CN113799114B - 机器手臂的原点校正方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种机器手臂的原点校正方法，包含步骤：(a)依据移动命令控制机器手臂进行移动，并利用三维测量装置取得机器手臂所到达的多个参考定位点的三维坐标；(b)在机器手臂的原点产生偏移时，依据移动命令控制机器手臂进行移动，并利用三维测量装置取得机器手臂所到达的多个实际定位点的三维坐标，并依据实际定位点取得雅可比矩阵；(c)依据雅可比矩阵和参考定位点及实际定位点的三维坐标取得机器手臂的转动角度的偏差量，并依据偏差量取得补正角度值；以及(d)依据补正角度值更新机器手臂的转动角度，以更新机器手臂的原点。

Description

机器手臂的原点校正方法

技术领域

本公开涉及一种原点校正方法，特别涉及一种机器手臂的原点校正方法。

背景技术

如今，机器人在各个产业上的应用愈加广泛。当机器人运行于工作站的过程中，机器人可能因故导致原点移位(例如断电或受外力撞击)。为此，现有应对方式是将机器人撤出工作站，并将机器人移动至原厂或特定环境下进行校正。于机器人完成校正后，再将机器人移动至工作站继续运行。

然而，由于需将机器人移动至原厂或特定环境下方能进行校正，并于校正后再将机器人移回工作站，故移动过程将额外耗费时间及成本，亦导致工作效率降低。再者，当校正后的机器人回到工作站时，需重新对机器人进行教点，同样将导致工作效率降低。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的机器手臂的原点校正方法，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种机器手臂的原点校正方法，其是于机器手臂的工作环境中设置测量装置，并利用测量装置实现对机器手臂的原点校正。因此，于机器手臂的运行过程中，若机器手臂的原点偏移，则可在机器手臂的工作环境中实时对机器手臂进行校正，且在校正完成后无需重新教点。借此，可节省校正所需的时间及成本，并大幅提升机器手臂的工作效率。

为达上述目的，本公开提供一种机器手臂的原点校正方法，其中机器手臂运行于工作空间中，工作空间中设置有三维测量装置，三维测量装置是架构于测量机器手臂的位置。原点校正方法包含步骤：(a)依据移动命令控制机器手臂进行移动，并利用三维测量装置取得机器手臂所到达的多个参考定位点的三维坐标；(b)在机器手臂的原点产生偏移时，依据移动命令控制机器手臂进行移动，并利用三维测量装置取得机器手臂所到达的多个实际定位点的三维坐标，并依据多个实际定位点取得雅可比矩阵；(c)依据雅可比矩阵、多个参考定位点的三维坐标及多个实际定位点的三维坐标取得机器手臂的转动角度的偏差量，并依据偏差量取得补正角度值；以及(d)依据补正角度值更新机器手臂的转动角度，以更新机器手臂的原点。

附图说明

图1为本公开优选实施例的机器手臂、工作空间及三维测量装置的立体结构示意图。

图2为图1的三维测量装置的立体结构示意图。

图3为本公开优选实施例的机器手臂的原点校正方法的流程示意图。

附图标记说明：

1：机器手臂

2：工作平台

3：三维测量装置

31：球形体

32：基座

33：测量模块

34：测量结构

4：工具

S1、S2、S3、S4：原点校正方法的步骤

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本公开。

图1为本公开优选实施例的机器手臂、工作空间及三维测量装置的立体结构示意图，图2为图1的三维测量装置的立体结构示意图。如图1及图2所示，其中是以工作平台2代表机器手臂1运行过程中所在的工作空间，但工作空间的实际实施方式并不以此为限。三维测量装置3设置于工作平台2上并架构于测量机器手臂1的位置。当然，于实际应用中，工作平台2上亦将设置机器手臂1在运行过程中相互动的元件或装置，此处为便于说明校正过程而仅于图中示出工作平台2上的三维测量装置3。机器手臂1可为例如但不限于六轴型机器手臂或SCARA机器手臂。三维测量装置3包含球形体31、基座32及三个测量模块33。球形体31可拆卸地组接于机器手臂1，且受机器手臂1带动而同步移动或转动。三个测量模块33均设置于基座32上，其中每一测量模块33包含测量结构34及位置感测器。三个测量模块33的三个测量结构34分别于X轴、Y轴及Z轴方向上移动，且均与球形体31接触。位置感测器是架构于在对应的测量结构34被球形体31推动时感测测量结构34的移动距离，其中位置感测器可为例如但不限于由光学尺所构成。

在机器手臂1的运行过程中，可能因种种意外状况导致机器手臂1的原点产生偏移(例如但不限于断电或受外力撞击)，在此情况下，是执行图3所示的原点校正方法来对机器手臂1进行校正。

如图3所示，图3为本公开优选实施例的机器手臂的原点校正方法的流程示意图。首先，依据移动命令控制机器手臂1进行移动，并利用三维测量装置3取得机器手臂1所到达的多个参考定位点(步骤S1)，其中，移动命令可例如但不限于包含控制机器手臂1以不同的操作动作进行多次移动。接着，在机器手臂1的原点产生偏移时，依据移动命令控制机器手臂1进行移动，并利用三维测量装置3取得机器手臂1所到达的多个实际定位点(步骤S2)，其中实际定位点的数量与参考定位点的数量相同。而后，依据多个参考定位点及多个实际定位点计算取得补正信息(步骤S3)。最后，依据补正信息对机器手臂1的原点进行更新(步骤S4)。借此，在机器手臂1运行于工作空间的过程中，若机器手臂1的原点偏移，则可在工作空间中实时对机器手臂1进行校正，且在校正完成后无需重新教点。借此，可节省校正所需的时间及成本，并大幅提升机器手臂1的工作效率。

请再参阅图1至图3所示，上述三个测量结构34是分别沿对应各个轴向(X轴、Y轴及Z轴)的可移动距离以共同定义测量空间，于原点校正方法的步骤S1及步骤S2中，球形体31受机器手臂1带动而于测量空间中移动，三个位置感测器的感测结果反映球形体31的三维坐标。于一些实施例中，原点校正方法的步骤S1及步骤S2中的参考定位点及实际定位点为三维测量装置3所测量的球形体31的球心的三维坐标。

上述球形体31可拆卸地组接于机器手臂1，因此机器手臂1可仅在有校正需求时组接于球形体31，以执行图3所示的原点校正方法。更甚者，机器手臂1可仅在需测量定位点时组接于球形体31，具体而言，机器手臂1可仅于原点校正方法的步骤S1及步骤S2中组接于球形体31。

于一些实施例中，机器手臂1组接于工具4，工具4是受机器手臂1带动而运行于工作平台2上，其中，当机器手臂1组接于工具4的情况下，机器手臂1亦可同时组接于三维测量装置3的球形体31。借此，当机器手臂1进行校正时，无需在校正前拆除工具4，故在校正完成后，无需重新安装工具4并进行相应调校，从而可节省校正工序及耗费时间，间接提升机器手臂1的工作效率。

以下将示例说明如何依据多个参考定位点及多个实际定位点取得补正信息。

在步骤S1中，是利用三维测量装置3测量取得参考定位点的三维坐标。在步骤S2中，是利用三维测量装置3取得实际定位点的三维坐标，并依据该多个实际定位点取得雅可比(Jacobian)矩阵。由于机器手臂1的原点产生偏移，对应导致机器手臂1的转动角度产生偏差，因此当机器手臂1受相同的移动命令控制而进行移动时，所到达的实际定位点会与原先的参考定位点不同，其中，参考定位点、实际定位点及机器手臂1的转动角度的偏差量之间的关系如等式(1)所示。

其中，P代表实际定位点的三维坐标，

代表参考定位点的三维坐标，i代表机器手臂1依据移动命令所执行的操作动作的次序，

代表雅可比矩阵，△θ代表机器手臂1的转动角度θ的偏差量。根据等式(1)变化可取得等式(2)。

因此，在步骤S3中，根据参考定位点的三维坐标、实际定位点的三维坐标及雅可比矩阵，可计算取得机器手臂1的转动角度的偏差量，并进一步通过该偏差量取得补正信息的补正角度值。借此，在步骤S4中，即可依据补正角度值更新机器手臂1的转动角度，从而更新机器手臂1的原点，使机器手臂1的参考定位点与实际定位点一致，实现对机器手臂1的校正。

综上所述，本公开提供一种机器手臂的原点校正方法，其是于机器手臂的工作环境中设置测量装置，并利用测量装置实现对机器手臂的原点校正。因此，于机器手臂的运行过程中，若机器手臂的原点偏移，则可在机器手臂的工作环境中实时对机器手臂进行校正，且在校正完成后无需重新教点。借此，可节省校正所需的时间及成本，并大幅提升机器手臂的工作效率。另外，在机器手臂组接于工具的情况下，机器手臂亦可同时组接于三维测量装置的球形体。借此，当机器手臂进行校正时，无需在校正前拆除工具，故在校正完成后，无需重新安装工具对进行相应调校，从而可节省校正工序及耗费时间，间接提升机器手臂的工作效率。

须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由权利要求决定。且本公开得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱权利要求所欲保护者。

Claims (8)

1.一种机器手臂的原点校正方法，其中该机器手臂运行于一工作空间中，该工作空间中设置有一三维测量装置，该三维测量装置是架构于测量该机器手臂的位置，该原点校正方法包含步骤：

(a)依据一移动命令控制该机器手臂进行移动，并利用该三维测量装置取得该机器手臂所到达的多个参考定位点的三维坐标；

(b)在该机器手臂的该原点产生偏移时，依据该移动命令控制该机器手臂进行移动，并利用该三维测量装置取得该机器手臂所到达的多个实际定位点的三维坐标，并依据该多个实际定位点取得一雅可比矩阵；

(c)依据该雅可比矩阵、该多个参考定位点的该三维坐标及该多个实际定位点的该三维坐标取得该机器手臂的一转动角度的一偏差量，并依据该偏差量取得一补正角度值；以及

(d)依据该补正角度值更新该机器手臂的该转动角度，以更新该机器手臂的该原点，

其中该三维测量装置包含：

一球形体，可拆卸地组接于该机器手臂，且受该机器手臂带动而同步移动或转动；

一基座；以及

三个测量模块，设置于该基座上，其中每一该测量模块包含一测量结构及一位置感测器，该三个测量模块的三个该测量结构分别于X轴、Y轴及Z轴方向上移动，且均与该球形体接触，该位置感测器架构于在对应的该测量结构被该球形体推动时，测量该测量结构的移动距离。

2.如权利要求1所述的原点校正方法，其中该移动命令包含控制该机器手臂以不同的操作动作进行多次移动。

3.如权利要求1所述的原点校正方法，其中于该步骤(c)中，该多个参考定位点、该多个实际定位点及该机器手臂的该转动角度的该偏差量之间的关系如下：

其中，P代表该实际定位点的该三维坐标，

代表该参考定位点的该三维坐标，i代表该机器手臂依据该移动命令所执行的操作动作的次序，

代表该雅可比矩阵，Δθ代表该机器手臂的该转动角度的该偏差量。

4.如权利要求1所述的原点校正方法，

其中三个该测量结构分别沿对应各个轴向的可移动距离共同定义一测量空间，于该步骤(a)及该步骤(b)中，该球形体受该机器手臂带动而于该测量空间中移动，三个该位置感测器的感测结果反映该球形体的该三维坐标。

5.如权利要求4所述的原点校正方法，其中该机器手臂组接于一工具，该工具受该机器手臂带动而运行于该工作空间中，且该机器手臂在组接于该工具时可拆卸地组接于该三维测量装置的该球形体。

6.如权利要求4所述的原点校正方法，其中该机器手臂仅于该步骤(a)及该步骤(b)中组接于该三维测量装置的该球形体。

7.如权利要求4所述的原点校正方法，其中于该步骤(a)及该步骤(b)中，该多个参考定位点及该多个实际定位点为该三维测量装置所测量的该球形体的球心的该三维坐标。

8.如权利要求1所述的原点校正方法，其中该机器手臂为六轴型机器手臂或SCARA型机器手臂。

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