TW201739587A - 機器手臂的校正裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種機器手臂的校正裝置及其控制方法，在平板設深色方格，深色方格內設複數淺色區塊，複數淺色區塊的一個淺色區塊作為辨識校正裝置方位基準，另一個淺色區塊內標示相對應作業副程式的控制代碼，以設定控制機器手臂。

Description

機器手臂的校正裝置及其控制方法

本發明有關一種機器手臂，尤其關於機器手臂利用校正裝置，校正機器手臂的移動誤差，及利用校正裝置設定機器手臂執行作業的控制方法。

隨著生產技術的快速發展，工廠自動化利用攝影機偵測及定位物件，引導機器手臂自動抓取物件進行組裝製造，提高工廠的生產效率。而增加機器手臂自動生產效率的重要課題，在於簡化控制的困難度，以及精確執行生產作業。

先前技術機器手臂利用校正裝置校正控制誤差，以精確操作機器手臂。而先前技術機器手臂的校正裝置，一般為矩形格狀棋盤的校正板，由多個黑色格子與白色格子相互間隔構成。利用機器手臂移動設在機器手臂上的攝影機，接近已知位置的校正板，聚焦擷取校正板的影像，並根據擷取的校正板影像，計算機器手臂與校正板的相對位置關係，以校正機器手臂的座標。

另有美國專利案US6985175，利用兩攝影機擷取校正板格狀棋盤的扭曲影像狀況，進行影像比對以校正攝影機。中國專利案 CN102927908，利用雷射裝置投射條狀光線在校正板對角，藉設在機器手臂上的攝影機擷取條狀光線的影像，再移動雷射裝置與機器手臂擷取條狀光線投射校正板另一對角位置的影像，由兩對角位置條狀光線的交叉，校正機器手臂三維空間的定位。

然而，前述先前技術使用的校正板均有一定的尺寸大小，不易攜帶與收藏，且對於機器手臂有限的設置空間，尤其在機器手臂與校正板相對距離不夠時，機器手臂上的攝影機不能取得校正板完整的影像，難以由擷取校正板的部分影像正確判斷機器手臂相對的方向及位置，以致無法利用校正裝置進行校正，且先前技術的校正裝置僅有單一校正用途，也無法用以控制機器手臂。因此，機器手臂在校正裝置上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的在提供一種機器手臂的校正裝置，藉由預定邊長的平面深色方格，深色方格內設易辨識且固定方位關係的複數個淺色區塊，構成小單位尺寸校正裝置，以利攜帶使用。

本發明另一目的在提供一種機器手臂的校正裝置，根據機器手臂的設置空間，利用水平拼接小單位的校正裝置，組成適當大小的校正裝置，以增加使用彈性。

本發明再一目的在提供一種機器手臂的校正裝置的控制方法，利用在校正裝置中固定方位的複數個淺色區塊中，依序標示控制代碼，在放置校正裝置的點位，控制機器手臂執行控制代碼相對應的作業，以降低操作困難度。

為了達到前述發明的目的，本發明機器手臂的校正裝置，在平板設預定邊長的深色方格，深色方格內設複數淺色區塊，淺色區塊間具有固定方位的關係，複數淺色區塊包含至少一個淺色區塊作為辨識校正裝置方位基準，複數淺色區塊中另包含至少一個淺色區塊內標示相對應作業副程式的控制代碼。其中平板為透明平板，校正裝置畫設在該透明平板的底面，亦可多個校正裝置水平拼接，形成大尺寸的校正裝置。

本發明機器手臂的校正裝置的深色方格內設三個淺色區塊，三個淺色區塊形成二列，第一列含單一淺色區塊，第二列含平行設置的二個淺色區塊，形成第一列的淺色區塊為方位基準，建立淺色區塊間的固定方位的關係，並在淺色區塊依方位順序標示相對應作業副程式的控制代碼。本發明哩一實施例機器手臂的校正裝置在作為方位基準的淺色區塊內標示方位標誌，方位標誌具有指示方位的特徵。

本發明機器手臂的校正裝置的控制方法，預先編程及儲存複數種作業副程式，並登錄作業副程式的控制代碼。接著在校正裝置的深色方格內的複數淺色區塊，依方位順序標示控制代碼。將校正裝置放置在機器手臂的作業點位，利用機器手臂擷取校正裝置的影像，由擷取影像辨識校正裝置的方位及標示的控制代碼。將該作業點位的作業設定為執行相對應控制代碼的作業副程式，啟動機器手臂後在該作業點位執行設定的作業副程式，進行控制機器手臂。

其中將複數淺色區塊形成二列，第一列含單一淺色區塊，第二列平行設置的淺色區塊，以第一列的淺色區塊為方位基準，由預定方向確認第二列淺色區塊的順序，以建立淺色區塊間的固定方位的關係。亦可 在機器手臂預先登錄方位標誌，並在機器手臂一淺色區塊內標示方位標誌作為方位基準，以建立淺色區塊間的固定方位的關係。然後將校正裝置完成設定後，放置在鄰近作業點位的檢視位置，檢視位置具有實際量測的座標，以定時進行再校正補償誤差。

1‧‧‧校正裝置

2‧‧‧平板

3‧‧‧深色方格

4，4a，4b，4c‧‧‧淺色區塊

5‧‧‧機器手臂

6‧‧‧基座

7‧‧‧端末部

8‧‧‧工作台

9‧‧‧攝影機

10‧‧‧厚平板

11‧‧‧透明平板

12‧‧‧底面

13‧‧‧夾爪

14‧‧‧工件

15‧‧‧檢視位置

20‧‧‧另一實施例校正裝置

21‧‧‧深色方格

22a，22b‧‧‧淺色區塊

23‧‧‧方位標誌

24‧‧‧控制代碼

圖1 為本發明校正裝置的示意圖。

圖2 為本發明影像校正機器手臂的示意圖。

圖3 為本發明校正裝置設在厚平板的示意圖。

圖4 為本發明校正裝置設在透明平板的示意圖。

圖5 為本發明拼接校正裝置的示意圖。

圖6 為本發明機器手臂辨識校正裝置控制代碼的示意圖。

圖7 為本發明機器手臂執行控制代碼作業的示意圖。

圖8 為本發明另一實施例校正裝置的示意圖。

圖9 為本發明機器手臂的校正裝置的控制方法的流程圖。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳實施例，並配合圖式加以說明如下。

請同時參閱圖1至圖2，圖1為本發明校正裝置的示意圖，圖2為本發明影像校正機器手臂的示意圖。圖1中本發明的校正裝置1，在平板2上劃設預定邊長L的平面例如黑色等深色方格3，深色方格3內設複數個較小尺寸的淺色區塊4，本實施例以三個例如白色等淺色區塊4a、4b、4c為例說 明，使淺色區塊4a、4b、4c與深色方格3形成對比顏色，以利視覺影像辨識。三個淺色區塊4a、4b、4c在深色方格3內形成二列，第一列僅含淺色區塊4a，第二列含平行設置的淺色區塊4b與4c，且使第一列的淺色區塊4a鄰近第二列淺色區塊4b與4c的中間位置。因此在視覺影像辨識第一列單一的淺色區塊4a後，就可以第一列的淺色區塊4a為方位基準，由例如反時針等預定方向確認第二列淺色區塊4b與4c的順序，讓三個淺色區塊4a、4b、4c的位置具有固定方位的關係，以構成小單位尺寸的校正裝置1。

本發明利用校正裝置1校正機器手臂5時，圖2中機器手臂5的一端固定在基座6，形成機器手臂5的手臂座標W基準，另一端為活動的端末部7。再將校正裝置1固定在工作台8的校正位置P，實際測量校正裝置1在校正位置P的方位座標。接著控制機器手臂5移動端末部7，停留在接近校正裝置1的位置，傾斜調整端末部7上的攝影機9對正校正裝置1。由於校正裝置1的小單位尺寸，讓設在端末部7上的攝影機9較易擷取校正裝置1的整體影像。

本發明機器手臂5的端末部7與攝影機9具有固定位置關係，可由攝影機9聚焦焦距取得端末部7與校正裝置1的距離。並根據影像處理攝影機9擷取的影像，辨識攝影機9與三個淺色區塊4a、4b、4c的相對方位關係，進一步決定端末部7與校正裝置1的相對方位關係。利用已知的校正裝置1位置座標計算端末部7的實際方位座標，與控制機器手臂5移動端末部7的座標比對，以校正機器手臂5的座標誤差。此外，本發明校正裝置1深色方格3的預定邊長L，也可提供影像畫素轉換成真實尺寸的比例，以計算影像中目標物的尺寸。

如圖3、圖4及圖5所示，圖3為本發明校正裝置設在厚平板的示意圖，圖4為本發明校正裝置設在透明平板的示意圖，圖5為本發明拼接校正裝置的示意圖。本發明的校正裝置1具有多種應用的實施例，圖3中本發明的校正裝置1畫設在厚平板10上，厚平板20的厚度H可依需要彈性使用，例如厚度約5mm，不僅利於機器手臂夾取校正裝置1，且以其厚度H形成已知的高度，可作為3D或2D攝影機對齊的基準使用。圖4中本發明的校正裝置1畫設在透明平板11的底面12，讓校正裝置1貼近校正位置，可提高校正精度。圖5中將本發明的多個校正裝置1進行水平拼接，形成大尺寸的校正裝置，回復一般校正板的功能，以配合機器手臂進行多點複雜的校正。

請同時參考圖6及圖7，圖6為本發明機器手臂辨識校正裝置控制代碼的示意圖，圖7為本發明機器手臂執行控制代碼作業的示意圖。本發明的機器手臂5預先編程及儲存，例如運送工件、歸位、夾取工件、放置工件、焊接、組合工件及更換工具等複數種作業副程式。並登錄各種作業副程式的控制代碼，例如控制代碼M02代表運送工件作業副程式。當在校正裝置1的淺色區塊4，依淺色區塊4的方位順序，以書寫、黏貼或印刷等方式標示控制代碼M02，並將校正裝置1置放在機器手臂5的作業點位。圖6中機器手臂5利用攝影機9擷取校正裝置1的影像，且依淺色區塊4的方位順序，辨識出標示的控制代碼M02，自動將該作業點位設定為執行相對應控制代碼M02的運送工件作業副程式。並在啟動機器手臂5時，執行M02運送工件作業副程式利用機器手臂5的夾爪13，夾取及運送作業點位的工件14。

圖7中完成設定校正裝置1，可將校正裝置1放置在鄰近作業點位的檢視位置15。檢視位置15的校正裝置1，不僅可供操作者巡檢時，檢 視校正裝置1標示的控制代碼，獲得機器手臂5在該作業點位的作業狀況，且檢視位置15具有實際量測的座標，可讓機器手臂5在開機或運作中，定時對校正裝置1進行再校正，以隨時補償機器手臂5磨耗所產生的誤差，對於再校正無法補償的誤差，也可適時發出警報，靜待維修，以免損傷機器手臂或產品。

如圖8所示，為本發明另一實施例的校正裝置20。校正裝置20在深色方格21的複數淺色區塊中，包含至少一個淺色區塊22a，可在淺色區塊22a內標示例如文字、符號、數字或圖案等方位標誌23，方位標誌具有指示方位的特徵，作為辨識校正裝置20方位基準，且預先登錄在機器手臂中。複數淺色區塊中另包含至少一個淺色區塊22b，可在淺色區塊22b內標示控制代碼24。標示控制代碼24的淺色區塊22b與標示方位標誌23的淺色區塊22具有固定方位關係，例如位於淺色區塊22正下方固定距離的位置，一旦辨識確認標示方位標誌23的淺色區塊22，就可辨識標示控制代碼24的淺色區塊22b。同理，本實施例亦可達到讓校正裝置20作為校正、巡檢及控制機器手臂的多重功效。

如圖9所示，為本發明機器手臂的校正裝置的控制方法的流程圖。本發明機器手臂的校正裝置，在控制前預先編程及儲存複數種作業副程式，並登錄作業副程式的控制代碼，本發明校正裝置的控制方法的詳細步驟說明如下：在步驟S1，開始控制機器手臂；步驟S2，在校正裝置的深色方格中的淺色區塊，依淺色區塊的方位順序，標示控制代碼；步驟S3，將校正裝置放置在機器手臂的作業點位；步驟S4，機器手臂擷取校正裝置的影像；步驟S5，由擷取的影像辨識校正裝置的方位；步驟S6，由擷取的 影像辨識標示的控制代碼；步驟S7，將該作業點位的作業設定為執行相對應控制代碼的作業副程式；步驟S8，啟動機器手臂後在該作業點位執行設定的作業副程式，進行控制機器手臂。

因此本發明機器手臂的校正裝置，就可藉由在平板劃設預定邊長的平面深色方格，深色方格內設易辨識且固定方位關係的複數個淺色區塊，縮小校正裝置構成小單位尺寸，達到易於攜帶使用的目的。另外本發明機器手臂的校正裝置，亦可配合機器手臂的設置空間及多點複雜的校正，利用水平拼接小單位的校正裝置，組成適當大小的校正裝置，回復一般校正板的功能，達到增加使用彈性的目的。而本發明機器手臂的校正裝置的控制方法，更能利用在校正裝置中固定方位的複數個淺色區塊中，依序標示控制代碼，在放置校正裝置的點位，控制機器手臂執行控制代碼相對應的作業，達到降低操作困難度的目的。

以上所述者，僅為用以方便說明本發明之較佳實施例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。

1‧‧‧校正裝置

4‧‧‧淺色方格

6‧‧‧機器手臂

10‧‧‧攝影機

13‧‧‧夾爪

Claims (10)

1. 一種機器手臂的校正裝置，包含：在平板設預定邊長的深色方格，深色方格內設複數淺色區塊，淺色區塊間具有固定方位的關係，複數淺色區塊包含至少一個淺色區塊作為辨識校正裝置方位基準，複數淺色區塊中另包含至少一個淺色區塊內標示相對應作業副程式的控制代碼。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂的校正裝置，其中該深色方格內設三個淺色區塊，三個淺色區塊形成二列，第一列含單一淺色區塊，第二列含平行設置的二個淺色區塊，形成第一列的淺色區塊為方位基準。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器手臂的校正裝置，其中該淺色區塊依方位順序標示相對應作業副程式的控制代碼。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂的校正裝置，其中該作為方位基準的淺色區塊內標示方位標誌，方位標誌具有指示方位的特徵。
5. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂的校正裝置，其中該平板為透明平板，校正裝置畫設在該透明平板的底面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂的校正裝置，其中該校正裝置進行多個水平拼接，形成大尺寸的校正裝置。
7. 一種機器手臂的校正裝置的控制方法，預先編程及儲存複數種作業副程式，並登錄作業副程式的控制代碼，其步驟包含：在校正裝置的深色方格內的複數淺色區塊，依方位順序標示控制代碼；將校正裝置放置在機器手臂的作業點位；機器手臂擷取校正裝置的影像；由擷取影像辨識校正裝置的方位； 由擷取影像辨識標示的控制代碼；將該作業點位的作業設定為執行相對應控制代碼的作業副程式；啟動機器手臂後在該作業點位執行設定的作業副程式，進行控制機器手臂。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機器手臂的校正裝置的控制方法，其中該複數淺色區塊形成二列，第一列含單一淺色區塊，第二列平行設置的淺色區塊，以第一列的淺色區塊為方位基準，由預定方向確認第二列淺色區塊的順序，以建立淺色區塊間的固定方位的關係。
9. 如申請專利範圍第7項所述之機器手臂的校正裝置的控制方法，其中該機器手臂預先登錄方位標誌，並在機器手臂一淺色區塊內標示方位標誌作為方位基準，以建立淺色區塊間的固定方位的關係。
10. 如申請專利範圍第9項所述之機器手臂的校正裝置的控制方法，其中該校正裝置完成設定後，放置在鄰近作業點位的檢視位置，檢視位置具有實際量測的座標，以定時進行再校正補償誤差。