CN115112013A - 一种基于传感器的fpd机械手动态玻璃纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及FPD机械手搬送玻璃的纠偏领域，具体地说是一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，该方法可用于平板显示行业生产线中机械手对玻璃进行搬送的系统中。通过采用将光电传感器和激光测微仪传感器两种传感器安装在机械手上的方法，在机械手取放玻璃的过程中利用传感器检测的玻璃数据与标定的玻璃数据进行比较，计算出玻璃的偏置情况。再根据计算出的玻璃偏置数据，控制机械手补偿这些偏差，从而实现机械手在取放玻璃的过程中动态完成玻璃的纠偏。本发明无需额外的纠偏辅助装置：控制机械手在取放玻璃的同时进行偏差补偿，实现对玻璃的纠偏，不需要增加额外的纠偏辅助装置。

Description

一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法

技术领域

本发明涉及FPD机械手搬送玻璃的纠偏领域，具体地说是一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，该方法可用于平板显示行业生产线中机械手对玻璃进行搬送的系统中。

背景技术

在平板显示(FlatPanelDisplay)行业的生产线中，首先，FPD产品本身的特性决定了其对生产环境的洁净度要求十分严格；其次，由于工艺节拍和产能的要求，加工的玻璃需要在不同的工艺设备之间快速传递；最后，由于面板的尺寸越来越大，普通的人工或设备很难完成其搬送的要求。机械手是现代工业生产线中不可缺少的自动化设备，它在一定程度上代表着生产线及工厂的自动化程度，将机械手应用到平板显示行业生产线中，可以很好的满足其生产过程中对于玻璃搬送的所有要求。制造面板所有使用的玻璃在加工过程中对于摆放角度和位置要求是固定的，但是在实际的生产过程中，由于各种原因，玻璃在卡夹中的位置会出现偏差，这将导致机械手在取放玻璃的过程中出现玻璃偏置的情况。

现有的玻璃纠偏方法需要在机械手以外安装专用的纠偏装置，机械手先把玻璃放到纠偏装置上进行纠偏，然后再放到目标位置。这种方法不仅需要额外的装置占用空间，还增加了玻璃的搬送时间，降低了搬送效率。

发明内容

针对FPD机械手在取放玻璃的过程中玻璃的位置或角度存在偏置的问题，本发明的目的在于提供一种动态玻璃纠偏方法，通过安装在机械手上的偏差传感器，检测玻璃的偏差情况，实现机械手在取放玻璃的过程中自动完成玻璃的纠偏功能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，包括以下步骤：

当玻璃无偏差放置时，对玻璃的位置进行第一次标定，并通过两根货叉上的两个传感器采集玻璃在标定位置时的触发值Y1和Y2；

机械手取玻璃过程中，当玻璃边缘分别触发货叉上的两个传感器时，记录该时刻的两个触发值y1和y2；

根据y1和y2的差值计算玻璃的偏置角度θ，通过对Y1、Y2与y1、y2进行比较，得到Y方向即平行于货叉方向的偏差值Δy；

控制机械手移动到设定的偏差位置，并根据偏置角度θ和Y方向的偏差值Δy对玻璃进行Y方向纠偏补偿；

当玻璃无偏差放置在目标位置时，对玻璃的位置进行第二次标定，并通过机械手下方的激光测微仪采集玻璃在该标定位置时的触发值X1；

机械手缩回时，当玻璃边缘触发机械手下方的激光测微仪时，记录该时刻的触发值x1；

通过比较激光测微仪的触发值x1与第二次标定时的触发值X1，可计算X方向即垂直于货叉方向的偏差值Δx；

机械手放置玻璃时，根据X方向的偏差值Δx，对玻璃进行X方向的纠偏补偿，完成对玻璃的动态纠偏。

所述对玻璃的位置进行第一次标定具体为：

将玻璃无偏差放置在机械手货叉上时，玻璃边缘分别触发机械手的两根货叉上的传感器，记录此时两个传感器的触发值。

所述两个传感器分别与各自所在货叉末端的距离相同。

所述对玻璃的位置进行第二次标定具体为：

将玻璃无偏差的放置在目标位置，玻璃边缘触发机械手下方的激光测微仪，记录此时激光测微仪的触发值。

所述偏置角度θ为：

其中，n为Y方向上，触发值y1和y2的差值，m为两个两根货叉上的两个传感器的距离。

所述得到Y方向即平行于货叉方向的偏差值Δy，具体为：

Δy＝l₁–l

其中，l₁为机械手达到纠偏位置状态下的杆长，l为第一次标定状态下机械手的杆长，所述杆长为机械手中心到玻璃中心的距离。

对玻璃进行Y方向纠偏补偿后，产生X方向的偏差，进而还对X方向的校正偏差值Δx₁进行补偿，具体为：

Δx₁＝OO₁

其中，Δx₁为在第一次标定状态下玻璃中心点O与机械手达到纠偏位置状态下玻璃体中心点O₁的距离。

所述得到X方向即垂直于货叉方向的偏差值Δx，具体为：

Δx＝x1–X1

其中，X1为机械手在第二次标定状态下，当机械手缩回时，玻璃边缘触发激光测微仪时，采集该时刻的触发值；x1为机械手工作状态下，当机械手缩回时，玻璃边缘触发激光测微仪时，记录该时刻的触发值。

对玻璃进行X方向纠偏补偿后，产生Y方向的偏差，进而还对Y方向的校正偏差值Δy₁进行补偿，具体为：

Δy₁＝Δx*tanβ

其中，β为机械手工作状态下，当机械手缩回时，货叉方向与Y方向的夹角。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.无需额外的纠偏辅助装置：控制机械手在取放玻璃的同时进行偏差补偿，实现对玻璃的纠偏，不需要增加额外的纠偏辅助装置；

2.搬送效率高：机械手在取放玻璃的过程中完成了对玻璃的纠偏，无需额外的动作，提高了玻璃的搬送效率；

3.纠偏精度高：实际的应用过程中，玻璃的纠偏精度误差小于1mm。

附图说明

图1为2个光电传感器安装位置；

图2为激光测微仪传感器的安装位置；

图3为玻璃偏置角度θ的计算示意图；

图4a为玻璃Y方向偏置量的计算示意图；

图4b为玻璃Y方向偏置量的计算示意图；

图5a为玻璃X方向偏置量的计算示意图；

图5b为玻璃X方向偏置量的计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，机械手在取放玻璃的过程中，利用安装在机械手上传感器对玻璃进行偏置检测，并根据传感器检测的玻璃数据与标定数据进行比较，计算出玻璃的位置及角度偏差，再通过调整机械手取放玻璃时的货叉位置和角度，最终完成的玻璃纠偏功能。该方法的技术方案分为硬件和软件两部分。

一、硬件方案：

1)在机械手取放玻璃的两根货叉上分别安装一个光电传感器，两个传感器位置如图1所示，在机械手取玻璃的过程中，这两个传感器会被玻璃挡住并产生两个上升沿信号，这两个传感器与机械手臂的驱动器相连接，信号产生时驱动器会锁存当前电机的编码器值；

2)在机械手下方安装激光测微仪传感器，激光测微仪传感器位置如图2所示，当机械手取玻璃缩回时，该传感器可以检测出玻璃对其遮挡范围，并记录该值。

二、软件方案：

1)标定正确放置(无偏差)的玻璃位置；

2)在机械手自动运行取玻璃时，当玻璃边缘触发货叉上的两个传感器时，记录两个编码器的值y1和y2；

3)无论玻璃在X方向和Y方向如何偏置，y1和y2差值不受影响，可根据此差值计算出玻璃的偏置角度θ；

4)根据传感器触发时的y1和y2值与标定时的Y1和Y2值的比较，可以计算出Y方向的偏差Δy；

5)控制机械手走到示教位置，并进行偏置角度θ和Y方向的纠偏补偿；

6)纠正角度θ和Y方向的同时，还需对玻璃中心在X方向的偏差Δx₁进行补偿。

7)机械手缩回时，通过比较激光测微仪传感器的触发值与标定时的触发值，可计算X方向的偏差；

8)机械手放玻璃时，进行X方向的纠偏补偿。

9)玻璃进行X方向纠偏补偿后，产生Y方向的偏差，进而还要对Y方向的校正偏差值Δy₁进行补偿。

一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其技术关键点在于：

采用将光电传感器和激光测微仪传感器两种传感器安装在机械手上的方法，在机械手取放玻璃的过程中利用传感器检测的玻璃数据与标定的玻璃数据进行比较，计算出玻璃的偏置情况。再根据计算出的玻璃偏置数据，控制机械手补偿这些偏差，从而实现机械手在取放玻璃的过程中动态完成玻璃的纠偏。

一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，包括以下步骤：

1)采用光电传感器和激光测微仪传感器两种传感器；

2)无需借助外部的纠偏辅助装置或设备，机械手可实现全自动地动态纠偏；

3)动态计算玻璃的偏置角度θ、Y方向偏差、X方向偏差的方法。

实施例

1、图3展示了玻璃的偏置角度θ的计算过程：

(1)红色为玻璃标准位置，黑色框的玻璃沿中心逆时针旋转一定角度θ；

(2)两个传感器间距值m为已知量，传感器两次触发的差值根据锁存的两次编码器Y1和Y2相减即可得出，根据平行原理，θ1＝θ2；

(3)那么偏置角度

2、图4a和图4b展示了玻璃Y方向偏置量Δy和此时玻璃中心X方向偏差Δx₁的计算过程：

(1)在图4a中，角度是沿顺时针方向为正方向，X正方向为BA方向。其中，γ为设定的机器人零位T轴方向与X轴的实际偏置角度(一般为0)，β为目标工位与正(负)90度(垂直X轴)工位的夹角，O点机械手本体中心点。为了方便计算现将玻璃偏差图抽象出来，即，图4b；

(2)设标定状态下X轴到玻璃中心位置为杆长,即如图OP，标定状态玻璃的中心线在机械手两个货叉杆的中心。其中，OP为机械手本体中心点到玻璃中心的距离，OP＝1/2*玻璃长度+光电传感器与货叉根部的距离+货叉根部的实时位置(机械手控制器实时跟踪)。

(3)玻璃发生偏置后，机械手为能在Y和θ方向上纠正玻璃，如图若偏差玻璃的中心点为P₂,则除去X方向偏差后理论的纠偏Y和θ后需要杆的位姿达到P₃点。即纠偏后机械手的位姿应该为BP₃可通过计算得到。

(4)为了使机械手达到期望位姿，则T轴旋转θ角后,Y方向补偿(BP₃–OP)，即偏差值Δy；X方向补偿OB，即此时玻璃中心X方向偏差Δx₁，即偏差值Δx₁，X方向补偿OB。其中，OB为机器人本体中心点O与通过纠偏后玻璃中心点且平行于货叉方向的直线在X轴交点B的距离，OB可通过计算得到。

(5)PP₃即为传感器偏差所组成梯形的中位线，即PP₃＝0.5*(左货叉偏差+右货叉偏差)。所以OP₃＝OP+PP₃。那么根据余弦定理：sin(∠P₃BO)/OP₃＝sin(∠OP₃B)/OB＝sin(∠BOP₃)/BP₃。BP₃和OB的长度的计算方式如下：

BP₃＝sin(∠BOP₃)/sin(∠P₃BO)*OP₃；

OB＝sin(∠OP₃B)/sin(∠P₃BO)*OP₃；其中，∠OP₃B＝θ，∠BOP₃＝90+β，∠P₃BO＝180–(∠OP₃B+∠BOP₃)＝90–(β+θ)

Δy＝BP₃–OP；

Δx₁＝OB

3、图5a和图5b展示了玻璃X方向偏置量Δx和此时Y方向的偏置量Δy₁的计算过程：

(1)当机械手缩回时候，玻璃已经无θ角偏置，可能存在X方向偏置；

(2)机械手缩回后通过测微仪传感器能检出机械手X方向偏置量(图5a)；

(3)在图5b中，蓝色线为标定玻璃的中心线，绿色为偏置玻璃的中心线，在绿色线上取任意一点N向蓝色线做垂线相交于点P，则PN就是通过测微仪传感器获取的X方向的偏差，可通过标定时测微仪传感器的值与机械手缩回后测微仪传感器的值做差值得到。再通过N点平行OB做直线，与蓝色线的交点为M，则∠PNM＝β；

X方向的偏置量Δx＝MN＝±PN/cosβ；

Y方向的偏置量Δy₁＝PM＝-(PN*tanβ)。

Claims (9)

1.一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

当玻璃无偏差放置时，对玻璃的位置进行第一次标定，并通过两根货叉上的两个传感器采集玻璃在标定位置时的触发值Y1和Y2；

机械手取玻璃过程中，当玻璃边缘分别触发货叉上的两个传感器时，记录该时刻的两个触发值y1和y2；

根据y1和y2的差值计算玻璃的偏置角度θ，通过对Y1、Y2与y1、y2进行比较，得到Y方向即平行于货叉方向的偏差值Δy；

控制机械手移动到设定的偏差位置，并根据偏置角度θ和Y方向的偏差值Δy对玻璃进行Y方向纠偏补偿；

当玻璃无偏差放置在目标位置时，对玻璃的位置进行第二次标定，并通过机械手下方的激光测微仪采集玻璃在该标定位置时的触发值X1；

机械手缩回时，当玻璃边缘触发机械手下方的激光测微仪时，记录该时刻的触发值x1；

通过比较激光测微仪的触发值x1与第二次标定时的触发值X1，可计算X方向即垂直于货叉方向的偏差值Δx；

机械手放置玻璃时，根据X方向的偏差值Δx，对玻璃进行X方向的纠偏补偿，完成对玻璃的动态纠偏。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述对玻璃的位置进行第一次标定具体为：

将玻璃无偏差放置在机械手货叉上时，玻璃边缘分别触发机械手的两根货叉上的传感器，记录此时两个传感器的触发值。

3.根据权利要求2所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述两个传感器分别与各自所在货叉末端的距离相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述对玻璃的位置进行第二次标定具体为：

将玻璃无偏差的放置在目标位置，玻璃边缘触发机械手下方的激光测微仪，记录此时激光测微仪的触发值。

5.根据权利要求1所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述偏置角度θ为：

其中，n为Y方向上，触发值y1和y2的差值，m为两个两根货叉上的两个传感器的距离。

6.根据权利要求1所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述得到Y方向即平行于货叉方向的偏差值Δy，具体为：

Δy＝l₁–l

其中，l₁为机械手达到纠偏位置状态下的杆长，l为第一次标定状态下机械手的杆长，所述杆长为机械手中心到玻璃中心的距离。

7.根据权利要求6所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，对玻璃进行Y方向纠偏补偿后，产生X方向的偏差，进而还对X方向的校正偏差值Δx₁进行补偿，具体为：

Δx₁＝OO₁

其中，Δx₁为在第一次标定状态下玻璃中心点O与机械手达到纠偏位置状态下玻璃体中心点O₁的距离。

8.根据权利要求1所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，所述得到X方向即垂直于货叉方向的偏差值Δx，具体为：

Δx＝x1–X1

其中，X1为机械手在第二次标定状态下，当机械手缩回时，玻璃边缘触发激光测微仪时，采集该时刻的触发值；x1为机械手工作状态下，当机械手缩回时，玻璃边缘触发激光测微仪时，记录该时刻的触发值。

9.根据权利要求8所述的一种基于传感器的FPD机械手动态玻璃纠偏方法，其特征在于，对玻璃进行X方向纠偏补偿后，产生Y方向的偏差，进而还对Y方向的校正偏差值Δy₁进行补偿，具体为：

Δy₁＝Δx*tanβ

其中，β为机械手工作状态下，当机械手缩回时，货叉方向与Y方向的夹角。

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