CN115674185A - 机械手臂的工具校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械手臂的工具校正方法，其包含依据第一移动路径带动工具，与第一光束交会于第一交会点，与第二光束交会于第二交会点。及，依据第二移动路径带动工具，与第一光束交会于第三交会点，与第二光束交会于第四交会点。再者，依据第一至第四交会点的位置运算出工具的校正值。

Description

机械手臂的工具校正方法

技术领域

本发明涉及一种机械手臂，尤其是涉及机器手臂的工具校正方法，校正速度快且精度高，以避免耗时的逐一修正工具的点位或路径。

背景技术

机械手臂末端安装各式装置而进行不同的任务，各式装置例如是电爪或对应不同任务的工具。安装于机械手臂末端的各式装置，在使用前都需设定相对应的基准点，或称工具中心点(tool center point，TCP)，使控制装置控制机械手臂带动末端的装置移动时，装置的移动路径与设定路径相符。后续一旦因不同任务的需求，进行电爪、工具的更换或拆装，需重新检查装置的基准点(TCP)，确保末端的装置安装后，不会导致机械手臂以非预期的点位及移动路径带动末端的装置运行，例如不会以偏移的末端的装置夹取工件，造成工件夹取失败，甚至是导致机械手臂与周遭的其他设备发生撞机。一般检查末端的安装位置是否符合初始设定，需将所有原先已经完成的机械手臂末端的点位、路径，全部重新检视而决定是否修正，以确保符合原先设定的点位与路径。

然而，逐一检视与修正机械手臂末端的点位与移动路径，十分费时费力，不符合各产业高效率的需求，且精度不高。故，本发明提出一种机器手臂的工具校正方法，快速检视工具的位置，以决定是否补偿工具的点位与移动路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器手臂的工具校正方法，通过工具运行移动路径，运算工具的校正值。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的工具校正方法，依据第一移动路径带动工具，与第一光束交会于第一交会点，与第二光束交会于第二交会点。及，依据第二移动路径带动工具，与第一光束交会于第三交会点，与第二光束交会于第四交会点。再者，依据第一至第四交会点的位置运算出工具的一校正值。

此外，机械手臂带动工具往上或往下位移后，依据一第三移动路径带动工具，与第一光束交会于第五交会点，与第二光束交会于第六交会点，依据第一至第六交会点的位置运算出工具相关一旋转运动的校正值。

附图说明

图1为本发明机械手臂与工具的示意图；

图2为本发明测量工具于X、Y轴方向的初始状态的第一示意图；

图3为本发明检测工具于X、Y轴方向的校正值的第一示意图；

图4为本发明检测工具于X、Y轴方向旋转的校正值的示意图；

图5为本发明运算工具于X、Y轴方向旋转的校正值的第一示意图；

图6为本发明测量工具于Z轴方向的初始状态的第一示意图；

图7为本发明测量工具于Z轴方向的初始状态的第二示意图；

图8为本发明测量工具于X、Y轴方向的初始状态的第二示意图；

图9为本发明检测工具于X、Y轴方向的校正值的第二示意图；

图10为本发明运算工具于X、Y轴方向旋转的校正值的第二示意图。

符号说明

10：机械手臂

11：底座

12：轴臂

20：末端

30：工具

40：控制装置

50：三角形

51：三角形

52：三角形

53：三角形

A0：第一移动路径

A1：第二移动路径

A2：第三移动路径

A3：第四移动路径

A4：第五移动路径

A5：第六移动路径

A6：第七移动路径

B：底边

B1：底边

H：高度

M1：距离

N1：距离

N2：距离

X：X轴方向

△X1：运算结果

△X2：运算结果

△X5：运算结果

△X6：运算结果

X0：第一交会点

X1：第三交会点

X2：第五交会点

X3：交会点

X4：交会点

X5：交会点

X6：交会点

X-ray：光束

Y：Y轴方向

Y0：第二交会点

Y1：第四交会点

Y2：第六交会点

Y3：交会点

Y4：交会点

Y-ray：光束

Z：Z轴方向

Z0：位置

Z1：位置

Zx：交会点

Zxy：交会点

θ：偏移角度

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举实施例，并配合附图加以说明如下。

请参阅图1，其为本发明机械手臂与工具的示意图。如图所示，机械手臂10包含一底座11与多轴臂12，且于机械手臂10的末端20安装有一工具30，图中工具30为示意之用，工具30种类不影响本发明的实施。控制装置40控制机械手臂10可以带动工具30于X、Y、Z轴方向上移动。在控制工具30执行任务前需先设定工具30的基准点，或称工具中心点(toolcenter point，TCP)、参考点(reference point)等等，以正确拾取工件，并避免机械手臂10发生撞机，其中，工具30执行的工作内容不影响实施例的说明。

请参阅图2，其为本发明测量工具于X、Y轴方向的初始状态的第一示意图。如图所示，设置两光束装置，例如激光装置，以投射出第一光束X-ray与第二光束Y-ray，而用于测量工具30于X、Y轴方向的初始状态。如此，在设定工具30的基准点后，机械手臂10带动工具30移动，使两个光束X-ray、Y-ray位于工具30的尖端与末端之间的相邻空间。尔后，控制装置40控制机械手臂10带动工具30依据第一移动路径A0移动，并与第一光束X-ray交会于第一交会点X0，与第二光束Y-ray交会于第二交会点Y0。纪录工具30在设定基准点后的初始移动路径，即第一移动路径A0，以用于执行工具校正，其中，第一移动路径A0、第一交会点X0及第二交会点Y0可以记录在适当的储存装置中，于此不加以赘述。此外，两个光束X-ray、Y-ray相交为90°直角，而工具30相对于两个光束X-ray、Y-ray为45°角。所以，第一种机械手臂的工具校正方法可以称为45°校正，但是本发明的工具校正方法不限制工具30与两光束X-ray、Y-ray的角度。

请参阅图3，其为本发明检测工具于X、Y轴方向的校正值的第一示意图。当工具30重新安装、调整或更换后，需再次确认工具30的安装状态，例如是否偏移而不同于初始设定的基准点。所以，机械手臂10带动工具30依据第二移动路径A1移动，并与第一光束X-ray交会于第三交会点X1，与第二光束Y-ray交会于第四交会点Y1，尔后同样纪录第二移动路径A1、第三交会点X1与第四交会点Y1，如此控制装置40依据第一至第四交会点X0、X1、Y0、Y1的位置运算出工具30的校正值。再者，第一移动路径A0仅是绘出作说明之用，在检测工具30于X、Y轴方向的校正值时，工具30无需再次依据第一移动路径A0运动。

复参阅图3，当控制工具30移动之后，若第一交会点X0的位置相同于第三交会点X1的位置，第二交会点Y0的位置相同于第四交会点Y1的位置，表示工具30在重新安装后的点位相同于初始基准点的点位，无需进行工具校正。若第一交会点X0的位置不同于第三交会点X1的位置，或/及第二交会点Y0的位置不同于第四交会点Y1的位置，表示工具30在重新安装后的点位不同于初始基准点的点位，需进行工具校正。图3实施例是绘示需进行工具校正的示例，其中第一交会点X0与第二交会点Y0的距离为M1，第三交会点X1与第四交会点Y1的距离为N1，且左右两侧的三角形50、51的顶角为90°、底角为45°，为一等腰三角形。所以，工具30在X轴方向的校正值，也可以称为偏移量，运算结果为△X1＝∣(M1─N1)∣/2，其中∣(M1─N1)∣/2算出第二移动路径A1上的三角形50、51的边长，且因是等腰三角形，所以第二移动路径A1与第一移动路径A0间的三角形的边长(即△X1)同样是∣(M1─N1)∣/2。如此表示工具30从基准点的点位偏移至第二移动路径A1上的点位，需补偿校正值(即运算结果△X1)进行校正。此实施例是以工具30往第一移动路径A0上方偏移，然而偏移方向也有可能往第一移动路径A0下方偏移。此外，工具30在Y轴方向的校正值检测方式如上述X轴方向的检测方式，若工具30有偏移则校正值不为0，若无偏移校正值则为0，其余不再覆述，

请参阅图4，其为本发明检测工具于X、Y轴方向旋转的校正值的示意图。图3实施例是检测工具30于X、Y轴方向的点位与路径是否偏移，而图4实施例是检测工具30于X、Y轴方向的旋转运动是否偏移(即检测RX、RY)。所以当依据图3实施方式检测完，获得运算结果△X1后，控制装置40控制工具30往上或往下位移，以检测旋转运动(如RX)是否有偏移。换言之，机械手臂10带动工具30往上或往下移动后，依据第三移动路径A2带动工具30，与第一光束X-ray交会于第五交会点X2，与第二光束Y-ray交会于第六交会点Y2。如此，同样获得第一交会点X0与第二交会点Y0的距离同样为M1，上移高度(即位移)为H，第五交会点X2与第六交会点Y2的距离为N2，最后相似图3实施例的运算方式，获得运算结果△X2＝∣(M1─N2)∣/2。

此外，图4实施例是以带动工具30从第二移动路径A1的位置往上位移至第三移动路径A2的位置，即一高度H，作为说明。同样的，图4中的第一移动路径A0是用于对比第二移动路径A1与第三移动路径A2，在检测过程中工具30无需再依据第一移动路径A0动作。

请参阅图5，其为本发明运算工具于X、Y轴方向旋转的校正值的第一示意图。在从图4实施例获得运算结果△X1与△X2后，依据运算结果△X1与△X2可以获知工具30在X轴方向的旋转运动，是否有产生偏移。再者，工具30相关旋转运动的校正值运算，请参阅图5所绘的说明图形，第二交会点Y0与交会点X4的距离即为△X2，第二交会点Y0与交会点X3的距离即为△X1，所以实线三角形52的底边B长度为B＝∣(△X1─△X2)∣，且高度H已知，故旋转运动的偏移量(即偏移角度)为θ＝tan^-1∣(△X1─△X2)∣/H，即校正值为θ。因此，工具30于X轴方向的旋转运动需补偿θ。同理，工具30于Y轴方向的旋转运动的检测方式如上所述。

请参阅图6，其为本发明测量工具于Z轴方向的初始状态的第一示意图。如图1所示，机械手臂10可以带动工具30在X、Y、Z三个方向上运动，而于Z轴方向的检测方式如图6所示。首先，控制装置40控制机械手臂10带动工具30，从远离第一光束X-ray朝向第一光束X-ray移动，直至碰触第一光束X-ray，而交会于一交会点Zx，获得工具30于Z轴方向上的初始状态，其中机械手臂10的编码器所对应的位置可以用于纪录工具30的初始状态。换言之，控制装置40可以改为控制机械手臂10带动工具30，从远离第二光束Y-ray朝向第二光束Y-ray移动，而碰触第二光束Y-ray，其亦是获得工具30于Z轴方向的初始状态的选项之一，非本发明所限。

或者，请参阅图7，其为本发明测量工具于Z轴方向的初始状态的第二示意图。第三种获得工具30于Z轴方向的初始状态的方式，即控制装置40可以改为控制工具30，依据一高度从远离第一光束X-ray与第二光束Y-ray朝向第一光束X-ray与第二光束Y-ray的交会点移动，而碰触第一光束X-ray与第二光束Y-ray的交会点。所以，实施例中提供三种获得工具30于Z轴方向的初始状态的方式，可以由触碰单一光束后确认，或触碰两个光束后确认，都为设计选项之一。

获得工具30于Z轴方向的初始位置(Z0)后，在工具30重新安装或调整完毕，再次确认安装后的工具30的Z轴方向的位置(Z1)，两者差异∣(Z0―Z1)∣即为工具30的Z轴方向的校正值的运算结果△Z＝∣(Z0―Z1)∣。

请参阅图8，其为本发明测量工具于X、Y轴方向的初始状态的第二示意图。第二至图5的工具校正方法可以称为45°校正，而图8至图10的工具校正方法可以称为十字校正，即工具30以第四移动路径A3于X轴方向移动，与第二光束Y-ray相交于交会点Y3，获得工具30于X轴方向的初始位置，其中，第四移动路径A3与第五移动路径A4分别正交(90°)于光束X-ray、Y-ray。同理，工具30以第五移动路径A4于Y轴方向移动，与第一光束X-ray相交于交会点X5，获得工具30于Y轴方向的初始位置。所以，当更换新工具30执行不同任务前，如图9，其为本发明检测工具于X、Y轴方向的校正值的第二示意图，获得新的交会点Y4、X6，而新旧交会点的位差，如∣(Y3─Y4)∣与∣(X5─X6)∣的运算结果，即为X轴方向与Y轴方向的校正值。

再者，图9实施例中工具30运动于第四移动路径A3、第五移动路径A4、第六移动路径A5与第七移动路径A6，而分别与两光束X-ray、Y-ray相交于四个交会点Y3、X5、Y4、X6，且其可以是位于同一平面，用于运算出工具30于X、Y轴方向的检测结果，或者如前述实施例，工具30移动至不同平面(不同高度)后，进行旋转运动(RX、RY)的检测，以获得校正值的运算结果△X5、△X6。

请参阅图10，其为本发明运算工具于X、Y轴方向旋转的校正值的第二示意图。如图5实施例，图10绘出X轴方向的旋转运动的偏移角度为θ＝tan^-1∣(△X6─△X5)∣/H，∣(△X6─△X5)∣为三角形53的底边B1长度，而校正值为θ，其余运算说明相似不再覆述。

因此，本发明机器手臂的工具校正方法，依据一第一移动路径带动一工具，与一第一光束交会于一第一交会点，与一第二光束交会于一第二交会点。及，依据一第二移动路径带动工具，与第一光束交会于一第三交会点，与第二光束交会于一第四交会点。再者，依据第一至第四交会点的位置运算出工具的一校正值。

再者，机械手臂带动工具往上或往下位移后，依据一第三移动路径带动工具，与第一光束交会于一第五交会点，与第二光束交会于一第六交会点，依据第一至第六交会点的位置运算出工具相关一旋转运动的校正值。因此，本发明提供一种工具校正方法，校正速度快且精度高，以避免耗时的逐一修正工具的点位或路径。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的实施例，本发明的范围不限于该等实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明申请专利的范围。

Claims (10)

1.一种机械手臂的工具校正方法，其包含：

依据第一移动路径带动工具，与第一光束交会于第一交会点，与第二光束交会于第二交会点；

依据第二移动路径带动该工具，与该第一光束交会于第三交会点，与该第二光束交会于第四交会点；及

依据该第一至第四交会点的位置运算出该工具的校正值。

2.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该机械手臂带动该工具往上或往下位移后，依据一第三移动路径带动该工具，与该第一光束交会于第五交会点，与该第二光束交会于第六交会点。

3.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该第一交会点的位置相同于该第三交会点的位置，该第二交会点的位置相同于该第四交会点的位置。

4.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该第一交会点的位置不同于该第三交会点的位置，或/及该第二交会点的位置不同于该第四交会点的位置。

5.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，控制装置控制该机械手臂带动该工具，从远离该第一光束朝向该第一光束移动，而碰触该第一光束。

6.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，控制装置控制该机械手臂带动该工具，从远离该第二光束朝向该第二光束移动，而碰触该第二光束。

7.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，控制装置控制该机械手臂带动该工具，依据高度从远离该第一光束与该第二光束朝向该第一光束与该第二光束移动，而碰触该第一光束与该第二光束。

8.如权利要求1所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该第一交会点与该第二交会点的距离为M1，该第三交会点与该第四交会点的距离为N1，该校正值为△X1＝∣(M1─N1)∣/2。

9.如权利要求2所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该第一交会点与该第二交会点的距离为M1，该第三交会点与该第四交会点的距离为N1，该校正值为△X1＝∣(M1─N1)∣/2。

10.如权利要求9所述的机械手臂的工具校正方法，其中，该位移为H，该第五交会点与该第六交会点的距离为N2，△X2＝∣(M1─N2)∣/2，该工具相关一旋转运动的该校正值为θ＝tan^-1∣(△X1─△X2)∣/H。

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