA平行于z轴的配置中，这可以对应于优于机器人精度的精度水平，其至少针对垂直于z轴的x-y平面中的x和y计量位置坐标(或更一般地，在各种实施方式中，在类似于x-y平面的坐标平面中，优于机器人精度，但是其横向于z轴并且不一定完全垂直于z轴)。更具体地，在这样的配置中，垂直于标度成像轴线方向SIA的x和y计量位置坐标的矢量分量可以对应于由分量对(X1-X0，Y1-Y0)表示的矢量，或者其中X0和Y0等于0，简单地为(X1，Y1)。
在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150还可包括一个或多个附加的成像配置。例如，如图2所示，端部工具计量位置坐标确定系统150可包括第二成像配置160-2，其具有第二相机CAM2和第二光轴OA2，第二光轴OA2在操作配置中与标度成像轴线方向SIA的方向平行。第二成像配置160-2可以限定第二参考位置REF2(例如，具有X1'，Y1'和Z1的相对坐标)。第二成像配置160-2沿其光轴OA2具有有效聚焦范围REFP。在这样的配置中，图像触发部分181还可以配置为输入与端部工具位置ETP相关的至少一个输入信号，且基于至少一个输入信号确定第二成像触发信号的定时，且将第二成像触发信号输出到第二成像配置160-2。在各种实施方式中，第二成像配置160-2可以配置为配置为响应于接收到第二成像触发信号而在图像获取时间获取XY标度170的数字图像。计量位置坐标处理部分190还可以配置为输入获取的图像并识别包含在XY标度170的获取的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置。
在各种实施方式中，计量位置坐标处理部分190可以操作为基于确定识别的至少一个相应的可成像特征在获取的图像中的图像位置，而以优于机器人精度的精度水平确定Y标度170和第二参考位置REF2之间的相对位置。在这样的实施方式中，确定的相对位置指示图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。
在各种实施方式中，输入到图像触发部分181的至少一个输入信号包括源自运动控制系统140的一个或多个信号。在这样的配置中，图像触发部分181可以配置为基于源自运动控制系统140的一个或多个信号来确定XY标度170是否与第一成像配置160-1或第二成像配置160-2对齐。如果确定XY标度170与第一成像配置160-1对齐(例如，使得XY标度170的足够部分由第一成像配置160-1成像)，则图像触发部分181配置为输出第一成像触发信号。不同地，如果确定XY标度170与第二成像配置160-2对齐(例如，使得XY标度170的足够部分由第二成像配置160-2成像)，则图像触发部分181配置为输出第二成像触发信号。应当理解，在这样的实施方式中，XY标度170可以相对于第一成像配置160-1或第二成像配置160-2中的至少一个处于操作配置。
图3是包括机器人110'(例如，SCARA机器人)的机器人系统300的第三示例性实施方式的一部分的等距视图，其中第一成像配置160-1联接到靠近机器人110'的固定元件STE。在图3的示例中，可移动臂配置MAC包括下基部BSE'、臂部121'-123'、运动机构131'-133'、位置传感器SEN1'-SEN3'和端部工具安装配置ETMC。臂部121'-123’中的每一个具有相应的近端PE1'-PE3'和相应的远端DE1'-DE3'。在各种实施方式中，臂部121'-123’中的一些或全部可以安装到相应的臂部121'-123'的相应的近端PE1'-PE3'处的相应的运动机构131'-133'。
在图3的示例中，运动机构131'-133’中的一些或全部(例如，包括具有相应的旋转电动机的旋转接头、具有线性致动器的线性运动机构，等等)可以实现相应的臂部121'-123’的运动(例如，旋转运动、线性运动，等等)(例如，围绕和/或沿着相应的轴线RA1'-RA3'，等等)。在各种实施方式中，位置传感器SEN1'-SEN3’(例如，旋转编码器、线性编码器，等等)可用于确定相应的臂部121-123的位置(例如，角度取向、线性位置，等等)。在各种实施方式中，可移动臂配置MAC'可以具有被指定为终端部分的部分(例如，第三臂部123')。在图1的示例配置中，端部工具安装配置ETMC位于第三臂部123'(例如，指定为可移动臂配置MAC'的终端部分)的远端DE3'附近(例如，位于远端DE3'处)，其对应于远端可移动臂配置MAC'的一部分。在各种替代实施方式中，可移动臂配置的终端部分可以是并非臂部的元件(例如，可旋转元件等)，对此，终端部分的至少一部分对应于可移动臂配置的远端，端部工具安装配置ETMC可以位于该远端附近。
如上所述，在各种实施方式中，端部工具ETL可包括端部工具感测部分ETSN和具有接触点CP的端部工具触针ETST(例如，用于接触工件WP的表面)。第三运动机构133'位于第二臂部122的远端DE2'附近。如上所述，在一些实施方式中，第三运动机构133'(例如，具有相应电动机的旋转接头)可以配置为使第三臂部123'围绕旋转轴线RA3'旋转(例如，旋转轴线RA3'在操作配置中可以平行于标度成像轴线方向SIA和/或光轴OA1')。
在一些实施方式中，第三运动机构133'还可以或替代地包括不同类型的运动机构(例如，线性致动器)，其配置为线性地移动第三臂部123(例如，当在操作配置中如此定向时，在标度成像轴线方向SIA中向上和向下，例如用于使接触点CP接触工件WP上的表面点)。在任何情况下，端部工具ETL安装到(例如，联接到)端部工具安装配置ETMC，并且具有对应的端部工具位置ETP，其具有对应的坐标(例如，x，y和z坐标)。在各种实施方式中，端部工具位置ETP可以对应于或接近端部工具安装配置ETMC的位置(例如，在第五臂部123'的远端DE3'处或附近，其对应于可移动臂配置MAC的远端)。
如上所述，在各种实施方式中，机器人110'配置为移动可移动臂配置MAC，以在端部工具工作体积中沿着至少两个维度(例如，x和y维度)移动安装到端部工具安装配置ETMC的端部工具ETL(例如，接触点CP)的至少一部分。在图3的示例中，端部工具ETL的一部分(例如，接触点CP)可由机器人110'通过第一臂部121'和第二臂部122'的运动沿至少两个维度(例如，x和y维度)移动，且还可以通过第三臂部123'的运动(例如，利用线性致动器，其作为第三运动机构133'的一部分，等等)沿第三维度(例如，z维度)移动。
如上所述，图1的运动控制系统140配置为以限定为机器人精度的精度水平来控制端部工具ETL的端部工具位置ETP。更具体地，运动控制系统140通常配置为至少部分地基于利用用于感测和控制臂部121'-123'的位置的运动机构131'-133'和位置传感器SEN1'-SEN3’以机器人精度控制端部工具位置ETP的坐标(例如，x，y和z坐标)。运动控制和处理系统140可包括运动机构控制和感测部分(例如，运动机构控制和感测部分141-143)，其可以分别接收来自相应的位置传感器SEN1'-SEN3'的信号，以感测相应的臂部121'-123’的位置(例如，角度位置、线性位置等)，和/或可以向相应的运动机构131'-133'(例如，包括电动机、旋转接头、线性致动器等)提供控制信号，以移动相应的臂部121'-123'。
在图3的示例实施方式中，机器人110'的可移动臂配置MAC'可以配置为使得标度成像轴线方向SIA大致平行于z轴方向。在这样的配置中，第一运动机构131'(例如，位于支撑基部BSE'的上端)可以使其旋转轴线RA1'沿z轴方向对齐(例如，平行于标度成像轴线方向SIA)，使得第一臂部121'在垂直于z轴的x-y平面(例如，平行于标度平面)中绕第一运动机构131'移动。第一臂部121'安装到第一臂部121'的近端PE1'处的第一运动机构131'。第二运动机构132'位于第一臂部121'的远端DE1’处。第二运动机构132'的旋转轴线RA2'可以标称地沿z轴方向对齐(例如，平行于标度成像轴线方向SIA)。第二臂部122'安装到第二臂部122'的近端PE2'处的第二运动机构132'，使得第二臂部122'可以标称地在垂直于z轴的x-y平面中绕第二运动机构132'移动。
第三运动机构133’(例如，包括旋转接头)位于第二臂部122'的远端DE2处。第三运动机构133'的旋转轴线RA3'可以标称地沿z轴方向对齐(例如，平行于标度成像轴线方向SIA)。第三臂部123'可以安装到第三臂部123'的近端PE3'处的第三运动机构133'。在各种实施方式中，位置传感器SEN3(例如，包括旋转编码器)可用于确定第三臂部123'的角度位置(例如，角度取向)。如上所述，在一些实施方式中，第三运动机构133'还可以或替代地包括不同类型的运动机构(例如，线性致动器)，其可以配置为上下移动第三臂部123'(例如，在z轴方向)。位置传感器SEN3还可以或替代地包括线性编码器，用于感测第三臂部123'的线性位置(例如，沿z轴方向)。
如上所述，运动控制系统140配置为以限定为机器人精度的精度水平来控制端部工具ETL的端部工具位置ETP。更具体地，在图3的示例配置中，运动控制系统140通常配置为至少部分地基于分别使用位置传感器的SEN1'和SEN2’来感测和控制第一臂部121'和第二臂部122'关于第一运动机构131'和第二运动机构132'的角度位置(例如，在x-y平面中)，来以机器人精度控制端部工具位置ETP的x和y坐标。在各种实施方式中，运动控制和处理系统140可包括运动机构控制和感测部分(例如，第一和第二运动机构控制和感测部分141和142)，其可以分别从位置传感器SEN1'和SEN2'接收信号，用于检测第一臂部121'和第二臂部122'的角度位置，和/或可以在第一运动机构131'和第二运动机构132'中提供控制信号(例如，到电动机等)，以旋转第一臂部121'和第二臂部122'。
此外，运动控制和处理系统140通常可以配置为至少部分地基于使用第三运动机构133'(例如，包括线性致动器)和位置传感器SEN3'(例如，包括线性编码器)来感测和控制第三臂部123'的线性位置(例如，沿z轴)，来用机器人精度控制端部工具位置ETP的z坐标。在各种实施方式中，运动控制和处理系统140可包括运动机构控制和感测部分(例如，运动机制控制和感测部分143)，其可以从位置传感器SEN3'接收信号(例如，用于感测第三臂部123'的线性位置)，和/或可以向第三运动机构133'(例如，包括线性致动器)提供控制信号以控制第三臂部123'的位置(例如，z位置)。如上所述，运动控制和处理系统140还可以从端部工具感测部分ETSN接收信号。
如上所述，端部工具计量位置坐标确定系统150可以用于以优于机器人精度的精度水平确定指示端部工具位置ETP的计量位置坐标的相对位置，其至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量。在各种实施方式中(例如，在图3的配置中，其中标度成像轴线方向SIA平行于z轴)，这可以对应于优于机器人精度的精度水平，至少针对在垂直于z轴的x-y平面上的x和y计量位置坐标。
第一成像配置160-1和XY标度170通常如上面关于图1和2所述的那样操作。在图3的示例配置中，第一成像配置160-1包括第一相机CAM1并具有光轴OA1'，当在操作配置中时，光轴OA1'可以与标度成像轴线方向SIA平行(例如，平行于z轴)。在各种实施方式中，可以有利地选择这样的VFL透镜(例如，TAG透镜)和第一成像配置160-1的相应的范围REFP，使得配置限制或消除对第一成像配置160-1的宏观机械调整和/或部件之间的距离调整以便改变有效焦点位置EFP的需要。例如，在一种实施方式中，在第二臂部122’的远端DE2'处可能发生未知量的倾斜或“下垂”(例如，由于第一臂部121'和第二臂部122'的重量和/或具体取向，等等)，从第一成像配置160-1到XY标度170的精确焦距可以是未知的和/或可以随着臂部的不同取向而变化，等等。在这样的配置中，可能期望使用VFL透镜，其可以扫描或以其他方式调整有效焦点位置EFP以确定正确的焦距并精确地聚焦在XY标度170。
在图3的配置中，可以指定不同的参考轴线和线用于参考可移动臂配置MAC'的部件的某些运动、坐标和角度。例如，第一臂部121'和第二臂部122'可以分别具有指定的水平中心线CL1'和CL2'，其向下通过相应的臂部的中心。根据第一运动机构131'绕第一旋转轴线RA1'的旋转量，角度A1'可以被指定为发生在第一臂部121'的中心线CL1'和平面(例如，x-z平面)之间。根据第二运动机构132'绕第二旋转轴线RA2'的旋转量，角度A2'可以指定为发生在第一臂部121'的水平中心线CL1'和第二臂部122'的水平中心线CL2'之间。
在各种实施方式中，端部工具轴线EA(例如，穿过第三臂部123'的中心，端部工具位置ETP，和/或端部工具触针ETST的中心)可以标称地与第二臂部122'的中心线CL2'相交，对此，通常可以假设端部工具轴线EA标称地与旋转轴线RA2'重合(例如，平行于z轴方向)。在各种实施方式中，端部工具轴线EA穿过端部工具位置ETP，并且具有从XY标度170的已知的坐标位置偏移(例如，对于x和y坐标)。相应地，在端部工具位置ETP和XY标度170之间可能存在已知的坐标位置偏移。例如，XY标度170可以具有指定的参考点(例如，在XY标度170的中心或边缘处)，其具有在x-y平面中从端部工具轴线EA和相应地从端部工具位置ETP的已知的坐标位置偏移(例如，已知的距离)。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的x偏移和已知的y偏移和/或已知距离结合第三臂部123'围绕旋转轴线RA3'的角度取向表示，例如可以从位置传感器SEN3’确定。
作为一个具体示例位置坐标配置，类似于上面关于图2描述的配置，XY标度170可以被指定为具有在X0，Y0，Z0处的参考位置(例如，原点位置)(例如，对于原始位置，可具有值0，0，0)。在这样的配置中，参考位置REF1(即，由固定的第一成像配置160-1限定)可以在X1，Y1，Z1的相对坐标处，且相应视场FOV的中心(例如，对应于获取的图像)可以在X1，Y1，Z0的相对坐标处。端部工具轴线EA在从XY标度170延伸的x-y平面中的位置可以被指定为具有X2，Y2，Z0的相对坐标。端部工具位置ETP可以被指定为具有X2，Y2，Z2的坐标。在各种实施方式中，接触点CP(例如，在用于接触工件的端部工具触针ETST的端部处)可被指定为具有坐标X3，Y3，Z3。在端部工具ETL的接触点CP相对于端部工具的其余部分在x或y方向上不变化的实施方式中，X3和Y3坐标可分别等于X2和Y2坐标。
类似于上文关于图2所述的示例，在各种实施方式中，确定的相对位置(例如，对应于相对于X0，Y0坐标的X1，Y1坐标的确定)指示图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标(例如，X2，Y2坐标)，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。在各种实施方式中，端部工具计量位置坐标确定系统150可以进一步包括一个或多个附加成像配置(例如，成像配置160-2，其限定第二参考位置REF2，如上面关于图2所描述的)，其可以类似地用于确定相对位置(例如，在XY标度170和第二参考位置REF2之间)。
如上所述，在各种实施方式中，机器人110'和端部工具计量位置坐标确定系统150可以被布置为至少标称地提供端部工具计量位置坐标确定系统150的操作配置。标度平面定义为标称地与XY标度170的平坦基板重合，并且法向于标度平面的方向定义为标度成像轴线方向SIA。XY标度170或第一成像配置160-1中的至少一个可以配置为使第一成像配置160-1的光轴OA1平行于或标称地平行于标度成像轴线方向SIA的方向，且使标度平面沿着标度成像轴线方向SIA位于第一成像配置160-1的聚焦范围内。
如上所述，机器人110'(即，包括可移动臂配置MAC')配置为在平行于标度平面的平面中移动端部工具ETL和XY标度170(即，附接到端部工具)，而端部工具计量位置坐标确定系统150可至少标称地处于操作配置中。更具体地，在图3和4的示例配置中，例如，通过利用第一运动机构131'或第二运动机构132'中的一个或两个，使相应的臂部121'或122'围绕相应的旋转轴线RA1'或RA2'旋转，SCARA机器人110'可以在平行或标称地平行于标度平面的平面中执行这种移动。臂部121'和122'中的任一个或两个的这种旋转在与标度平面平行的平面中在两个维度上(例如，x和y维度)产生端部工具ETL和附接的XY标度170(图3)或附接的第一成像配置160-1(图4)的相应运动(例如，在可移动臂配置MAC'的远端处)(例如，其允许端部工具计量位置坐标确定系统150在这种运动期间至少标称地保持在操作配置中)。
应当理解，在如上所述的图3的示例实施方式中(例如，对于可移动臂配置MAC'的一般操作和取向)，在各种实施方式中，可能需要很少或不需要调整以至少标称地实现操作配置。更具体地，如上所述，可移动臂配置MAC'的一般运动可以使得标度成像轴线方向SIA是与光轴OA1平行或标称地平行中的至少一个(例如，并且可以根据在x-y平面中或者标称地在x-y平面中的第一臂部121'和第二臂部122'的旋转保持如此)。这样的配置可以减少或消除对某些类型的调整的需要(例如，减少或消除对XY标度170的取向的某些类型的调整的需要，例如在图1和2的示例实施方式中，其中第四运动机构134可用于调节XY标度170的取向，等等)。在各种实施方式中，这些特征(例如，包括标度成像轴线方向SIA在可移动臂配置MAC'的移动期间保持与光轴OA平行或标称地平行，因此需要较少的调整以至少标称地保持操作配置)可以被认为是结合端部工具计量位置坐标确定系统150使用可移动臂配置MAC'的优点。
图4是机器人系统400的第四示例性实施方式的一部分的等距视图，其包括机器人110'(例如，SCARA机器人)和端部工具计量位置坐标确定系统150'，其中XY标度170'联接到靠近机器人110'的固定元件STE并且限定第一参考位置REF1'。在图4的配置中，第一成像配置160-1’联接到端部工具ETL(例如，通过支架BRKT或其他联接机构)。在第一成像配置160-1'中，第一成像配置160-1'可以联接到端部工具ETL，使得其光轴OA1'尽可能接近地沿Z轴方向与接触点CP对齐(例如，以减少在某些情况下由于端部工具ETL的下垂或倾斜而可能发生的某些类型的位置误差的大小)。在任何情况下，在端部工具计量位置坐标确定系统150’的操作配置中，第一成像配置160-1’布置为使第一成像配置160-1’的光轴OA1’平行于标度成像轴线方向SIA’的方向，且使标度平面沿着标度成像轴线方向SIA’位于第一成像配置160-1’的聚焦范围内。
在各种实施方式中，XY标度170'可以相对较大(例如，覆盖端部工具工作体积上方的整个区域，等等)。可以理解的是，在某些情况下，XY标度170'可以比图1、2和3的XY标度170相对较大，因为XY标度170'没有附接到可移动臂配置MAC'，因此没有一定的相应尺寸或重量限制(例如，XY标度170'的尺寸不会干涉可移动臂配置MAC'在有限的空间区域中和/或工件附近的移动，等等)。
在各种实施方式中，端部工具轴线EA具有从第一成像配置160-1'的已知的坐标位置偏移(例如，对于x和y坐标)。相应地，在端部工具位置ETP和第一成像配置160-1'之间可能存在已知的坐标位置偏移。例如，第一成像配置160-1’可以具有指定的参考点(例如，在X第一成像配置160-1’的中心或边缘处)，其具有从端部工具轴线EA和相应地从端部工具位置ETP的已知的坐标位置偏移(例如，在x-y平面中的已知的距离)。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的x偏移和已知的y偏移和/或已知距离结合第三臂部123'围绕旋转轴线RA3'的角度取向，例如可以从位置传感器SEN3’确定。
在各种实施方式中，端部工具位置ETP和第一成像配置160-1'之间的已知的坐标位置偏移可以用作确定端部工具位置ETP的计量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，端部工具计量位置坐标确定系统150可以配置成使得计量位置坐标处理部分190操作为基于在获取的图像中确定(即，XY标度170’的)所识别的至少一个相应的可成像特征的图像位置，来确定第一成像配置160-1’和第一参考位置REF1'之间的相对位置(即，由固定的XY标度170’限定)。端部工具计量位置坐标确定系统150还可以配置为基于确定的相对位置和端部工具位置ETP与第一成像配置160-1’之间的已知的坐标位置偏移，确定端部工具位置ETP的计量位置坐标。在一个具体的示例实施方式中，可以将已知的坐标位置偏移(例如，表示为已知的x偏移和已知的y偏移和/或已知距离与第三臂部123围绕旋转轴线RA3'的角度取向的组合，例如可以从位置传感器SEN3'确定)添加到所确定的相对位置或以其他方式与所确定的相对位置组合，以便确定端部工具位置ETP的计量位置坐标。
作为一个具体示例位置坐标配置，XY标度170'可被指定为在X0，Y0，Z0(例如，其可具有值0，0，0)处具有参考位置REF1'(例如，原点位置)。第一成像配置160-1'可以处于相对坐标为X1，Y1，Z1的位置，并且相应的视场FOV的中心(例如，如在获取的图像中捕获的)可以在X1，Y1，Z0的相对坐标处。端部工具轴线EA在从第一成像配置160-1'延伸的x-y平面中的位置可以被指定为具有相对坐标X2，Y2，Z1。端部工具位置ETP可以被指定为具有X2，Y2，Z2的坐标。在各种实施方式中，接触点CP(例如，在用于接触工件的端部工具触针ETST的端部处)可被指定为具有坐标X3，Y3，Z3。在端部工具ETL的接触点CP相对于端部工具的其余部分在方向上(例如，在x或y方向上)不变化的实施方式中，X3和Y3坐标可分别等于X2和Y2坐标。应当理解，一些实施方式可以包括类似于XY标度170'的附加的相应XY标度，其可以被指定为具有相应的参考位置(例如，与参考位置REF1'类似但不同)。在这样的实施方式中，除了“第一”XY标度170'之外的XY标度(例如，第二XY标度，第三XY标度等)可以与机器人的整个工作体积内的相应的位置处相应的高精度端部工具计量位置坐标确定体积相关联。
在各种实施方式中，与图3的机器人系统300相比，图4的机器人系统400可具有某些不同的设计考虑因素和方面(例如，分别与第一臂部121'和第二臂部122'的远端DE1'和DE2'处的可能的垂直位移或下垂有关)。在可能发生这种位移或下垂的实施方式中(例如，由于臂部、成像配置160-1'的重量和/或不同的取向，等等)，对于相应移位的第一成像配置160-1'的视场FOV，可能在图4的机器人系统400中经历特别不希望的效果。更具体地，这种垂直位移或下垂可能导致视场FOV在XY标度170'上的位置的相对显著的偏移/变化(例如，对应于光轴OA1'的远离平行于标度成像轴线方向SIA并因此远离操作配置的取向的偏移)，这可能导致端部工具位置ETP的确定的相对位置和相应的计量位置坐标中的相对显著的误差。由于这些问题，在某些实施方式中，图3的机器人系统300的配置可被认为具有优于图4的机器人系统400的相应优点。
图5是增量XY标度170A的示例性实施方式的等距视图(例如，可用作如上所述的XY标度170或170')。如上所述，XY标度170A包括标称平坦基板SUB(例如，在操作配置中时标称地垂直于标度成像轴线方向SIA)和分布在基板SUB上的多个相应的可成像特征IIF，其中，相应的可成像特征IIF位于XY标度170A上相应的已知的XY标度坐标(例如，x和y坐标)处(即，因此每个对应于已知的XY标度坐标位置)。在图5的示例实施方式中，增量可成像特征的IIF阵列是均匀间隔的。在各种实施方式中，增量XY标度170A可具有小于100微米的周期(例如，对此，增量可成像特征IIF之间的周期性间距Xsp1和Ysp1，例如沿着相应的x和y轴，可以各自小于100微米)。在各种实施方式中，利用增量XY标度170A确定的位置信息可具有至少10微米的精度。与在某些实施方式中可能约为100微米的机器人精度不同，利用这种XY标度170A确定的精度可以是机器人精度的至少10倍。在一个具体示例实施方式中，增量XY标度170A可以具有大约10微米的甚至更高的周期性，对此，如果第一成像配置160-1的放大率约为1x，并且插值以10倍的系数进行，则可以实现约1微米的精度。与大约100微米的机器人精度相比，这种配置的精度将提高约100倍。
在各种实施方式中，第一成像配置160-1的视场FOV在增量XY标度170A内的位置可以提供XY标度170A和第一参考位置REF1之间的相对位置的指示。在各种实施方式中，第一成像配置1601可以与增量XY标度170A结合使用，作为相机/标度图像处理配置的一部分。例如，计量位置坐标处理部分190(图1)可以基于增量XY标度170A内的视场FOV的位置确定XY标度170A和第一参考位置REF1之间的相对增量位置，如获取的图像中的XY标度170A的部分所示，并且如本领域中已知的用于相机/标度图像处理技术(例如，如先前结合的参考文献中所述)。在各种实施方式中，增量XY标度170A可以具有相对于视场FOV的各种尺寸(例如，增量XY标度170A可以比视场FOV大至少4x、10x、20x等)。
在各种实施方式中，由XY标度170A指示的增量位置可以与来自机器人110或110'的位置信息组合以确定相对精确的和/或绝对位置。例如，机器人110或110'的位置传感器SEN1和SEN 2或SEN1'和SEN2'(例如，旋转编码器)可以指示以机器人精度指示端部工具位置ETP，对此，由XY标度170A指示的增量位置可用于进一步细化所确定的终端工具位置ETP以具有比机器人精度更好的精度。在一个这样的配置中，基于获取的图像中的一个或多个可成像特征IIF的图像位置和基于对应于图像获取时间的来源于运动控制系统140的机器人位置数据，计量位置坐标处理部分190可以配置为识别包含在XY标度170A的获取图像中的一个或多个相应的可成像特征IIF。
在这样的配置中，XY标度170A的相应的可成像特征IIF包括一组类似的可成像特征IIF，它们分布在基板上，使得它们彼此以规则的间距间隔开一距离，所述距离大于所机器人精度内允许的最大位置误差。如图5所示，可成像特征的IIF间隔开(例如，在间隔Xsp1和Ysp1处)超过最大位置误差MPE，如围绕代表性可成像特征IIF的圆圈所表示的。应当理解，在这样的配置中，用于位置确定的机器人精度足以以一定精度确定位置，该精度大于可成像特征IIF之间的间距。更具体地说，在各种实施方式中，因此，XY标度170A上的单个可成像特征IIF(例如，其中，在XY标度170A上，根据标度上的均匀间距，可成像特征全部在已知的计量位置坐标，例如已知的x和y计量位置坐标)可以以足够的精度由机器人位置数据识别，使得两个可成像特征的IIF不会彼此混淆。在这样的配置中，然后可以利用获取的图像中单个可成像特征IIF的位置来进一步细化端部工具位置ETP，使其具有比机器人精度更好的精度，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量(例如，至少针对垂直于z轴的x-y平面中的端部工具位置ETP的x和y计量位置坐标)。
如上面关于图2和3所述，在某些具体示例实施方式中，XY标度170A可被指定为具有在X0，Y0，Z0(例如，对于原点位置，可具有0，0，0的值)处的参考位置(例如，原点位置)。在这样的配置中，参考位置REF1(即，由固定的第一成像配置160-1限定)可以在X1，Y1，Z1的相对坐标处，且相应视场FOV的中心(例如，捕获在获取的图像中)可以在X1，Y1，Z0的相对坐标处。端部工具轴线EA的位置(例如，在从XY标度170延伸的x-y平面中)可以被指定为具有X2，Y2，Z0的相对坐标。端部工具位置ETP可以被指定为具有X2，Y2，Z2的坐标。
在操作中，可以通过计量位置坐标处理部分190分析获取的图像以确定对应于固定的第一成像配置160-1的视场FOV的中心的X1，Y1坐标。在各种实施方式中，可以根据标准相机/标度图像处理技术进行这样的确定，以确定标度范围内(例如，在XY标度170A内)的视场的位置(例如，对应于相机的位置)。可以理解的是，根据标准相机/标度图像处理技术，参考位置/原点位置X0，Y0，Z0不需要在视场FOV中进行这样的确定(即，相对位置可以从沿XY标度170A的任何位置的标度信息确定，如部分地由包括均匀间隔的增量可成像特征的IIF的标度元件提供)。在各种实施方式中，这样的确定可以包括识别包括在XY标度170的获取图像中的至少一个相应的可成像特征和相关的相应的已知的XY标度坐标位置。这样的确定可以对应于确定XY标度170和第一参考位置REF1之间的相对位置(即，如固定的第一成像配置160-1所限定的)。然后可以根据端部工具位置ETP和XY标度170之间的已知的坐标位置偏移来确定相对的X2，Y2坐标(即，端部工具位置ETP的相对的X2，Y2坐标)(例如，将x和y位置偏移值添加到X1和Y1以便确定X2和Y2)。
将来自机器人110或110'的位置信息与由XY标度170A指示的增量位置信息组合以确定相对精确的和/或绝对位置的具体说明性示例如下。如图5所示，获取的图像可以指示视场FOV的中心位于四个增量可成像特征的IIF的中间，但是可以不指示XY标度170的哪个特定的四个增量可成像特征IIF包括在图像中。来自机器人110或110'的位置信息可以足够精确以提供这样的信息，为此，可以识别出XY标度170A的特定的四个增量可成像特征IIF(例如，部分地基于上述原理，为此，可成像特征的IIF间隔开超过最大位置误差，如代表性圆形区域MPE所示，使得每个可成像特征IIF可被唯一地识别)。然后可以通过计量位置坐标处理部分190分析获取的图像，以精确地确定视场的中心(即，在坐标X1，Y1，Z0处)在XY标度的该部分内发生的位置(即，其包括特定的四个增量可成像特征的IIF)。然后，该过程可以如上所述继续(例如，用于相应地确定端部工具位置ETP的X2和Y2坐标等)。
图6是绝对XY标度170B的示例性实施方式的等距视图(例如，可用作如上所述的XY标度170或170')。在图6的示例中，类似于增量XY标度170A，绝对XY标度170B包括均匀间隔的增量可成像特征IIF的阵列，并且还包括一组具有唯一可识别图案(例如，16位图案)的绝对可成像特征AIF。在各种实施方式中，可成像特征IIF和AIF都位于XY标度上相应的已知的XY标度坐标(例如，x和y坐标)上(即，因此每个对应于已知的XY标度坐标位置)。
在操作中，第一成像配置160-1的视场FOV在绝对XY标度170B内(即，包含在捕获的图像中)的位置提供了XY标度170B和第一参考位置REF1之间的绝对位置的指示。在图6的实施方式中，该组绝对可成像特征的AIF分布在基板SUB上，使得它们间隔开(例如，在间距Xsp2和Ysp2处)小于对应于跨越第一成像配置160-1的视场FOV的距离的距离(即，使得至少一个绝对可成像特征AIF将始终包含在视场中)。在操作中，计量位置坐标处理部分190配置为基于杏坛的绝对可成像特征AIF的特定可识别的图案，识别XY标度170B的获取的图像中包含的至少一个相应的绝对可成像特征AIF。可以理解的是，这样的实施方式能够独立地确定指示端部工具位置ETP的绝对位置，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量(例如，至少针对垂直于z轴的x-y平面中的端部工具位置ETP的x和y计量位置坐标)，其精度优于机器人精度，并且与增量XY标度170B不同，其可以不需要与来自机器人110或110'的位置信息组合以确定绝对位置。
利用绝对可成像特征AIF确定相对精确和绝对位置的具体说明性示例如下。如图6所示，获取的图像可以指示视场FOV的中心位于多个增量可成像特征IIF的中间。来自所包括的两个绝对可成像特征AIF的位置信息指示图像包括XY标度170B的哪个部分，对此，还可以识别XY标度170的所包括的增量可成像特征IIF。可以相应地通过计量位置坐标处理部分190分析获取的图像，以精确地确定视场的中心(即，在坐标X1，Y1，Z0处)在XY标度的该部分内发生的位置(即，其中包括两个绝对可成像特征和增量可成像特征IIF)。然后，该过程可以如上所述继续(例如，用于相应地确定端部工具位置ETP的X2和Y2坐标等)。
图7A和7B是说明用于操作包括机器人和端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统的例程700A和700B的示例性实施方式的流程图。如图7A所示，在判定框710，确定机器人系统是否将以端部工具计量位置坐标模式操作。在各种实施方式中，选择和/或激活端部工具计量位置坐标模式或标准机器人位置坐标模式可以由用户进行和/或可以由系统响应于某些操作和/或指令自动地进行。例如，在一个实施方式中，当机器人移动到特定位置时，可以输入(例如，自动地或根据用户的选择)端部工具计量位置坐标模式(例如，将端部工具从执行装配或其他操作的通常区域移动到通常执行工件检查操作的更特定的区域，和/或将以其他方式使用端部工具计量位置坐标的模式)。在各种实施方式中，这些模式可以由外部控制系统ECS实现(例如，图1的外部控制系统ECS，其利用标准机器人位置坐标模式部分149和端部工具计量位置坐标模式部分192)。在各种实施方式中，混合模式可以独立操作，也可以作为端部工具的一部分操作，并且可以实现为模式之间的切换，如将在下面参考图8更详细地描述。
如果在判定框710处确定机器人系统不以端部工具计量位置坐标模式操作，则例程进行到框715，其中机器人系统以标准机器人位置坐标模式操作。作为标准机器人位置坐标模式的一部分，机器人的位置传感器(例如，旋转编码器，线性编码器等)用于以机器人精度控制和确定机器人的运动和相应的端部工具位置(例如，其至少部分地基于机器人的位置传感器的精度)。如上面关于图1-6所述，机器人的位置传感器可以指示可移动臂配置MAC或MAC'的位置(例如，臂部的位置)，其精度低于利用XY标度确定的位置信息。通常，机器人位置坐标模式可以对应于机器人的独立和/或标准操作模式(例如，机器人独立操作的模式，例如当端部工具计量位置坐标确定系统不活动或者没有提供时)。
如果机器人系统要在端部工具计量位置坐标模式下操作，例程进行到框720，其中机器人和端部工具计量位置坐标确定系统布置为至少标称地提供端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置。标度平面定义为标称地与XY标度的平坦基板重合，并且法向于标度平面的方向定义为标度成像轴线方向。XY标度或第一成像配置中的至少一个配置为使第一成像配置的光轴平行于或标称地平行于标度成像轴线方向的方向，且使标度平面沿着标度成像轴线方向位于第一成像配置的聚焦范围内。
如上所述，在各种实施方式中，至少标称地实现操作的配置该过程可以包括进行各种调整(例如，对可移动臂配置MAC的臂部的位置，等等)。作为一个具体示例，在图1和图2的实施方式中，可以操作第四运动机构134以旋转第四臂部124，以使XY标度170旋转，从而使标度成像轴线方向SIA处于与光轴OA1平行或标称地平行中的至少一个。在某些实施方式中，可以自动进行这种调整(例如，电路、例程等可用于连续监测第四臂部124的取向并利用第四运动机构134连续调整取向，以使XY标度170近似水平，或以其他方式使标度成像轴线方向SIA是与光轴OA1平行或标称地平行中的至少一个)。在各种实施方式中，可以对第一成像配置160-1进行各种调整(例如，可以调整放大和/或聚焦范围等)，以使得标度平面沿着标度成像轴方向SIA位于第一成像配置160-1的聚焦范围内。在某些其他实施方式中(例如，在图3和4的示例配置中)，有时可能需要更少或不需要调整来实现操作配置(例如，在某些实施方式中，根据第一臂部121'和第二臂部122’标称地在x-y平面中的旋转，可移动臂配置MAC'的配置可以使得标度成像轴线方向SIA至少标称地与光轴OA1平行)。
在框730，接收至少一个输入信号(例如，在图像触发部分)，其与机器人的端部工具位置相关。基于至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，并且将第一成像触发信号输出到第一成像配置。第一成像配置响应于接收到第一成像触发信号而在图像获取时间获取XY标度的数字图像。在各种实施方式中，不同类型的端部工具可以提供可针对至少一个输入信号使用的不同类型的输出。例如，在端部工具是用于测量工件并且在触碰工件时输出触碰信号的触碰式探头的实施方式中，该触碰信号或源自其的信号可以输入作为至少一个输入信号，基于其来确定第一成像触发信号的定时。作为另一示例，在端部工具是扫描式探头的实施方式中，该扫描式探头用于测量工件并且提供与相应的采样定时信号相对应的相应的工具测量采样数据，该相应采样定时信号或由源自其的信号可以输入作为至少一个输入信号。作为另一示例，在端部工具是用于提供对应于相应工具图像获取信号的相应工具测量图像的相机的实施方式中，可以输入工件图像获取信号或源自其的信号作为至少一个输入信号。
在框740，接收获取的图像(例如，在计量位置坐标处理部分)，并且识别包括在XY标度的获取图像中的至少一个相应的可成像特征和相关的相应的已知的XY标度坐标位置。在框750，基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，而以优于所述机器人精度的精度水平确定所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个与所述第一参考位置之间的相对位置。确定的相对位置指示图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。在框760，将所确定的位置信息(例如，所确定的相对位置、所确定的端部工具位置的计量位置坐标和/或其他相关的确定的位置信息)用于指定的功能(例如，用于工件测量、机器人的可移动臂配置的定位控制等)。作为这样的操作的一部分或者以其他方式，例程然后可以进行到点A，其中在各种实施方式中例程可以结束，或者可以以其他方式继续，如将在下面关于图7B更详细地描述的。
如图7B所示，例程700B可以从点A继续到框765。如下面将更详细描述的，作为例程700B的一部分，所确定的位置信息(例如，来自框760)可以对应于或以其他方式用于确定工件上的第一表面位置，并且对此，然后可以确定工件上的第二表面位置(例如，作为工件测量的一部分)。在框765，机器人和端部工具计量位置坐标确定系统被布置为至少标称地提供端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置，其中XY标度或第一成像配置中的至少一个配置为使第一成像配置的光轴平行于或标称地平行于标度成像轴线方向的方向，且使标度平面沿着标度成像轴线方向位于第一成像配置的聚焦范围内。例如，在图1和图2的实施方式中，这可以对应于移动靠近工件上的第二表面位置(例如，在其上方)的端部工具ETL(例如，接触点CP)的可移动臂配置MAC，对此，可以进行调节(例如，通过第四运动机构134调节XY标度170的取向)，以便至少标称地实现靠近工件上的第二表面位置的操作配置。
在框770，接收与端部工具位置相关的至少一个第二输入信号(例如，在图像触发部分)，并且基于至少一个第二输入信号确定第二成像触发信号的定时。第二成像触发信号被输出到第一成像配置，其中第一成像配置响应于接收到第二成像触发信号而在第二图像获取时间获取XY标度的第二数字图像。在框780，接收获取的图像(例如，在计量位置坐标处理部分)，并且识别包括在XY标度的第二获取图像中的至少一个第二相应的可成像特征和相关的相应的第二已知的XY标度坐标位置。
在框790，基于确定识别的至少一个第二相应的可成像特征在第二获取的图像中的第二图像位置，而以优于机器人精度的精度水平确定XY标度或第一成像配置中的可移动的一个与第二参考位置之间的第二相对位置。所确定的第二相对位置指示第二图像获取时间的端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于机器人精度。第二相对位置不同于第一相对位置，并且对应于工件上与第一表面位置不同的第二表面位置(例如，对此，第一相应的可成像特征可以不包括在第二获取的图像和/或第二相应的可成像特征可以不包括在第一获取的图像中)。注意到这些技术不同于利用基准或其他参考标记的技术(例如，为此，与可以在XY标度170的整个范围上确定位置信息的XY标度170，以及相应地对于包括在对应于成像配置160的视场FOV的图像中的XY标度170的任何部分相比，在每个图像中需要相同的基准或参考标记)。
在框795，使用第一和第二相对位置和/或相关位置信息确定工件的尺寸，该尺寸对应于工件上的第一表面和第二表面位置之间的距离，所述位置对应于第一和第二图像获取时间的相应的端部工具位置(例如，当接触工件上相应的第一和第二表面位置时指示接触点位置，等等)。应当理解，不是使用机器人的位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)以机器人精度来确定工件上的第一和第二表面位置，而是可以利用如上所述的技术确定更精确的位置信息。更具体地，确定第一和第二表面位置允许以高精度确定第一和第二表面位置之间的工件上的相应尺寸(即，对应于XY标度上的第一和第二位置，对此，这些位置之间的精确距离可以根据XY标度的精度利用上述技术来确定)。
图8是示出用于确定端部工具位置的例程800的一个示例性实施方式的流程图，其中可以在移动定时的不同部分期间利用不同的技术。通常，在移动定时期间，机器人的一个或多个臂部从第一位置移动到第二位置(例如，其可包括围绕运动机构将一个或多个臂部从第一旋转取向旋转到第二旋转取向)。如图8所示，在判定框810，确定是否将利用混合模式在移动定时期间确定端部工具位置。在各种实施方式中，混合模式也可以代表包括在端部工具计量位置坐标模式和标准机器人位置坐标模式之间切换的过程，如上面参考图7A所述。如果不使用混合模式，则例程继续到框820，其中机器人(例如，可移动臂配置的机器人)的位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)仅是用于在移动定时期间确定端部工具位置。
如果要使用混合模式，则例程进行到框830，在移动定时的第一部分期间，包括在机器人中的位置传感器(例如，包括在机器人的可移动臂配置中)用于确定端部工具位置。在这样的操作期间，端部工具计量位置坐标确定系统的相对位置可能不被确定和/或不用于确定端部工具位置。在框840，在移动定时的第一部分之后发生的移动定时的第二部分期间，利用端部工具计量位置坐标确定系统的确定的相对位置来确定端部工具位置。可以理解的是，这样的操作使得系统能够在移动定时的第一部分期间执行端部工具位置的初始/快速/粗略移动，并且在移动定时的第二部分期间执行端部工具位置的更精确的最终/慢速/精细运动。
应当理解，尽管在本公开中已经参考元件170、170'、170A、170B等使用了元件名称“XY标度”，但是该元件名称仅是示例性的，而不是限制性的。它被称为参考笛卡尔坐标系的“XY标度”，并且它被描述为包括标称平坦基板(例如，标称地垂直于标度成像轴线方向布置，在某些实施方式中，其可以与z轴平行)。但是，更一般地说，元件名称XY标度应理解为指任何参考标度，其包括对应于该参考标度上的已知二维坐标的多个特征或标记(例如，精确和/或精确校准的二维位置)，只要标度能够如本文所公开的那样操作。例如，这种标度特征可以被表达和/或标记为在该参考标度上的笛卡尔坐标系中，或者在极坐标系中，或任何其他方便的坐标系中。此外，这些特征可以包括在整个操作的标度区域中均匀或不均匀分布的特征，并且可以包括分级或未分级的标度标记，只要这些特征对应于标度上的已知二维坐标并且能够如本文所公开的那样操作。
应当理解，尽管本文公开和示出的机器人系统通常参考一定数量的臂部(例如，3个臂部，5个臂部等)示出和描述，但是这样的系统不限于此。在各种实施方式中，只要它包括诸如本文所述和/或要求保护的臂部，如果需要，机器人系统可以包括更少或更多的臂部。
应当理解，XY标度或参考标度和用于对标度成像的相机可以相对于彼此进行旋转，这取决于机器人系统的运动和/或位置。可以理解的是，本领域已知的方法(例如，如所结合的参考文献中所公开的)可以用于精确地确定任何这样的相对旋转和/或执行任何所需的坐标变换，和/或根据本文公开的原理分析相机和标度的相对位置，而无论这种相对旋转如何。可以理解的是，本文提到的计量位置坐标考虑了任何这种相对旋转。此外，应当理解，在一些实施方式中，如果需要，本文提到的计量位置坐标可以包括一组坐标，其包括任何这种相对旋转的精确确定和/或指示。
尽管已经说明和描述了本公开的优选实施方式，但是基于本公开内容，对于本领域技术人员而言，所示出和描述的特征布置和操作序列中的许多变化将是显而易见的。可以使用各种替代形式来实现本文公开的原理。此外，上述各种实施方式可以结合起来提供进一步的实施方式。本说明书中提到的所有美国专利和美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。如果必要的话，可以修改实施方式的各个方面以利用各种专利和申请的概念来提供进一步的实施方式。
根据以上详细描述，可以对实施方式进行这些和其他改变。一般而言，在随附的权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制在说明书和权利要求书中公开的具体实施方式中，而应被解释为包括所有可能的实施方式连通这些权利要求所声称的等同物。

Claims (22)

1.一种与机器人结合使用的端部工具计量位置坐标确定系统，
所述机器人包括：
可移动臂配置，其中，所述可移动臂配置包括位于所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置，且所述机器人配置为移动所述可移动臂配置，以便在端部工具工作体积中沿着至少两个维度移动安装到所述端部工具安装配置的端部工具的至少一部分；以及
运动控制系统，其配置为至少部分地基于使用包含在所述机器人中的至少一个位置传感器感测和控制所述可移动臂配置的位置，以限定为机器人精度的精度水平控制端部工具位置，所述端部工具计量位置坐标确定系统包括：
端部工具，其配置为安装到所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置；
第一成像配置，其包括第一相机，所述第一成像配置具有光轴；
XY标度，其包括标称平坦的基板和分布在所述平坦基板上的多个相应的可成像特征，其中，所述相应的可成像特征位于所述XY标度上的相应的已知的XY标度坐标上；
图像触发部分，其配置为输入与所述端部工具位置相关的至少一个输入信号，并基于所述至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，并向所述第一成像配置输出所述第一成像触发信号，其中，所述第一成像配置被配置为响应于接收到所述第一成像触发信号而在图像获取时间获取所述XY标度的数字图像，以及
计量位置坐标处理部分，其配置为输入所获取的图像，并识别包含在所获取的所述XY标度的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置，
其中：
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个联接到所述端部工具，且另一个配置为联接到靠近所述机器人的固定元件并固定，所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个限定第一参考位置；
在所述端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置中，标度平面限定为标称地与所述XY标度的平坦基板重合，且法向于所述标度平面的方向被限定为标度成像轴线方向，且所述XY标度或所述第一成像配置中的至少一个布置成使所述第一成像配置的光轴平行于所述标度成像轴线方向的方向，且布置成使所述标度平面沿所述标度成像轴线方向位于所述第一成像配置的聚焦范围内；
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使得，当所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个和所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个布置在所述操作配置中，且所述可移动臂配置定位为使所述XY标度在所述第一成像配置的视场中时，则所述计量位置坐标处理部分能够操作为基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，而以优于所述机器人精度的精度水平确定所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个与所述第一参考位置之间的相对位置；以及
所确定的相对位置指示在所述图像获取时间的所述端部工具位置的计量位置坐标，至少针对横向于或垂直于所述标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于所述机器人精度，。
2.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中：
在所述端部工具计量位置坐标确定系统处于所述操作配置中时，所述机器人配置为在平行于所述标度平面的平面中移动所述端部工具和所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个。
3.如权利要求2所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中：
所述机器人包括至少一个相应的旋转接头，其为所述端部工具提供至少一个相应的旋转自由度；并且
所述机器人配置为相对于所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个平移和旋转所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个，包括对应于所述至少一个相应的旋转自由度旋转所述端部工具，以至少标称地提供所述操作配置。
4.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，还包括支架，所述支架将所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个联接到所述端部工具。
5.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述XY标度联接到所述端部工具且所述第一成像配置联接到所述固定元件。
6.如权利要求5所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述端部工具包括触针，所述触针具有用于接触工件的表面的接触点，所述XY标度主要位于所述端部工具或所述触针的一侧上，且所述端部工具配置为旋转以使得所述接触点可以移动为与所述工件接触而不会使所述XY标度干涉。
7.如权利要求5所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述端部工具包括触针，所述触针具有用于接触工件的表面的接触点，且所述XY标度在所述标度平面中至少部分地围绕所述端部工具或所述触针中的至少一个。
8.如权利要求5所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述固定元件包括布置在所述端部工具工作体积的至少一部分上方的框架，并且所述第一成像配置固定到所述端部工具工作体积的一部分上方的所述框架。
9.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，当所述端部工具是用于测量工件并且在其触碰所述工件时输出触碰信号的触碰式探头时，所述图像触发部分配置为输入所述触碰信号或从其导出的信号作为其至少一个输入信号。
10.如权利要求9所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述触碰式探头的中心轴线至少标称地平行于所述标度成像轴线方向。
11.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，当所述端部工具是用于测量工件并且提供对应于相应的采样定时信号的相应的工件测量采样数据的扫描式探头时，所述图像触发部分配置为输入所述采样定时信号或从其导出的信号作为其至少一个输入信号。
12.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，当所述端部工具是用于提供对应于相应的工件图像获取信号的相应的工件测量图像的相机时，所述图像触发部分配置为输入所述工件图像获取信号或从其导出的信号作为其至少一个输入信号。
13.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为基于所确定的相对位置和所述端部工具位置与所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个之间的已知的坐标位置偏移，确定在所述图像获取时间的所述端部工具位置的计量位置坐标。
14.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中：
所述XY标度的相应的可成像特征包括一组可成像特征，其具有特定可识别的图案，其中，所述组可成像特征分布在所述平坦基板上，使得它们间隔开一距离，该距离小于对应于跨越所述第一成像配置的视场的距离的距离；并且
所述计量位置坐标处理部分配置为基于其特定可识别的图案识别包含在所获取的XY标度的图像中的至少一个相应的可成像特征。
15.如权利要求1所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述计量位置坐标处理部分配置为基于其在所获取的图像中的图像位置且基于对应于所述图像获取时间的源于所述运动控制系统的机器人位置数据来识别包含在所获取的XY标度的图像中的至少一个相应的可成像特征。
16.如权利要求15所述的端部工具计量位置坐标确定系统，其中，所述XY标度的相应的可成像特征包括一组类似的可成像特征，它们分布在所述平坦基板上，使得它们彼此间隔开一距离，该距离大于所述机器人精度内允许的最大位置误差。
17.一种机器人系统，包括：
机器人，包括：
可移动臂配置，其中，所述可移动臂配置包括位于所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置，且所述机器人配置为移动所述可移动臂配置，以便在端部工具工作体积中沿着至少两个维度移动安装到所述端部工具安装配置的端部工具的至少一部分；以及
运动控制系统，其配置为至少部分地基于使用包含在所述机器人中的至少一个位置传感器感测和控制所述可移动臂配置的位置，以限定为机器人精度的精度水平控制端部工具位置，以及
端部工具计量位置坐标确定系统，包括：
端部工具，其配置为安装到所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置；
第一成像配置，其包括第一相机，所述第一成像配置具有光轴；
XY标度，其包括标称平坦基板和分布在所述平坦基板上的多个相应的可成像特征，其中，所述相应的可成像特征位于所述XY标度上的相应的已知的XY标度坐标上；
图像触发部分，其配置为输入与所述端部工具位置相关的至少一个输入信号，并基于所述至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，并向所述第一成像配置输出所述第一成像触发信号，其中，所述第一成像配置被配置为响应于接收到所述第一成像触发信号而在图像获取时间获取所述XY标度的数字图像，以及
计量位置坐标处理部分，其配置为输入所获取的图像并识别包含在所获取的XY标度的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置，
其中：
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个联接到所述端部工具，且另一个联接到固定元件，所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个限定第一参考位置；
在所述端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置中，标度平面限定为标称地与所述XY标度的平坦基板重合，且法向于所述标度平面的方向被限定为标度成像轴线方向，且所述XY标度或所述第一成像配置中的至少一个布置成使所述第一成像配置的光轴平行于所述标度成像轴线方向的方向，且布置成使所述标度平面沿所述标度成像轴线方向位于所述第一成像配置的聚焦范围内；
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使得，当所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个和所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个布置在所述操作配置中，且所述可移动臂配置定位为使所述XY标度在所述第一成像配置的视场中时，则所述计量位置坐标处理部分能够操作为基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，而以优于所述机器人精度的精度水平确定所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个与所述第一参考位置之间的相对位置；并且
所确定的相对位置指示在所述图像获取时间的所述端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于所述标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，其精度水平优于所述机器人精度。
18.如权利要求17所述的机器人系统，其中，所述机器人是SCARA型机器人，且所述可移动臂配置包括终端臂部，且所述终端臂部的远端对应于所述可移动臂配置的远端，且所述端部工具安装配置位于所述终端臂部的远端附近。
19.如权利要求18所述的机器人系统，其中，所述可移动臂配置还包括：
第一臂部，其在所述第一臂部的近端处安装到第一旋转接头，所述第一旋转接头具有标称地沿着z轴方向对齐的旋转轴线，使得所述第一臂部标称地在垂直于z轴的x-y平面中围绕所述第一旋转接头旋转，其中，所述第一臂部具有位于所述第一臂部的远端的第二旋转接头，所述第二旋转接头的旋转轴线标称地沿着z轴方向对齐；
第二臂部，其在所述第二臂部的近端处安装到第二旋转接头，使得所述第二臂部标称地在垂直于z轴的x-y平面中围绕所述第二旋转接头旋转；并且
其中：
所述终端臂部是第三部分，其靠近所述第二臂部的远端联接，且配置为提供标称地沿着所述z轴方向的运动或标称地围绕所述z轴方向的所述端部工具的旋转中的至少一个；并且
所述标度平面配置为标称地垂直于所述z轴方向且所述标度成像轴线方向标称地对应于所述z轴方向。
20.如权利要求19所述的机器人系统，其中，所述XY标度联接到所述端部工具，且所述第一成像配置联接到所述固定元件。
21.一种操作与机器人一起使用的端部工具计量位置坐标确定系统的方法，
所述机器人包括：
可移动臂配置，其中，所述可移动臂配置包括位于所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置，且所述机器人配置为移动所述可移动臂配置，以便在端部工具工作体积中沿着至少两个维度移动安装到所述端部工具安装配置的端部工具的至少一部分；以及
运动控制系统，其配置为至少部分地基于使用包含在所述机器人中的至少一个位置传感器感测和控制所述可移动臂配置的位置，以限定为机器人精度的精度水平控制端部工具位置，
所述端部工具计量位置坐标确定系统包括：
端部工具，其配置为安装到所述可移动臂配置的远端附近的端部工具安装配置；
第一成像配置，其包括第一相机，所述第一成像配置具有光轴；
XY标度，其包括标称平坦基板和分布在所述平坦基板上的多个相应的可成像特征，其中，所述相应的可成像特征位于所述XY标度上的相应的已知的XY标度坐标上；
图像触发部分；以及
计量位置坐标处理部分；
其中：
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个联接到所述端部工具，且另一个配置为联接到靠近所述机器人的固定元件，所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个限定第一参考位置；
在所述端部工具计量位置坐标确定系统的操作配置中，标度平面被限定为标称地与所述XY标度的平坦基板重合，且法向于所述标度平面的方向被限定为标度成像轴线方向，且所述XY标度或所述第一成像配置中的至少一个布置成使所述第一成像配置的光轴平行于所述标度成像轴线方向的方向，且布置成使所述标度平面沿所述标度成像轴线方向位于所述第一成像配置的聚焦范围内；并且
所述端部工具计量位置坐标确定系统配置为使得，当所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个和所述XY标度或所述第一成像配置中的固定的一个布置在所述操作配置中，且所述可移动臂配置定位为使所述XY标度在所述第一成像配置的视场中时，则所述计量位置坐标处理部分能够操作为基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，而以优于所述机器人精度的精度水平确定所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个与所述第一参考位置之间的相对位置；所述方法包括：
在所述图像触发部分处接收与所述端部工具位置相关的至少一个输入信号并基于所述至少一个输入信号确定第一成像触发信号的定时，并向所述第一成像配置输出所述第一成像触发信号，其中，所述第一成像配置响应于接收到所述第一成像触发信号而在图像获取时间获取所述XY标度的数字图像；
在所述计量位置坐标处理部分处接收所获取的图像并识别包含在所获取的XY标度的图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应的已知的XY标度坐标位置；以及
基于确定所识别的至少一个相应的可成像特征在所获取的图像中的图像位置，以优于所述机器人精度的精度水平确定所述XY标度或所述第一成像配置中的可移动的一个与所述第一参考位置之间的相对位置，其中，所确定的相对位置指示在所述图像获取时间的所述端部工具位置的计量位置坐标，至少针对作为横向于或垂直于所述标度成像轴线方向中的至少一个的x和y计量位置坐标的矢量分量，精度水平优于所述机器人精度。
22.如权利要求21所述的方法，还包括利用所确定的相对位置来进行测量工件或确定所述可移动臂配置的位置中的至少一个。
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