CN1573628A - 自动机械系统 - Google Patents

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Abstract

一种自动机械系统，能有效地执行将一自动机械移动接近目标点和/或与目标点分离的操作，例如指导操作。一可视传感器的相机安装在该自动机械上，从而末端效应器的末梢在该相机的视野内可见，且末端效应器的末梢和目标上的目标位置在监视屏上指定。当按下一逼近键时，目标位置在图像上指定，且计算出离末端效应器端部位置的差值。检查出该差距是否位于一可允许的范围。基于该结果，计算出自动机械的移动量，且操作该自动机械。重复该处理直至该按下的逼近键被释放为止。当按下一退回键时，自动机械远离该目标移动。该自动机械可使用一距离传感器而引起停止。

Description

自动机械系统
技术领域
本发明涉及一种自动机械系统，其用于移动一利用可视传感器的自动机械，特别涉及一种自动机械系统，其能自动使得一目标的预定部分与连接在一自动机械上的末端效应器的预定部分相互逼近和分离，这些预定部分都可以在可视传感器的视野内看到。
背景技术
在一通常的自动机械指导操作中，操作者按下指导悬臂上的一个键，来手动移动该自动机械(称为慢慢地送给)，从而连接至该自动机械的末端效应器的末梢移动至工件上的一指导位置，且该自动机械(自动机械控制器)使得将存储，该自动机械位置是到达该指导位置时采用的。在该指导操作期间，操作者必须总是注意力集中在一坐标系统(下文参考为自动机械坐标系统)上，该坐标系统作为自动机械操作的参考。
为了将末端效应器移动接近该指导位置，操作者首先考虑在自动机械坐标系统中指向接近工件的x、y和z方向。然而，指向该指导位置的方向不需与在自动机械坐标系统中的x、y或z方向一致。从而，操作者通常需要重复地多次将末端效应器在x，y和z方向移动一适当短的距离，直至末端效应器的末梢到达该指导位置。
当将末端效应器移动来与工件分离时，操作者同样需要将注意力集中在该自动机械坐标系统中，因为如果操作者误解了自动机械坐标轴的方向且操作一错误的键时，该错误的键与用于将末端效应器与工件分离的键不同，末端效应器可能移动接近该工件，且与该工件碰撞。
作为本发明的现有技术，例如在JP-A-10-49218中提及。该公开物揭露了利用可视传感器将自动机械工具末梢移动至指导位置的技术方案，但是其没有揭露本发明下面描述的技术特征。
如上所述，操作者需要尝试和发生错误，来执行非常不方便的自动机械指导操作，且将大量的工作量加之于操作者。这样的指导操作只能由经验丰富的人员在短的时间内执行。
发明内容
本发明提供一种技术方案，其能有效执行自动机械操作，例如指导操作，将末端效应器的预定部分移动靠近一目标的预定部分或与该目标的预定部分分离，而不用将繁重的工作量加之于操作者。
根据本发明，设置可视传感器的图像捕捉装置(通常为一相机)，从而自动机械的一末端效应器的预定部分(通常为末端效应器的端部)在图像捕捉装置的视野中可见，且一自动机械设计成具有控制功能，使得末端效应器移动靠近或与一目标的预定部分(通常为要被指导的部分)相重叠，该目标的预定部分位于由图像捕捉装置捕捉的图像中。可选择的，该自动机械配置成不仅具有上面提到的功能，而且具有在图像中将末端效应器的预定部分移动与该目标的预定部分相分离的控制功能。
这些功能使得操作者不需要集中注意力在自动机械坐标系统上。通过这样的功能，例如，可以构架一系统，在该系统中，操作者仅需要通过按下一个键的简单操作，可以将末端效应器移动靠近一指导位置。同样，操作者仅需要释放该键，末端效应器远离该指导位置移动。这使得可以缩短需用于指导操作的时间和简化该指导操作。同样，能减少错误的指导操作的可能性，通过该错误的指导操作，末端效应器被带到与工件、夹具、外围设备等等接触。
依照本发明的第一方面，该自动机械系统包括：一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置关于末端效应器的第一点和设置关于一目标的第二点；逼近命令装置，用于发出操作自动机械的逼近命令，使得响应该逼近指示输入，在三维空间内第一点逼近第二点；识别装置，用于识别在捕捉的图像中第一和第二点的位置，来获得在图像中第一点和第二点之间的位置关系，该捕捉的图像在第一和第二点位于图像捕捉装置的视野内时由可视传感器所捕捉；计算第一移动命令的装置，该第一移动命令基于在图像中第一点和第二点之间的位置关系而计算出来，该第一移动命令用于操作自动机械，使得在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近；计算第二移动命令的装置，该第二移动命令用于操作自动机械，使得在三维空间内响应该逼近命令第一点逼近第二点；第一结合移动命令获得装置，通过将第一移动命令和第二移动命令结合而获得第一结合移动命令，来依照该第一结合移动命令操作该自动机械；和重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复计算第一移动命令和第二移动命令，和当该逼近指示输入到所述逼近命令装置时，依照第一结合移动命令重复操作该自动机械的装置。
第一点可以通过在捕捉的图像中指定一像素而设置的，该像素与末端效应器是否位于所述图像捕捉装置的视野中无关，且该自动机械系统包括一装置，用于当在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近时，使得所述图像捕捉装置逼近目标第二点的位置。
该自动机械系统可以进一步包括：依照第一移动命令，操作自动机械的装置；判断装置，用于判断在捕捉的图像中，第一点和第二点之间的位置关系是否满足一预定条件；和在依照第一结合移动命令重复操作自动机械之前，相应于适当的指令输入至所述适当的命令装置，直至所述判断装置确定了满足该预定条件为止，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复由所述判断装置做出判断、重复第一移动命令的计算和依照第一移动命令的重复自动机械操作的装置。
在这种情况下，该自动机械系统可以进一步包括：在依照第一结合移动命令重复自动机械操作之后，依照第二移动命令重复自动机械操作的装置。
用于计算第二移动命令的装置可以计算移动信息，该移动信息用于将末端效应器沿图像捕捉装置的光轴移动，或者用于将末端效应器沿图像捕捉装置与第二点连接的视线方向移动。
该自动机械系统可以进一步包括：安装在自动机械上的距离传感器或接触传感器；和当该逼近指示输入至所述逼近命令装置，且所述距离传感器或所述接触传感器探测到在一移动距离内第一点逼近第二点时，用于停止自动机械的装置。在这种情况下，自动机械停止的位置作为指导点存储起来。
该自动机械系统可以进一步包括：退回命令装置，用于发出操作自动机械的一退回命令，从而响应该退回指令输入，在三维空间内，第一点远离第二点移动；计算装置，用于计算第三移动命令，来操作自动机械，从而响应该退回命令，在三维空间内，第一点远离第二点移动；获得第二结合移动命令的装置，通过结合第一移动命令和第三移动命令获得第二结合移动命令，依照该第二结合移动命令操作自动机械；和当退回指示输入所述退回命令装置时，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复第一和第三移动命令的计算、和依照第二结合移动命令的重复自动机械操作的装置。
在这种情况下，该自动机械系统可以进一步包括：依照第一移动命令，操作自动机械的装置；判断装置，用于判断在捕捉的图像中，第一点和第二点之间的位置关系是否满足一预定条件；和在依照第二移动命令重复操作自动机械之前，响应退回指令输入至所述退回命令装置，直至所述判断装置确定了满足该预定条件为止，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复由所述判断装置所作出的判断、第一移动命令的计算和依照第一移动命令重复自动机械的操作的装置。重复装置，可以依照第二结合移动命令，在操作自动机械之后，依照该第三移动命令重复自动机械操作。
依照本发明的第二方面，该自动机械可以包括：一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置关于末端效应器的第一点和设置关于一目标的第二点；可视二维逼近命令装置，用于发出一操作自动机械的可视二维逼近命令，使得响应一可视二维逼近指示的输入，在捕捉图像内第一点和第二点二维地相互逼近；识别装置，用于识别在由可视传感器捕捉的图像中第一点和第二点的位置，来获得在图像中第一点和第二点之间的位置关系，该第一点和第二点位于所述图像捕捉装置的视野内；计算移动命令的装置，该移动命令基于第一点和第二点之间的位置关系而计算出来，该移动命令用于操作自动机械，使得在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近；依照该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置；和重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复计算移动命令，且当该可视二维逼近指示输入到所述可视二维逼近命令装置时，依照移动命令重复操作该自动机械的装置。
依照本发明的第三方面，该自动机械可以包括：一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置关于末端效应器的第一点和设置关于一目标的第二点；可视二维逼近命令装置，用于发出一操作自动机械的可视二维逼近命令，使得响应一可视二维逼近指示的输入，在捕捉图像内第一点和第二点二维地相互逼近；指定装置，用于指定在由可视传感器捕捉的图像中第一点可视二维的移动方向，该第一点和第二点位于所述图像捕捉装置的视野内；计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得第一点在该指定的方向上移动；和依照该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
依照本发明的第四方面，该自动机械可以包括：一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；指定装置，用于在包括由可视传感器捕捉的点的图像内，指定关于目标设置的点的可视二维移动方向；计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得在该捕捉的图像中该点在该指定的方向上移动；和依照该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
依照本发明的第五方面，该自动机械可以包括：一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；指定装置，用于在由可视传感器捕捉的图像中，指定该图像的可视二维移动方向；计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得该捕捉的图像在该指定的方向上移动；和依照该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
依照该移动命令的自动机械操作可以是基于一预定坐标系统而执行的。该预定坐标系统可以是为图像捕捉装置设置的坐标系统。
自动机械系统可以进一步包括显示装置，用于显示由可视传感器的图像捕捉装置捕捉的图像，且中连接第一部分和第二部分的线段可以在捕捉的图像上由显示装置显示出来。
从原理上来说，该图像捕捉装置不需要安装在该自动机械上。然而，在实际中，该图像捕捉装置安装在该自动机械上，以保证末端效应器总是在视野中可见，且提高了在末端效应器逼近该目标时可视传感器的探测精度。
附图说明
图1为说明依照本发明一实施例的自动机械系统的整体配置的示意图；
图2为一示意图，其用于说明在显示屏上显示的图像，及用于说明怎样指定第一部分(末端效应器的预定部分)和第二部分(目标的预定部分)；
图3为说明用于控制逼近操作的一个例子的要点的流程图；
图4为说明用于控制逼近操作的另一个例子的要点的流程图；
图5为说明在视线上延伸的向量的示意图；和
图6为说明用于控制逼近操作的再次一例子的要点的流程图。
具体实施方式
图1显示了依照本发明一实施例的自动机械系统的整体配置。如图1所示，自动机械的主机械部件1(下文参考为自动机械)连接至一自动机械控制器10，且包括具有一机械手的6-轴电弧焊接自动机械。该机械手具有一末端，一作为末端效应器的电弧焊炬2连接至该末端。一CCD相机(例如CCD数字摄像机)3作为可视传感器的图像捕捉装置安装在电弧焊炬2的周围。
在相机3的周围安装有一连接至自动机械控制器10的距离传感器4。在相机3的视野指向目标(例如，一组件部分(下面也是))30的状态中，距离传感器4和目标30之间的距离总是被测量出来，且将距离传感信号提供给自动机械控制器10。可以安装一接触传感器，而不是该距离传感器4，用来总是探测接触存在/不存在，从而将指示接触存在/不存在的信号提供给自动机械控制器10。在这种情况下，安装有一接触传感器的探针，使得基本上与末端效应器的末梢接触目标30同步将控制信号从接触传感器提供给自动机械控制器10。
相机3连接至指导悬臂20，该指导悬臂轮流连接至该自动机械控制器10。该指导悬臂20不仅具有其原始功能(手动操作自动机械，指导数据存储，指导数据编辑等等)，还作为可视传感器的图像处理和图像显示部件。附图标记21表示图像显示部件的显示屏。在此，使用具有一接触面板的显示屏，在该接触面板上可以做出点的指定。点的指定也可以使用指针显示器和键操作而作出，而不是使用这种接触面板。在任一情况下，操作者可指定(指出)屏幕21上的任意点。
与本发明的特征有关，指导悬臂的一组操作键(没有全部显示)包括一逼近键(逼近操作命令输入装置)22和一退回键(分离命令输入装置)23。在指导悬臂20上的图像处理部件包括一相机界面、CPU、图像存储器、数据存储器等等。该图像处理部件装有执行下面提到的图像处理的软件。
图像处理部件执行的处理的内容及逼近和退回键22，23的功能和使用将在后面说明。自动机械控制器10为一包括一CPU、存储器、指导悬臂界面等等的现有自动机械控制器，其设计成执行软件处理，来实现原始功能(程序复制操作和基于从指导悬臂20供给的命令的手动操作)和以下面描述的、与逼近键22，退回键23等等相关的形式实现的移动控制功能。
使用本发明的一重点在于需要怎样设置相机3的视野。特别的，确定相机3的安装位置和方位，使得末端效应器(电弧焊接焊炬)2的预定部分(第一部分)能在相机3的视野中可见。通常的，一工具端点作为末端效应器2的该预定部分。在该例子中，从焊炬凸出的线的端部作为该预定部分(第一部分)。
同时，具有这样的情况：末端效应器2不能在相机3的视野中可视，从而例如空间中的一点被设置成表示该末端效应器的工具端点，其中该点与末端效应器2在一定方向分隔开一定距离。即使在这种情况下，在空间中这样的点可以看作构成末端效应器2的预定部分(第一部分)。在该情况下，虽然末端效应器本身没有位于相机8的视野内，末端效应器2的预定部分(第一部分)可被看作位于该视野内。从而，对于没有末端效应器2的自动机械，在空间中的一给定点可以看作是工具端点且认为是第一部分。这样的情况在下文中指的是“工具端点为空间中的一点的情况”。
此外，此处使用的相机3应当具有足够的视野宽度，该视野使得通过调节自动机械的位置和方位，目标30的预定部分(第二部分)同样能位于该视野中，从而目标30的图像形成在屏幕21上，防止了只有焊接焊炬2的图像占据屏幕。目标30的预定部分(第二部分)通常相应于“指导部分(即期望被叫成指导点的部分)”。在该例子中，如下所述，在目标30上的指导部分7(参见图2)在屏幕上指定作为目标的预定部分(第二部分)。
利用上面描述的本系统的配置和功能，接下来说明包括准备工作的程序，其用于使得焊接焊炬的线端部(作为第一部分，其为末端效应器的预定部分)逼近目标30的指导部分(作为第二部分，其为目标的预定部分)和与该指导部分分离。
对于准备操作，操作者在显示屏21上指定末端效应器的预定部分(第一部分)。如前面描述的那样，在此使用接触面板的功能指定线的端部。如图2所示，在屏幕21上线5的端部6的坐标值(二维)表示为p(x，y)。该p(x，y)的值是在可视传感器坐标系统中发送至可视传感器的值，且该值存储在指导悬臂20的存储器中。代替该接触面板的功能，可是在适当的时候使用指针显示器和键操作。对于p(x，y)的确定，线5的端部6可由可视传感器的图像探测处理探测，而不是由操作者指定点。
同样在前面提到的情况中，工具端点相应于空间中的一点，显示这样点的一个或多个象素可在屏幕上指定。该象素等同于图像上的第一部分的位置，且可用于作为坐标值p(x，y)。
接下来，操作者使用该指导悬臂20来操作自动机械1，执行手动操作(慢操作)，从而整个工件30在图像中可以看到。观看指导悬臂20显示在显示屏上的图像，操作者指定操作者要将自动机械1移到的位置(下文中参考为目标点)7。如图2所示，目标点7的位置(在屏幕21上的坐标值)表示为q。(注意：q的值随着自动机械1的移动而改变。)
如上所述，这样指定作为工件(目标)30的预定部分(第二部分)的目标点7通常与指导部分相对应。然而，通常目标点7可以不相应于该指导部分。为了指定该第二部分，可使用上面描述的接触面板和指针。可选择的，可以通过指定图像探测处理探测的部分而实现。将表示该指定点的数据存储，从而可视传感器可接着识别在工件30上的指定点7。例如，可存储在线段33(在点31和32之间)上的内部分割率r，该线段通过目标点且构成工件30的特征部分。通过这样的做法，即使当自动机械移动时，只要可以探测到线段33，目标点7的位置(在可视传感器坐标系统中)就可随后确定。
当目标点7以这样的方式确定时，在屏幕21上目标点7的周围画出例如一个圆，从而目标点7的位置清楚地显示在屏幕21上。在此时，通过线5端部6和目标点7的线段(在期望的地方具有箭头)8可显示在屏幕21上，来提供随后做出的移动方向的可视指示。
当在预备工作完成后操作者按下了逼近操作键时，自动机械开始移动，使得线5的末端(第一部分)6逼近目标点(第二部分)7。该操作由在图3所示的流程图中的程序控制。接下来为各个步骤的要点。
步骤S1：可视传感器探测图像上的目标位置(目标点7的坐标值q)。如上所述，该目标位置根据图像上点31和32的坐标值及内部分割率r所确定。可选择的，如果可视传感器可以识别目标点7本身为一特征点(例如：一黑点，一个小的孔等等)，该可视传感器可探测该目标点7。
步骤S2：依照图3中的A显示的公式，计算出在图像上目标位置与末端控制装置的端点位置之间的差值，来确定向量v(x，y)，该向量连接图像上目标点的坐标值q和图像上线5的端部6的坐标值p。
步骤S3，为了准备一移动命令，自动机械的移动量由如下所示计算出来。用于计算的公式在图3B的步骤G1，G2和G3中显示。
首先，通过坐标转换，将在步骤S2中确定的向量v(x，y)转换为自动机械法兰坐标系统表示的向量v(x，y，z)(步骤G1)。在此时，因为图像仅提供二维信息，向量v(x，y，z)由位于垂直于可视传感器的光轴的平面上的v(x，y，0)表示。该坐标转换将通过三维延伸向量v(x，y)而得到的向量v’(x，y，0)执行，而不是将向量v(x，y)执行。
对于该坐标转换，使用转换矩阵T，其表示可视传感器坐标系统(屏幕坐标系统)和自动机械法兰坐标系统之间的转换关系。在此假设：该转换矩阵T是通过一现有的标准预先确定了的。同时，需要严格地确定该转换矩阵T。该矩阵仅需要将自动机械法兰坐标系统的X和Y方向与可视传感器坐标系统(屏幕坐标系统)的X和Y方向相联系起来。
然后，通过将向量(0，0，c)加入由坐标转换(步骤G2)获得的向量v(x，y，0)中，获得向量v’(x，y，z)，其中向量(0，0，c)在可视传感器的光轴上延伸且具有一定的幅度c。该幅度c相应于用于逐步逼近操作的光轴成分的增量逼近值，且设置为一适当小的值(例如，1mm)。
从向量v’(x，y，z)和由指导悬臂20当前指定的自动机械速率Vr，依照图3的B中显示的公式，确定向量V”(x，y，z)，该向量的幅度相应于自动机械可在一周期Ta内移动的距离。
如果计算出在图像上目标点7和线5的端部6之间的距离很大时，向量V”表示在垂直于可视传感器光轴的平面上移动量很大。另一方面，如果点6，7相互接近，向量V”表示在平行于可视传感器光轴的方向上移动量很大。
步骤S4：准备一移动命令，该命令用于将自动机械从当前位置移动一由向量V”(x，y，z)表示的量(三维向量值)，且控制各个轴伺服马达来移动自动机械。当自动机械完成其一个周期的移动时，流程返回步骤S1，重复前面所述的控制。显示在显示屏上的图像以移动周期的间隔更新。从而，在自动机械移动开始之后，目标点7在图像中移动，但是末端效应器的端部6在屏幕上保持不移动。
当控制重复时，自动机械以这样的方式被驱动控制：点6，7在屏幕上变成重叠，以满足关系p＝q。特别的，控制自动机械在该方向移动，使得线5的端部6与工件30的预定点(目标点)7相重合，从而线的端部逼近该目标点7。操作者可监控末端效应器的端部6逼近目标点的过程，且当末端效应器的端部6足够逼近该目标点7时，可以通过释放压下的逼近键22来停止自动机械的移动。通过原来的慢慢送给，可以做出很好的剩下的调节。
为了停止该自动机械，当在步骤S3计算出来的绝对值v(x，y)基本上集中至零时(例如，可以通过比较该绝对值与一小的正值ε来确定)，该处理当然可以完成。然而，在这种情况下，可能点6，7之间的误差剩余为三维空间。为了使在三维空间内的这些点6，7相重合，可以做出辅助的慢慢送给来消除这种误差。
可选择的，自动机械的停止时间可使用通过距离传感器(或一接触传感器)监控的结果来确定。在这种情况下，当距离变得等于或小于该参考距离或者确定接触存在时，距离或者接触的存在/不存在可以在每个处理循环中确定一次，来正面地防治干扰，该干扰来自通过输入自动机械停止命令或在屏幕21上生成一报警指示或利用蜂鸣器的功能。接触控制器的功能可以由线5本身来实现。在这种情况下，一低电压可施加到线5上，从而当线5的端部6接触工件(金属)30时，响应产生的电压变化操作焊接电源(未示)中的电路。
此外，当操作者按下退回键时，自动机械1开始操作，从而线5的端部(第一部分)6远离目标点(第二部分)7移动。通过在步骤G2中将向量(0，0，-c)而不是向量(0，0，c)加入显示逼近操作的图3的流程图中，实现该操作。
可选择的，该线的端部首先移动以接近在图像上的目标点，而作出向光轴的正移动。然后，在三维空间内向目标点的实际移动可使用可视传感器做出。在这种情况下，在向量(x，y)的绝对值(模)进入预先设置的误差确定可允许值后，在步骤S3执行向量(0，0，c)的加入。这样的操作在图4的流程图中显示。接下来为各个步骤的要点。
接下来的描述在逼近操作的情况下作出。当要执行退回操作时，这样的操作通过在图4的流程图中的步骤L2将向量(0，0，-c)而不是向量(0，0，c)加入而实现。
步骤H1：可视传感器在图像上探测目标位置(目标点7的坐标值)。该探测以上面描述的方式执行。
步骤H2：依照图4的A中所示的公式，计算出在图像上目标位置与末端效应器的端部之间的差值，来确定向量v(x，y)的绝对值(模)，该向量连接图像上目标点的坐标值q和图像上线5的端部6的坐标值p。该绝对值作为表示在屏幕上点6，7(坐标值p，q)之间的偏差幅度的误差指数。
步骤H3：使用在步骤H2中确定的误差指数，依照图4的B中所示的公式，检查该误差是否落入可允许的范围内。如果该误差没有落入该可允许的范围，流程进行到步骤H4。如果该误差落入该可允许的范围，流程进行到步骤H5。
步骤H4：为了准备使在图像上的点6，7相互重合的移动命令，依照图4所示的计算处理步骤K1-K3，计算出自动机械的移动量(移动量的计算1)。当将步骤K1-K3与步骤S3中的步骤G1-G3相比较时，可以了解到：步骤K1与步骤G1相同，但步骤K2与步骤G2的不同在于没有做出向量(0，0，c)的加入。步骤K3在形式上与步骤G3相同，但是不同点在于使用不同的公式(步骤K2)计算向量V’。从而，与步骤S3不同，步骤H4不包括一程序，该程序使得：只要在图像上没有达到足够的逼近，总是保证在光轴方向的预定移动量。
步骤H5：为了准备在图像上点6，7之间相互重合形成之后使用的移动命令，自动机械移动量依照图4的(D)中显示的步骤L1-L3的程序计算出来(移动量的计算2)。步骤L1-L3与前面提到的步骤S3中的步骤G1-G3相同。如前面描述的那样，因为图像仅提供二维信息，向量v(x，y，z)由位于垂直于可视传感器的光轴的平面上的v(x，y，0)表示。坐标转换对通过三维延伸向量v(x，y)而得到的向量v’(x，y，0)执行，而不是对向量v(x，y)执行。用于坐标转换的是与在步骤S3中使用的转换矩阵相同的转换矩阵T。
步骤H6：准备好一移动命令，用于将自动机械从其当前位置移动一在步骤H4或H5中计算出来的、由向量v”(x，y，z)表示的量(三维向量值)，且控制各个轴伺服马达来移动该自动机械。当自动机械完成其一个周期的移动时，流程返回步骤H1且重复前面所述的控制。
同样在这种情况下，显示在显示屏21上的图像在移动周期的间隔更新。从而，在自动机械移动开始之后，目标点7在图像中移动(末端效应器的端部6在屏幕上保持不移动)。
当该控制重复时，点6，7在屏幕上重叠。接着，自动机械在该方向上驱动控制，使得在三维空间中线5的端部6与工件30的预定部分(目标点)7重叠，从而在三维空间中的线端部逼近目标点7。
同样在这种情况下，操作者可监控逼近目标点7的末端效应器端部6，且当末端效应器的端部6足够逼近该目标点时，可以通过释放压下的逼近键22来停止自动机械的移动。通过现有的慢慢送给方式，可以做出很好的剩下调节。
可以利用通过距离传感器(或接触传感器)监控的结果确定自动机械的停止时间。在这种情况下，当距离变得等于或小于该参考距离或者确定接触存在时，距离或者接触的存在/不存在可以在每个处理循环中判断一次，以正面地防止干扰，该干扰来自通过输入自动机械停止命令或在屏幕21上生成一报警指示或利用蜂鸣器的功能。
接触传感器的功能可由线5本身所实现。在这种情况下，一低电压可施加到线5上，从而当线5的端部6接触工件(金属)30时，响应一生成的电压变化操作焊接电源(未示)中的电路。
可选择的，在操作自动机械来使得在捕捉图像中线的端部逼近目标点之后，在操作自动机械来使得导线的末端使用可视传感器在三维空间内逼近目标点/从目标点退回的过程中，自动机械的操作可切换至逼近目标点/退回目标点的简单操作。这可以通过在图4的流程图中的每一个处理周期内将在步骤H2中计算出来的向量v(x，y)替换为零向量(0，0)而实现。
在上面的例子中，使用在可视传感器的光轴方向上的逐步移动，导致末端效应器的逼近(参照图3中的步骤S3和图4中的步骤H5)。这仅仅打算给出一个例子，可以采用其它模式。例如，可使用在可视传感器(相机)的视线方向上的逐步移动。在这种情况下，使用表示视线方向上的向量，而不是表示在光轴方向操作量的向量(0，0，c)。
图5说明在视线方向延伸的向量。在图5中，符号C标明的虚线表示视线，且视线向量(d)经过由自动机械法兰坐标系统(a)表示的可视传感器的焦点的位置和线的端点的位置。
视线向量(d)可被分解成两部分(a，b，c’)，其分别相应于在步骤S3和H5中的向量V(x，y，z)成分。
通过利用向量(1，b，c’)，而不是向量(0，0，c)执行相关步骤的处理，在步骤S3的步骤G2中或在步骤H5的步骤L2中，可以实现沿可视传感器视线的逼近，而不是沿可视传感器光轴的逼近。
还有另外一种控制模式，在其中，没有将在光轴方向和视线方向延伸的向量加入移动命令中，从而可以仅在从可视传感器上看到的二维坐标系统中执行移动。为了避免自动机械和工件之间的干扰，当自动机械靠近目标点时，向目标点的移动有时是不需要的。在这种情况下，不在步骤S3中将向量(0，0，c)加入而实现的控制模式是有用的。
上面的控制模式同样可应用于一种情况：工具端点位于空间中的一点，如果在屏幕上该点的坐标值预先设置。
这里具有另外一种控制模式，仅在从可视传感器看到的二维坐标系统上实现移动。例如，与末端效应器2的预定部分(第一部分)是否在屏幕上显示无关，自动机械可移动，来使得在图像上目标30的预定部分(第二部分)的位置以一指定的方向移动。这可以通过设置由操作者在屏幕上指定的特定点p(x，y)实现。
可选择地，与末端效应器2的预定部分(第二部分)和目标30是否在屏幕21上显示无关，自动机械可以在一特定方向上移动至相机3的视野中。这可以通过设置由操作者在屏幕21上指定的特定点q(x，y)和屏幕的中心p(x，y)而实现。
在这些情况下，移动仅在从可视传感器看到的二维坐标系统中执行，一预定坐标系统或设置在相机3上的坐标系统用来作为自动机械移动的参考坐标系统。例如，在使用一预定坐标平面的情况下，该预定坐标平面的XY平面是自动机械位于的平面，自动机械移动限制在与该XY平面相平行的平面上。另一方面，在使用设置在相机3上的坐标系统的情况下，自动机械移动限制在与垂直于相机3的光轴的平面相平行的平面上。
当通过使用上面所述控制模式中的一种，使得末端效应器的末梢(线的端部)6以需要的精度与目标点重合时，操作者按下位于指导悬臂上的指导键，来将作为指导点的这个点(当前自动机械位置)告诉自动机械。
接下来，操作者按下退回键23来将末端效应器5远离目标点7移动。这样的处理可以以各种不同的方式执行。例如，在准备工作中，存储目标30在视野中可见的位置。在按下退回键30的时候，自动机械可以使用该存储的位置作为目标退回点来线性移动。
当接下来的目标点在相机图像中看到时，这样的点以上面所述的方法被指定作为一新的目标点。然而，自动机械再次移动且做出指导。如果目标点与自动机械退回位置相隔很远，操作者在屏幕上指定操作者期望自动机械移动的方向，从而仅在可视传感器可见的二维坐标系统上执行移动。
如图6的流程图所示，通过在步骤H4连续移动命令处理，直至自动机械停止命令输入为止，上面的可一很容易的实现。
在图6的流程图中，步骤U1-U4是分别与步骤H1、H2、H4和H6相同的处理步骤(详细描述在此不再重复)。
步骤U5是检查自动机械停止命令是否输入的步骤。直至操作者按下位于指导悬臂20上的紧急停止键为止，确定自动机械停止命令没有输入，且继续自动机械移动。当观察屏幕时，操作着能确定按下紧急停止键的时间，且能在例如末端效应器的端部6充分逼近屏幕21上的目标点7的时候释放该键。
在这些实施例中，描述仅对于电弧焊接应用作出，其仅仅作为示例的目的。显然本发明同样可适用于其它应用，在其中适用于相关应用的末端效应器可以上面描述的方式操作。作为可视传感器的图像处理和显示部件，指导悬臂仅作为示例的目的在这些实施例中使用。代替的，例如，可以使用一个人电脑和其显示器。在该情况中，逼近和退回键可提供在个人电脑的键盘上。
依照本发明，自动机械末端效应器的一部分可以很容易地移动，来接近在显示屏上识别的目标位置。从而，不用将繁重的工作量加之于操作者，可以执行诸如指导操作的操作，将末端效应器的预定部分移动，靠近，到达该目标的预定部分，且相反地实现远离该目标的预定部分的移动。进一步可以在屏幕上给出指示来操作连接至自动机械的图像捕捉装置，从而目标点落入图像捕捉装置的视野内。利用这些优点，指导操作可以很容易地在短时间内做出。同样能减少与末端效应器、工件、夹具、外围设备等等可能的接触，这些接触由指导操作中的失误而导致。

Claims (24)

1.一种自动机械系统，其包括：
一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；
一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置相应末端效应器的第一点和设置相应于一目标的第二点；
逼近命令装置，用于发出操作自动机械的逼近命令，使得响应该输入的逼近指示，在三维空间内第一点逼近第二点；
识别装置，用于识别在捕捉的图像中第一和第二点的位置，来获得在图像中第一点和第二点之间的位置关系，该捕捉的图像在第一和第二点位于图像捕捉装置的视野内时由可视传感器所捕捉；
计算第一移动命令的装置，该第一移动命令基于在图像中第一点和第二点之间的位置关系而计算出来，该第一移动命令用于操作自动机械，使得在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近；
计算第二移动命令的装置，该第二移动命令用于操作自动机械，使得在三维空间内响应该逼近命令第一点逼近第二点；
获得第一结合移动命令的装置，通过将第一移动命令和第二移动命令结合而获得第一结合移动命令，来根据该第一结合移动命令操作该自动机械；以及
重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复计算第一移动命令和第二移动命令，和当该逼近指示输入到所述逼近命令装置时，根据第一结合移动命令重复操作该自动机械的装置。
2.如权利要求1所述的自动机械系统，其中：
所述第一点是通过在捕捉的图像中指定一像素而设置的，该像素与末端效应器是否位于所述图像捕捉装置的视野中无关，且该自动机械系统包括一装置，用于当在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近时，使得所述图像捕捉装置逼近目标第二点的位置。
3.如权利要求1所述的自动机械系统，进一步包括：
根据第一移动命令，操作自动机械的装置；
判断装置，用于判断在捕捉的图像中，第一点和第二点之间的位置关系是否满足一预定条件；和
在根据第一结合移动命令重复操作自动机械之前，相应于输入至所述命令装置的逼近命令，直至所述判断装置确定了满足该预定条件为止，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复由所述判断装置做出判断、重复第一移动命令的计算和根据第一移动命令的重复自动机械操作的装置。
4.如权利要求3所述的自动机械系统，进一步包括：
在根据第一结合移动命令重复自动机械操作之后，根据第二移动命令重复自动机械操作的装置。
5.如权利要求1所述的自动机械系统，其中：
所述用于计算第二移动命令的装置计算移动信息，该移动信息用于将末端效应器沿图像捕捉装置的光轴移动。
6.如权利要求1所述的自动机械系统，其中：
所述用于计算第二移动命令的装置计算移动信息，该移动信息用于将末端效应器沿图像捕捉装置与第二点连接的视线方向移动。
7.如权利要求1所述的自动机械系统，进一步包括：
安装在自动机械上的距离传感器或接触传感器；和
当该逼近指示输入至所述逼近命令装置，且所述距离传感器或所述接触传感器探测到在一移动距离内第一点逼近第二点时，用于停止自动机械的装置。
8.如权利要求7所述的自动机械系统，其中：
自动机械停止的位置作为指导点存储起来。
9.如权利要求1所述的自动机械系统，进一步包括：
退回命令装置，用于发出操作自动机械的一退回命令，从而响应该退回指令输入，在三维空间内第一点远离第二点移动；
计算装置，用于计算第三移动命令来操作自动机械，从而响应该退回命令，在三维空间内第一点远离第二点移动；
获得第二结合移动命令的装置，通过结合第一移动命令和第三移动命令获得第二结合移动命令，根据该第二结合移动命令操作自动机械；以及
当退回指示输入所述退回命令装置时，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复第一和第三移动命令的计算、和根据第二结合移动命令的重复操作自动机械的装置。
10.如权利要求9所述的自动机械系统，进一步包括：
根据第一移动命令，操作自动机械的装置；
判断装置，用于判断在捕捉的图像中，第一点和第二点之间的位置关系是否满足一预定条件；和
在根据第二结合移动命令重复操作自动机械之前，响应输入至所述退回命令装置的退回指令，直至所述判断装置确定了满足该预定条件为止，重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复由所述判断装置所作出的判断、第一移动命令的计算及和根据第一移动命令重复自动机械的操作的装置。
11.如权利要求10所述的自动机械系统，进一步包括：
根据第二结合移动命令，在操作自动机械之后，根据该第三移动命令重复自动机械操作的装置。
12.如权利要求9所述的自动机械系统，其中：
所述计算第三移动命令的装置计算用于沿图像捕捉装置的光轴方向移动末端效应器的移动信息。
13.如权利要求9所述的自动机械系统，其中：
所述计算第三移动命令的装置计算用于沿连接图像捕捉装置和第二点的视线方向移动末端效应器的移动信息。
14.一种自动机械系统，其包括：
一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；
一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置关于末端效应器的第一点和设置关于一目标的第二点；
可视二维逼近命令装置，用于发出一操作自动机械的可视二维逼近命令，使得响应一输入的可视二维逼近指示，在捕捉图像内第一点和第二点二维地相互逼近；
识别位置装置，用于识别在由可视传感器捕捉的图像中第一点和第二点的位置，来获得在图像中第一点和第二点之间的位置关系，该第一点和第二点位于所述图像捕捉装置的视野内；
计算移动命令的装置，该移动命令基于第一点和第二点之间的位置关系而计算出来，该移动命令用于操作自动机械，使得在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近；
根据该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置；和
重复识别第一点和第二点之间的位置关系、重复计算移动命令，且当该可视二维逼近指示输入到所述可视二维逼近命令装置时，根据移动命令重复操作该自动机械的装置。
15.如权利要求14所述的自动机械系统，其中：所述第一点是通过在捕捉的图像中指定一像素而设置的，该像素与末端效应器是否位于所述图像捕捉装置的视野中无关，且该自动机械系统包括一装置，用于使得当在捕捉的图像中第一点和第二点相互逼近时，所述图像捕捉装置逼近目标第二点的位置。
16.一种自动机械系统，其包括：
一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；
一可视传感器，具有用于捕捉图像的图像捕捉装置，该捕捉的图像包括设置相应末端效应器的第一点和设置相应一目标的第二点；
可视二维逼近命令装置，用于发出一操作自动机械的可视二维逼近命令，使得响应一可视二维逼近指示的输入，在捕捉图像内第一点和第二点二维地相互逼近；
指定方向装置，用于指定在由可视传感器捕捉的图像中第一点可视二维的移动方向，该第一点和第二点位于所述图像捕捉装置的视野内；
计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得第一点在该指定的方向上移动；和
根据该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
17.一种自动机械系统，其包括：
一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；
指定装置，用于在包括由可视传感器捕捉的点的图像内，指定根据目标设置的点的可视二维移动方向；
计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得在该捕捉的图像中该点在该指定的方向上移动；和
根据该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
18.如权利要求17所述的自动机械系统，其中：以一预定坐标系统为基础，执行根据该移动命令的自动机械操作。
19.如权利要求18所述的自动机械系统，其中：该预定坐标系统是为图像捕捉装置设置的坐标系统。
20.一种自动机械系统，其包括：
一自动机械，其具有安装于其上的末端效应器；
指定装置，用于在由可视传感器捕捉的图像中，指定该图像的可视二维移动方向；
计算移动命令的装置，该移动命令用于操作自动机械，使得该捕捉的图像在该指定的方向上移动；和
根据该计算出的移动命令，操作器自动机械的装置。
21.如权利要求20所述的自动机械系统，其中：
根据该移动命令的自动机械操作是基于一预定坐标系统而执行的。
22.如权利要求21所述的自动机械系统，其中：该预定坐标系统是为图像捕捉装置设置的坐标系统。
23.如权利要求1，14，16，17和20中的任一项所述的自动机械系统，进一步包括显示装置，用于显示由可视传感器的图像捕捉装置捕捉的图像，
其中连接第一部分和第二部分的线段在捕捉的图像上由显示装置显示出来。
24.如权利要求1，14，16，17和20中的任一项所述的自动机械系统，其中：该图像捕捉装置安装在该自动机械上。
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