TWI708667B

TWI708667B - 運動裝置之位置與姿態校正裝置及系統與方法

Info

Publication number: TWI708667B
Application number: TW108135367A
Authority: TW
Inventors: 陳亮嘉; 戴天祥
Original assignee: 國立臺灣大學
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-11-01
Also published as: TW202112514A

Abstract

本發明提供一種位置與姿態校正方法，首先提供複數個校正體之一校正裝置，每一個校正體具有至少一特徵點。使影像擷取探頭或校正裝置設置在運動裝置之末端效應器上。使運動裝置於一校正空間內以複數次不同位置與姿態取得複數張關於該校正裝置的影像。解析出每一位置與姿態下末端效應器相對於運動裝置基座的轉換關係(L_i)。然後，透過每一張影像解析量測座標系與世界座標系下特徵點位置的實際轉換關係(P_i)。接著，通過L_i與P_i兩種關係得到影像擷取探頭與末端效應器之間的手眼轉換關係X。再利用L_i、P_i與X轉換關係計算出運動裝置基座與世界座標系之間的轉換關係(Z)。最後，利用前述的轉換關係決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。

Description

運動裝置之位置與姿態校正裝置及系統與方法

本發明為關於一種位置與姿態校正技術，特別是指一種利用校正工具輔助建立校正一運動裝置的校正空間，以對運動裝置進行位置精度調整之一種位置與姿態校正系統與方法。

隨著科技的進步，網路通訊與感測技術的結合，機械手臂或自動加工機具，在製造產業中的需求逐漸增加。由於機械手臂或自動加工機具可以減少人力、增加生產效率以及可以達到一般人力加工上無法達到的精度需求，因此近年來，其相關應用受大很大的重視。

然而高精度的機械手臂或自動加工機具的成本相當高昂，也非一般中小企業所能夠承擔。因此如何能夠在成本有效的控制之下，可以輔助與提升其加工精度，讓一般中低階的機械手臂也可以在不改變其系統的條件下提升其加工精度，是一個重要的研究課題。

習用技術中，例如：中華民國公開專利第201509617教導了一種機械手臂精度量測系統與方法，其包含有一基準平板、至少兩感測探頭及一球透鏡組，該基準平板可設於機械手臂之工作平台，而各該感測探頭係設於基準平板上，且感測探頭係由兩個雷射發射件與兩個四象限光位置檢知器以水平交錯方式設置所構成，又球透鏡組則係設於機械手臂末端，使球透鏡組可隨同機械手臂進行X軸、Y軸及Z軸的位移，藉此，機械手臂的移動過程中，可利用該球透鏡組於各該感測探頭間往復量測，供即時檢測機械手臂關節軸之組合誤差與單一關節軸之誤差，即時產生一補償參數，以供機械手臂進行補償動作。

另外在中華民國公告專利第468055號也教導了一種利用影像的方式來進行精度校正，其於進行操作對象物之移動或加工之機械手臂控制方法，其特徵為；依據記錄操作對象物之狀態及操作作業後之理想狀態之資料庫計算對於操作作業後之理想狀態之操作對象物由攝像裝置如何攝像，將由攝像裝置所攝像之實際畫像與由該計算之畫像重疊於同一面上加以顯示，控制機械手臂使顯示於該顯示裝置之該實際畫像與該計算畫像相符。

本發明提供一種位置與姿態校正系統與方法，藉由設置於運動裝置上一特定部位(例如：機械手臂末端效應器)上面的影像擷取探頭，在特定部位移動至相對於一世界座標系的各個不同公稱位置與姿態下，所取得到校正裝置的影像，並對該取得影像內的校正體特徵點進行演算，以得到在影像擷取探頭的量測座標系下，校正裝置上各個校正體的一相對位置。由於每一張影像內所對應的至少六個特徵點可以藉由其他精密儀器事先的量測而具有已知的絕對空間位置，因此透過絕對位置與對應的相對位置的轉換關係，以及利用手眼校正所得到的手眼轉換關係進行演算，可以得知運動裝置上該特定部位的實際位置與姿態。由於運動裝置上一特定部位，例如：末端效應器，其公稱位置與姿態為已知，因此可以透過經由校正所得該實際位置與姿態以及公稱位置與姿態的關係，進而獲得運動裝置上特定部位的運動誤差(含三軸位置與三軸轉動姿態六項參數的誤差)，進而可以對該運動誤差進行補償。藉由此種方式，可以提升運動裝置的位置與姿態的精度，使得經過校正的運動裝置的位置與姿態控制精度超越其出廠的精度。

本發明提供一種位置與姿態校正系統與方法，其係於可以進行至少一維度運動的移載裝置上設置一附加裝置，例如：校正裝置或影像擷取探頭，來進行運動裝置的位置與姿態的校正，以用於移動範圍大的區域的運動裝置，藉由設置於運動裝置上一特定部位(例如：機械手臂末端效應器)上面的影像擷取探頭或校正裝置，在運動裝置移動至相對於一世界座標系的各個不同操作位置下，所取得到校正裝置的影像，並對該取得影像內的校正體特徵點進行演算，以得到在影像擷取探頭的量測座標系下，校正裝置上各個校正體的一相對位置。由於運動裝置的運動空間通常比校正裝置的體積大得多，為了確保運動裝置各個公稱位置與姿態上都可以被校正裝置偵測與校正，減少校正裝置拼裝所產生的誤差，校正裝置可以透過該移載裝置(譬如X-Y-Z三軸直角座標位移平台)來改變位置，以利增加校正空間使其覆蓋整個運動裝置的運動空間。由於本發明的移載裝置各個運動維度相互正交，因此可以避免移動誤差相互疊加的問題，一般而言經過校正後移載裝置的位移精度，均可大幅高於機器手臂式運動裝置的運動精度，因此移載裝置可以提供精準的參考空間位置，擴大空間的範圍來校正運動裝置上特定部位的空間精確的位置與姿態。透過移載裝置上設置單一校正裝置，來對一加工環境中的運動裝置進行位置與姿態校正的話，由於不需要拼裝校正裝置，可以減少組裝時花費的時間，而且避免確保各個校正單元拼裝後保持固定所需的成本。

在一實施例中，本發明提供一種位置與姿態校正方法，其係包括有下列步驟。首先，提供一運動裝置，具有一末端效應器。接著，建立關於該運動裝置之運動範圍的校正空間，其具有複數個校正點。然後，提供一校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面。接著，於該末端效應器(end effector)上，選擇設置一校正裝置或一影像擷取探頭。然後，控制該運動裝置將該末端效應器移動至每一個校正點，使得在每一個校正點，運動裝置所具有的手臂校正位置與姿態不相同，並於每一個校正點使影像擷取探頭擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點。再來，根據該運動裝置的每一個手臂校正位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係。接著，根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的一量測座標位置以及相應於該世界座標系下的一世界座標位置，決定關於每一校正點的一量測與世界座標轉換關係。最後，根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。

在一實施例中，本發明提供一種位置與姿態校正系統，包括有一影像擷取探頭、一校正裝置、一運動裝置以及一運算處理裝置。該校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面。該運動裝置，其上具有一末端效應器(end effector)，其中該影像擷取探頭或該校正裝置之其中之一係設置於該末端效應器上，該運動裝置位於一校正空間內，該校正空間內具有複數個校正點。該運算處理裝置，其係與該運動裝置相耦接，該運算處理裝置控制該運動裝置將該末端效應器移動至每一個校正點，使得在每一個校正點，運動裝置所具有的手臂校正位置與姿態不相同，並於每一個校正點使影像擷取探頭擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點，根據該運動裝置的每一個手臂校正位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係，根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標系位置以及相應於該世界座標系下的世界座標系位置，決定關於每一校正點的一量測與世界座標轉換關係，根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。

在另一實施例中，本發明提供一種位置與姿態校正裝置，包括有一影像擷取探頭、一校正裝置、一移載裝置以及一運算處理裝置。該校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面。該移載裝置，用以承載該影像擷取探頭或該校正裝置。該運算處理裝置，控制一運動裝置以複數個不同的校正位置與姿態將該運動裝置上之一末端效應器移動至運動裝置所處空間中的複數個校正點，使影像擷取探頭於每一個校正點擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點，該運算處理裝置根據該運動裝置的每一個位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係，根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標系位置以及相應於該世界座標系下的世界座標系位置，決定每一校正點的一量測與世界座標轉換關係，以及根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。

2、2a:校正裝置

20:校正單元

200:板體

201:支撐結構

202:校正體

203:連接構件

3:校正系統

30:運動裝置

300:夾持件

301:基座

302:末端效應器

31:影像擷取探頭

310:光源

311、312:影像擷取裝置

313:光斑圖案

314:基線

32:運算處理裝置

4、4a:流程

40~47:步驟

470~473:步驟

圖1為本發明之一種位置與姿態校正裝置立體示意圖。

圖2A與2B其係分別為將多個校正單元組合而成不同之校正裝置俯視示意圖。

圖2C與圖2D所示，該圖為本發明之校正裝置的不同實施例示意圖。

圖3A為本發明之校正系統實施例示意圖。

圖3B為本發明之校正系統另一實施例示意圖。

圖3C與圖3D分別為本發明之影像擷取探頭不同實施例示意圖。

圖4A為本發明之位置與姿態校正方法之一實施例流程示意圖。

圖4B為本發明之校正空間與校正點的實施例示意圖。

圖4C為本發明決定位置與姿態補償資訊之一實施例流程示意圖。

圖4D為本發明計算公稱位置轉換關係之另一實施例示意圖。

圖5A為本發明之手眼位置轉換關係示意圖。

圖5B為本發明表示轉換關係Z與手臂校正轉換關係、手眼轉換關係與量測與世界座標轉換關係示意圖。

圖5C為本發明計算出實際達到的位置與姿態與應該達到的位置與姿態之間的差距示意圖。

在下文將參考隨附圖式，可更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。類似數字始終指示類似元件。以下將以多種實施例配合圖式來說明所述位置與姿態校正裝置及其位置與姿態校正系統與方法，然而，下述實施例並非用以限制本發明。

請參閱圖1所示，該圖為本發明之一種位置與姿態校正裝置立體示意圖，該校正裝置2包括有複數個校正單元20，相互組合以使該複數個校正單元20構成一個校正空間90，用以校正一運動裝置。每一校正單元20包括有一板體200、複數個支撐結構201以及複數個校正體202。該複數個支撐結構201，其一端連接於該板體200上。本實施例中，該支撐結構201的數量為四個，但不以此為限制，其數量可以根據實際校正需求而定。該複數個校正體202，分別設置於該複數個支撐結構201上，每一個校正體202分別對應一個支撐結構201，並連接於相應的支撐結構201上，使得該至少四個校正體202之特徵點不共平面。每一支撐結構上不限一校正體。校正體202在本實施例中為空間上具有對稱性的結構體，例如：球體或其他以形心/重心為對稱中心的具有對稱性的幾何結構。

每一個校正體上具有至少一特徵點，在一實施例中，該特徵點可以為校正體之中心位置，或者是校正體上特定的標記等。本實施例中，藉由該支撐結構201的高低差，讓至少四個特徵點不共平面。由於三個不共線的點可以建立一平面，而四個不共面的點可以建立一立體空間，因此為了使之後組合校正組時，無論使用了多少個校正單元都能夠建立立體的空間座標為參考，因此校正單元上需要至少四個不共面的特徵點來建立一參考立體空間。同時，因校正裝置可能會同時使用多數的校正單元，為了使校正裝置得以簡化，校正單元上設置以可供建立立體的最少點的四個特徵點為基礎。此外，在另一實施例中，校正體202的大小可以相同，或者是各有差異。

要說明的是，為了避免校正單元20因為熱脹冷縮效果而影響了校正單元20的尺寸，因此校正單元20可以低膨脹係數的材料來製作，另一方面也可以在考慮材料是否容易加工的特性。在一實施例中，該板體200與該支撐結構201可以採用殷瓦合金(Invar 36)，其具有低膨脹係數與容易加工的特性。殷瓦合金在20℃的時候，其膨脹係數是1.2~2.0 x 10^-6/K，確切的數值依合金本身的等級不同而有些微的改變。利用這種低膨脹係數的合金，可以確保校正單元20受到一定的外界溫度變化時，本身的膨脹變形量能降到不至於影響量測運動裝置空間座標位置的結果。

根據熱膨脹係數的公氏，如下式(1)所示：

其中α為熱膨脹係數、L為材料的長度、△L為溫度變化之後增加的長度，而△T則為溫度變化。若將殷瓦合金使用於長度(寬度)為100mm的校正單元，溫度變化為10度，其線性熱膨脹量為2μm。也就是當校正單元處於10℃~30℃時，其線性膨脹的變化量最多僅為2μm，此變化量遠低於探頭之量測精度，故不會對量測結果產生過多的影響。

至於校正單元20之間的連接元件203，會選用能夠確保校正單元20 相接之後，其相互間距不會因外界因素，如溫度等，而產生巨大的變化，導致校正裝置之精度受到嚴重影響的材料。因此在一實施例中，校正單元之間的連接元件203，例如：連接桿，亦可以採用殷瓦合金來製作。

要說明的是，利用複數個校正單元20所組合的校正空間90形狀並無一定限制，使用者可以根據校正區域的需求，利用校正單元20進行組合。在組合校正裝置2之前，會先利用三次元量測，對每一個校正單元20進行量測，得到校正體202精確的特徵點座標資訊，並對其設定代號以代表各個校正體202的位置。同時，為了方便分辨，也會對每一個校正單元20設定代號，如此只需知道代號，即可知曉任意一個校正單元20的任意校正體202的資訊。將多個校正單元20組合之後，通過事先設定好校正單元20的順序以及校正體202的位置，便可利用代號建立出整個校正裝置2中所有校正體202的特徵點位置模型，構建出一校正組空間。如圖2A與2B所示，其係為將多個校正單元20組合而成校正裝置2俯視示意圖。圖2A與圖2B顯示出將多個的校正單元連接起來，依據不同量測所需要的範圍，組合出符合量測需求的校正組空間。

此外，如圖2C與圖2D所示，在本實施例中，該校正裝置2a或2b為由複數個支撐結構201以及校正體202所構成。圖2C與圖2D與前述圖1或2A~2B的差異在於圖2C或圖2D並非由多個校正單元拼接而成，而是由多個支撐結構201與校正體202所組合而成的單一校正裝置。而圖2C和圖2D的差異在於校正裝置的幾何形狀並不相同。此外，要說明的是，校正體202在本實施例中為空間上具有對稱性的結構體，例如：球體或其他以形心/重心為對稱中心的具有對稱性的幾何結構。而在以下實施例中，校正體之特徵點係以校正體中心位置來做示例。此外，該校正體202上更可以具有識別的特徵，例如：圖案、文字等，但不以此為限制。

請參閱圖3A所示，該圖為本發明之校正系統實施例示意圖。在本實施例中，利用圖1所示的校正裝置2、運動裝置30、影像擷取探頭31、與運算處理裝置32構成了校正系統3。在一實施例中，該運動裝置30可以為機械手臂，或者是工具機中控制刀具三維位置與姿態，可進行空間運動包括多軸的移動或轉動的機構。本實施例運動裝置30為機械手臂，以下實施例的運動裝置係以機械手臂來說明。該運算處理裝置32可以為電腦、筆記型電腦、工作站、伺服器或者是雲端運算伺服器等。該運算處理裝置32具有儲存裝置，其內存有關於該校正裝置2的位置資訊的資料庫。在一實施例中，該資料庫可以透過網路設置在遠端的雲端儲存裝置內。

在一實施例中，該位置資訊包括有每一校正單元20的編號，每一校正單元20上的每一校正體202的中心座標資訊，並對其設定代號以代表各個校正體202的位置。例如在圖3A中，每一個校正單元都有一個編號A~L，其上的每一個校正體202也都具有相應的編號，以編號A的校正單元20為例，A1~A6代表其上每一個校正體202，每一個校正體202的中心位置可以透過事先的檢測得之。量測方式，在一實施例中，如前所述，可以透過經過校正之精密三次元量測床(Coordinate measuring machine,CMM)上進行量測，得到關於一世界座標系的校正體的中心位置的座標資訊。由於每一個校正單元20的編號都已經事先經過量測，因此複數個校正單元20組合而成的校正裝置2之後，就可以建立起校正裝置2關於世界座標系(W)的三維空間座標的位置關係。本實施例中，世界座標系(W)為以複數個校正單元所建構的校正空間所代表的座標系。

在該運動裝置30具有基座301，從基座301上耦接有複數個相互關連的運動軸306，使得該運動裝置30可體透過多軸運動的方式改變最後一運動軸上之一末端效應器(end effector)302的位置與姿態。本實施例中，末端效應器302用來設置影像擷取探頭31。末端效應器(end effector)其上可以設置有加工刀具、量測器具、影像擷取探頭等，但不以此為限制。在另一實施例中，如圖3B所示，該校正裝置2，可以不像圖3A的方式設置，該校正裝置2設置在一個可以進行至少三維運動(XYZ)的經過空間位移精度校正之移載裝置7上，以讓校正裝置2進行空間移動。透過圖3B的方式，可以減少校正裝置的設置空間。透過移載裝置7帶動校正裝置2移動，以確保影像擷取探頭31，在各個操作位置上都可以偵測到校正裝置2，進而可以增加校正空間的範圍。由於本發明的移載裝置各個運動維度具有相互正交之特性，因此可以避免移動誤差相互疊加的問題，因此只要移載裝置的空間位移精度大幅高於運動裝置的運動精度，則可以進一步精準地校正運動裝置上特定部位，例如：末端效應器，的實際位置。

再回到圖3A所示，該影像擷取探頭31，其係具有用以產生結構光的光源，例如：特定條紋圖案的光場，以及擷取影像的影像擷取裝置，用以擷取運動裝置30所在位置與姿態下所看到的複數個校正單元20的狀態，進而擷取相應的至少一張影像。要說明的是，影像擷取探頭31裝設的位置係為運動裝置上要被追蹤與補償的位置。例如：如果運動裝置為機械手臂，那在機械手臂上末端的挾持刀具或加工工具的挾持結構，就是影像擷取探頭31裝設的位置。因此影像擷取探頭31設置的位置是根據需求而定，並無一定限制。

此外，此處所謂擷取影像的數量並無一定的限制，可以根據後續解析影像中的物件在相對於量測座標系(以影像擷取鏡頭為原點的空間座標系)所需的方式，來決定影像的數量，例如：如果採用四步相移法(Four-step Phase Shift Method)就擷取四張不同相位的影像、五步相移法則擷取五張不同相位的影像、或者是單張(single exposure或one shot)相移法則擷取單張同時具有不同相位的影像等，不管是哪一種相移法其為本領域所屬技術之人所熟知，在此不作贅述。擷取影像的方式，在一實施例中，影像擷取探頭31投射出結構光，然後透過相位改變，擷取對應該相位改變的結構光所對應的影像或點雲(point cloud)。

請參閱圖3C與圖3D所示，其係分別為本發明之影像擷取探頭不同實施例示意圖。在圖3C中，該影像擷取探頭包括有一光源310以及一影像擷取裝置311，該光源310用以投射出結構光，其係可以為編碼的結構光、亂數編碼的光斑或者是正弦波圖案(sinusoidal pattern)等。在另一實施例中，如圖3D所示，本實施例中具有兩個影像擷取裝置312，而在校正體20表面上則可以事先塗佈有光斑圖案313，例如：亂數分佈的光斑或散亂的光點影像。兩個影像擷取裝置312之間的中心線作為基線314，可以用來推算校正體和基線314的距離，進而得到校正體20在影像擷取裝置311的座標系下的位置。

要說明的是，雖然前述的實施例為影像擷取探頭31設置在運動裝置30的末端結構上的末端效應器302，而校正裝置2則是固定在運動裝置30之需進行空間校正的適當位置，可以滿足覆蓋運動裝置所需的工作校正範圍為準。在另一實施例中，也可以相反設置，亦即校正裝置設置2在運動裝置30的末端效應器302上，而該影像擷取探頭設置31則是設置在可以有效偵測校正裝置的適當位置，一般可以固定設置，或者是設置在圖3B的移載裝置7上，以隨時追蹤跟隨校正裝置的位置，使其影像擷取探頭能有校偵測校正裝置的空間位置與姿態，以利滿足覆蓋運動裝置的校正範圍。

請參閱圖4A所示，該圖為本發明之位置與姿態校正方法之一實施例流程示意圖。在本實施例中，該方法4包括有下列步驟：首先進行步驟40提供一校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，該複數個校正體之特徵點至少有四個不共平面。該校正裝置，可以如圖1、2A~2D所示的結構，本實施例係以圖1所示的校正裝置來作說明，所形成的校正系統3則為如圖3A所示的架構。

接著進行步驟41，建立每一個校正體202關於一世界座標系的中心位置。本步驟的一實施例中，可以使用三次元量床的探針對每一個校正單元202上的標準體進行精密量測(可包括接觸式探針量測或非接觸光學量測方式)，通過三次元量床內建的程式得到校正體202中心的座標位置。以校正體202為球體為例，就是得到校正體202的球心位置。多次量測後將此座標位置取平均，並將平均值記錄下來，存入資料庫。因此每一個校正單元20與其上所具有校正體202的中心位置都會記錄在資料庫內。該世界座標系為世界座標系，也就是運動裝置30還有校正裝置所處的空間座標系。

步驟41所建立關於校正體資料庫的形式可表示如下式(2)：Di=(x _Di,y _Di,z _Di,n)...(2)以圖3A為例，三次元量床從右上角的校正單元A開始量測，此時編號n為1，視為原點校正單元，存入資料庫D₁。以順時針的順序量測，對下一個校正單元進行量測後，編號n為2存入資料庫D₂。以此類推，直到量測完所有的校正單元，並對所有校正單元完成編號。每一個位置資訊D_i代表著世界座標系(也就是世界座標系W)下每一個校正體的中心位置資訊。

接著進行步驟42，於該運動裝置的一運動空間91中，定義複數個校正點TP，如圖4B所示。校正點TP的密度，可以根據運動裝置在進行運動所需的精度而定，校正點TP密度越高，後續進行移動位置補償控制的效果就越好。本實施例中，運動空間91為三維立方體的空間，但不以此為限制，例如：球體的空間也可以實施。每一個校正點TP就是將來末端效應器要到達的位置。

接著進行步驟43，提供一影像擷取探頭31設置於具有多軸向維度運動能力的運動裝置30上。該運動裝置30，如圖3A所示，具有複數個相互關連的運動軸306。如圖3A所示，最後的運動軸306上具有末端效應器(end effector)302，因此影像擷取探頭31係可以設置在該末端效應器302上。所謂末端效應器係指運動裝置的最末端的運動軸306的端部，其係用來裝設各種不同目的的加工裝置、探測機具、或者是挾持工具等。本實施例中，每一運動軸306具有至少一運動自由度，例如不同軸向的轉動。該影像擷取探頭31在一實施例中，可以為圖3C的架構以投射出條紋結構光，以及對結構光所具有的條紋結構進行相移的調變(phase shift modulation)。此外，影像擷取探頭也可以如圖3D所示的架構。以圖3C的架構為例，影像擷取探頭31包括有影像擷取裝置311，可以擷取一張或多張影像，提供相移法演算所需要的影像。

步驟43之後，進行步驟44，控制該運動裝置30以一手臂校正位置與姿態將該末端效應器移動至第一個校正點，例如圖4B中的TP(1)。當末端效應器移動至該TP(1)之後，再進行步驟45，使影像擷取探頭31在對應當前的手臂校正位置與姿態下擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個校正體的特徵點。要說明的是，本步驟中，對於每一個校正點TP而言，末端效應器移動到該校正點TP時，運動裝置30本身會具有對應該校正點TP的公稱位置E_nominal，其係包含各個運動軸的DH參數以及該末端效應器的位置與姿態，例如：各個運動軸306的不同方位的轉動參數與平移參數d _n,θ _n,γ _n,α _n，以及運動裝置的末端效應器的位置與姿態x,y,z, α ,β,γ。其中x,y,z代表三維座標系中的座標位置，而α,β與γ則代表末端效應器的三軸位置與姿態角度資訊。此公稱位置E_nominal是運動裝置控制系統本身認知末端效應器302理論上要移動到的位置。然而，在現實上，運動裝置30因為安裝的環境或者是本身的負載，亦或者是因為運動裝置長時間使用的磨損，實際上運動裝置將末端效應器302移動的位置和校正點之間一定會存在有誤差。如何找到這個誤差，並將其補償，使得末端效應器可以和公稱位置E_nominal(理論位置)的誤差達到最小，以下進行進一步說明。

接著進行步驟46根據當前位於該校正點TP(1)所具有的手臂校正位置與姿態求出末端效應器在當前校正點TP(1)所具有的手臂校正轉換關係。具體而言，本步驟是根據在對應的校正點的位置與姿態以及每個運動軸的DH參數計算出該末端效應器302相對於該運動裝置30上之一特定位置之間的手臂校正轉換關係。在本步驟中，該特定位置係為該運動裝置的基座301，手臂校正轉換關係可以如下式(3)與(4)所示：^E T _B=⁶ T ₀=¹ T ₀．² T ₁．³ T ₂．⁴ T ₃．⁵ T ₄．⁶ T ₅...............(3)

ⁿ T _n-1=Trans(d _n)．Rot(θ _n)．Trans(γ _n)．Rot(α _n)........(4)其中，本實施例以六軸的運動裝置來說明，0代表運動裝置的基座、1代表與基座相耦接的第一軸、2代表與第一軸相耦接的第二軸，然後以此類推，6代表與第五軸相接的末端效應器。式(3)表示運動裝置從基座到末端效應器之間的轉換關係，式(4)則代表第n-1運動軸到第n運動軸的轉換關係。任兩軸之間的轉換關係T可以由轉動參數與平移參數d _n,θ _n,γ _n,α _n來表示。其中θ_n代表相鄰運動軸間的轉動角度變化，而d_n、α_n與γ_n則代表相鄰運動軸間的幾何關係，其中d_n與γ_n為平移參數，α_n是旋轉參數，此三個參數為定值，不會隨著各種位置與姿態而有變化。因此運動裝置移動至某一校正點TP後，讀取運動裝置內部的控制器儲存對應該運動位置與姿態的公稱位置E_nominal所具有的各軸DH參數，再利用正向運動學，以及式(3)、(4)，可以計算出當前位置與姿態{E}(末端效應器，第6軸)相對於{B}(基座，第0軸)的手臂校正轉換關係(^ET_B)，或稱為L_i。

之後進行步驟47，根據步驟45所取得的手臂校正影像內的每一校正體相對於該影像擷取探頭之量測座標系下校正體的中心位置以及相應於該校正體於該世界座標系下校正體中心的位置，決定關於當前校正點的量測與世界座標轉換關係。在本步驟中，首先，先根據對應當前校正點下運動裝置所具有的位置與姿態下該影像擷取探頭31所擷取之手臂校正影像，解析出影像中內部的至少六個校正體202關於一量測座標系的中心位置，該量測座標系，在一實施例中，為以該影像擷取探頭31之鏡頭為原點所建立的座標系。本步驟中，可以利用相移法解析手臂校正影像中每一校正體，以得到影像中內至少六個校正體202之中心位置相對於影像擷取探頭31所建立的量測座標系的位置關係。由於校正單元20都有編號，因此透過步驟46可以識別出每一個校正體，以及對每一個校正體202建立關於該量測座標系的中心位置。

再來，根據手臂校正影像內的每一校正體相對於該影像擷取探頭之量測座標系下校正體中心的位置以及相應於該世界座標系下校正體中心的位置，決定當前校正點下的量測與世界座標轉換關係。以下，進一步說明轉換關係的演算方式，利用前述量測得影像中解析出的每個校正體202的空間分佈點雲，並計算其中心位置，同時記錄下所量測的校正單元20其所代表的編號m。每一個校正體202在量測後得到的位置資訊可表示如下式(5)：Mi=(x _Mi,y _Mi,z _Mi,m)...(5)

如此在該校正裝置2的空間內，具有經過三次元量床量測的校正單元20的參考空間座標D_i，亦有通過掃描量測得出的校正單元20的量測空間座標M_i。此時，當編號m與n的值相同時，使D_i與M_i互相配對，令(x_Di,y_Di,z_Di)與(x_Mi,y_Mi,z_Mi)都是代表真實空間中同一個球心位置。找到代表相同球心位置的D_i與M_i後，即可順利計算出這兩種不同座標體系的轉換矩陣。到實際量測時，套用此轉換矩陣就能將量測到的資訊轉換成世界座標系的位置資訊。此方法的優點在於方法簡單，校正單元可以使用同一種樣式，只需要知道編號就能夠辨識，但在編號完成後，此編號就不能再更動。一但需要改動校正裝置中校正單元的組合時，就必須重新做校正目標之量測與編號。

步驟47的另一實施例中，可以利用特徵法來進行建立校正體的量測空間座標M_i。相較於編號式校正法，特徵式校正法主要是利用校正單元20本身的特徵來進行資料辨識。本實施例中，在設計校正體202時，令每一個校正體202的樣式都有不同的特徵，例如球體上可以有不同密度分佈的斑點或特定的圖案或記號。在此情況下，影像擷取探頭則可以採用如圖3D所示的架構，量測到的校正體202中心位置的空間分佈。此時，校正體202的數量不限，可以使用5顆、6顆所組成的不同空間分佈來建立不同的特徵，例如：5顆校正體的空間分佈型態作為特徵。在量測階段時，量測到的中心位置的空間分佈與資料庫中每個特徵做比對，利用點雲平均距離計算，尋找其中相互差異最小的特徵，則該特徵即是目前量測到的資訊所配對的中心位置。此方法的優點在於不需編號，其本身的特徵即可視為自帶的編號(實際上沒有編號)。但是相對的，因為要將量測到的資訊與資料庫中的每一個校正單元做特徵比對，計算量比起編號式校正法要來的更多。而且，由於每個校正體202的樣式均須不同且具有可辨識的特徵，設計成本會隨著校正單元20的數量的增加而提升，不利於使用於校正單元20數量過多的情況。

由於前面的校正裝置量測階段，會將三次元量床量測到的每一個校正單元20與其校正體202空間於世界座標系下的位置記錄下來。為了能夠辨識出量測到校正體202所在的空間位置，需要有特定的資訊與資料庫中的空間座標資訊做比對，以得出量測與世界座標轉換關係。步驟47採用編號校正法，其只在步驟41時將校正單元與校正體的中心位置資訊存入資料庫時，會將校正單元作編號，並利用此編號來和步驟47所得的中心位置資訊進行演算。

在步驟47的一實施例中，取得手臂校正影像中，相對於該影像擷取探頭之量測座標系下校正體中心的位置，其量測座標系為量測座標系{S}以及將在步驟41時，校正單元20以三次元量測所建立關於世界座標系，亦即世界座標系{W}的世界座標系下校正體中心的位置資訊與量測座標系{S}的量測座標系下校正體中心的位置資訊做比對，即能計算出當前校正點所具有的兩者的量測與世界座標轉換關係。從量測座標系{S}到世界座標系{W}的量測與世界座標轉換關係可表示為4乘4的齊次座標轉換矩陣，可以表示為下式(6)：

或者簡化表示為下式(7)：

其中R可以表示為下式(8)，是滾動(Roll)與俯仰角(Pitch)以及偏轉角(Yaw)等三個物件位置與姿態參數之轉換矩陣的組合，稱之為旋轉矩陣。

而矩陣P可以表示為下式(9)所示，其代表為平移向量。p=[p ₁ P ₂ p ₃]^T...(9)校正的目的就是在於解出這個包含12個未知項的轉換矩陣^WT_S。由於在旋轉矩陣R之中，每一行的三個參數互有關連，為非獨立參數，所以實際上僅需3組座標即可算出旋轉矩陣。因此量測與世界座標轉換關係^WT_S最少僅需6組座標即可解出。

在量測座標系{S}中的球形目標的球心位置為下式(10)所式：C _Si=[x _Si y _Si z _Si]^T...(10)而在世界座標系{W}中的球形目標的球心位置為下式(11)所式：C _Wi=[x _Wi y _Wi z _Wi]T...(11)此時兩座標系下的空間位置C_si與C_Wi均代表真實空間中同一個球心位置。因此，這兩個空間位置的關係可表示為如下式(12)所示：[x _Wi y _Wi z _Wi 1]^T=^W T _S．[x _Si y _Si z _Si 1]^T...(12)將式C_Si和C_Wi代入上式，展開得到以下的方程式(13)組合：

將C_si與C_Wi代入其中即可算出校正用的旋轉矩陣中的12項參數。利用至少6組以上的C_si與C_Wi即可解出轉換矩陣的未知參數，而得到關於運動裝置的量測與世界座標轉換關係^ST_W,measured(P_i)。也就是說，量測與世界座標轉換關係^ST_W,measured(P_i)是通過將運動裝置在當前校正點所具有的位置與姿態下所偵測到的每一個校正體的位置C_Si與資料庫中對應校正體的位置C_Wi，進行比較而計算出來的。

步驟47求得當前校正點下的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係之後，進形步驟47a確認是否已經完成所有的校正點。如果沒有，則進形步驟48控制該運動裝置以另一手臂校正位置與姿態將末端效應器移動至下一個校正點。接續前述的例子來說，當校正點TP(1)完成之後，就透過步驟48換到另一個校正點TP(2)，然後再回到步驟45重新進行步驟45到步驟47，一直到計算出所有校正點TP所對應的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係。要說明的是，改變位置與姿態時，要能夠涵蓋到每一個運動軸轉動角度的範圍，例如如果運動軸轉動角度的範圍為180度，如果總共取10個校正點，那每一次對於該軸的角度改變可以用18度作一個變化。同理，對於其他的運動軸也是以此概念。

當完成所有的校正點TP所對應的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係之後，接著進行步驟49，根據每一校正點TP所對應的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係，決定對應每一校正點的一位置與姿態補償資訊。在步驟49中，如圖4C所示，其係為本發明決定位置與姿態補償資訊之一實施例流程示意圖。在本實施例中，更進一步包括有步驟490，根據每一個手臂校正位置與姿態所對應的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係計算出該末端效應器上之手眼轉換關係。在步驟490中，利用前述的對應多個不同校正點的不同的位置與姿態，每一個位置與姿態下都會對應(P_i)與(L_i)來進行手眼校正。如圖5A所示，其係表示(P_i)與(L_i)之間的轉換關係。在圖5A中，運動軸306表示運動裝置的最後一段，其上具有末端效應器，而運動軸306b和基座B耦接，而運動軸306a則分別和運動軸306和運動軸306b耦接在一起。相鄰運動軸耦接的關節之間具有轉換關係，其係如前述方程式(4)所示。

而對於每一次的位置與姿態，例如圖5A中(L₁,P₁)和(L₂,P₂)所構成的兩種位置與姿態，其間具有手眼轉換關係X。基於上述的概念，並根據手眼校正中的AX=XB演算方法，其中A為本實施例中的L_i，而B則為本實施例中的P_i，利用多個校正點所得到多組的P_i與L_i，可以計算出探頭{S}到手臂末端{E}的手眼轉換關係。理論上，有越多組P_i、L_i，之後的校正計算結果越精準。在圖5A中的X為探頭{S}到手臂末端{E}的轉換關係，L、P、X均為表示位置與姿態轉換的4乘4矩陣，由於每一校正點TP的L與P均已知，可利用下式：LX=XP並使用最小平方法計算出X，此未知項X即為手眼校正中所欲求得之手眼轉換關係，亦即量測座標系{S}與機械手臂安裝該影像擷取探頭之末端座標系{E}之間的手眼轉換關係^ST_E。

得到手眼轉換關係之後，進一步進行步驟491根據該手臂校正轉換關係、該手眼轉換關係與該量測與世界座標轉換關係計算出運動裝置上之特定位置相對於該世界座標系的座標轉換關係^BT_W。本實施例中，特定位置為運動裝置之基座。本步驟中，主要是先利用該手眼轉換關係^ET_S(X)及手臂校正轉換關係(^ET_B)，或稱為Li與量測與世界座標轉換關係^ST_W,measured(Pi)決定出運動裝置上之特定位置相對於該世界座標系的轉換關係^BT_W，(以下簡稱為Z)。因為該特定位置在本實施例中為基座的位置，因此^BT_W為基座與世界座標轉換關係，也就是利用下式(14)求出轉換關係Z。

(Li)X=Z(Pi)..........(14)

如圖5B所示，該圖為表示基座與世界座標轉換關係Z與手臂校正轉換關係、手眼轉換關係與量測與世界座標轉換關係示意圖。在圖5B中，同樣因為校正裝置20的各個校正體在第一座標係的位置為固定，因此經過L_i、X與P_i所得到的校正裝置上各個校正體的位置會與運動裝置基座位置與姿態經過轉換關係Z所得到的各個校正體的位置相同，基於這個概念，因此可以推得上述方程式(14)。因為L_i,X與P_i都為已知，因此可以求出基座與世界座標轉換關係的矩陣Z。

之後進行步驟492，根據該手眼轉換關係(X)、轉換關係(Z)以及該每一校正點的手臂校正轉換關係^ET_B(L_i)計算出每一校正點的一公稱位置轉換關係^ST_W,model，如下式(15)所示：^S T _W,model=Z．¹ T _B．² T ₁．³ T ₂．⁴ T ₃．⁵ T ₄．^E T ₅．X............(15)

方程式(15)所代表的^ST_W,model就是運動裝置系統本身對於每一次的位置與姿態所得到的公稱位置轉換關係。最後進行步驟493，根據方程式(15)的^ST_W,model與前述的量測與世界座標轉換關係^ST_W,measured的差異，即可以計算出實際達到的位置與姿態與應該達到的位置與姿態之間的差距△T=B-ZAX，如圖5C所示。以運動裝置30為機械手臂的例子來說明，當運動裝置30上的夾持件300其由圖3A的R1位置移動到圖3A的R2位置時，對於運算處理裝置32而言，其所認知的R2位置為世界座標系下的R2位置，因此當夾持件300根據運算處理裝置32的控制移動到R2位置時，實際上夾持件300移動到的R2’位置和運算處理裝置所認知的R2位置之間會有因為機構或驅動裝置所產生的誤差，透過前述轉換關係可以建立出系統校正模型，進而可找到這個誤差，以利決定其位置與姿態的補償量。

要說明的是，前述計算手眼轉換關係X的L_i與P_i是以圖4B所示的各個校正點TP所對應的L_i與P_i來計算。實際上並不以校正點TP的L_i與P_i為限制。在另一實施例中，可以利用有別於校正點的其他點來取得這些點的L_i與P_i，例如圖4D所示，首先進行步驟490a，控制該運動裝置以一手眼校正位置與姿態移動到一手眼校正位置。然後進行步驟490b使該影像擷取探頭在該手眼校正位置與姿態下擷取關於該校正裝置的手眼校正影像，每一手眼校正影像內具有至少六個校正體特徵點。前述手眼校正位置，可以完全不和校正點TP相同，或者可以是局部重疊。然後進行步驟490c，根據該運動裝置的在當前的手眼校正位置與姿態下，決定出該末端效應器相對於該運動裝置之手臂校正轉換關係，亦即對應L_i。

接著以步驟490d，根據目前手眼校正位置下，所對應的手眼校正影像內的每一校正體相對於該影像擷取探頭之量測座標系下校正體中心的位置以及相應於該世界座標系下校正體中心的位置，決定目前手眼校正位置的量測與世界座標轉換關係，亦即對應P_i。由於手眼轉換關係X需要有至少六個手眼校正位置所對應的至少六組手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係才可以解出，因此步驟490e用來判斷是否取得至少六個手眼校正位置所對應的至少六組手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係，如果沒有則到步驟490f控制該運動裝置改變手眼校正位置與姿態移動到另一個手眼校正位置，然後重複進行步驟490b~490e，一直到取得至少六個手眼校正位置的手臂校正轉換關係與量測與世界座標轉換關係。

之後，再以步驟490g根據手臂校正轉換關係L_i以及量測與世界座標轉換關係P_i，並計算出該末端效應器上之手眼轉換關係X。然後再以步驟490h根據該手臂校正轉換關係L_i、該手眼轉換關係X與該量測與世界座標轉換關係P_i計算出運動裝置之基座與世界座標轉換關係Z。最後，再以步驟490i根據該手臂校正轉換關係L_i、基座與世界座標轉換關係Z以及手眼轉換關係X係計算出每一手眼校正位置的一公稱位置轉換關係^ST_W,model。透過步驟490a~495i同樣也可以計算出等同於前述步驟492所計算出的公稱位置轉換關係^ST_W,model。

最後再回到圖4C，以步驟493根據該公稱位置轉換關係以及量測與世界座標轉換關係^ST_W,measured決定出該位置與姿態補償資訊。本步驟中，運動裝置的末端效應器位置與方向的位置與姿態誤差可由式(4)的一階導函數來表示，如式(16)，將n組位置與姿態所計算出的n個△T_i表示為矩陣形式，則得式(17)，將之簡化則得式(18)。其中，△T_i代表對應每一個校正點的^ST_W,model與^ST_W,measured的差異。J_i為△T_i的雅可比矩陣，可通過手臂當前位置與姿態的DH參數以及運動學模型計算得出，而△e則代表4個DH參數誤差△d、△θ、△γ、△α。

△T=J．△e (18)

如圖5C所示，其表示每一個位置與姿態下，末端效應器的公稱位置E_nominal與實際到達的位置之間誤差△T_i。而在方程式(17)中，J₁~J_n分別是一個△T_i的雅可比矩陣，以基座加上六個運動軸來說，相鄰基座與運動軸，以及相鄰運動軸之間總共會有六個連接關節。因此對於每一個△T_i，表示成[J_i1,J_i2,J_i3,J_i4,J_i5,J_i6]*[△d,△θ,△α,△γ]^T，其表示每一個校正點TP上，每一個相鄰接運動軸的關節之間都會有對應的位置與姿態補償資訊[△d,△θ,△α,△γ]。利用n個△T_i計算出△e後，每一個對應△T_i的△e為運動裝置相鄰接運動軸的關節所具有的位置與姿態補償資訊，如方程式(19)所示。補償原先的公稱DH參數，則式(4)變化為式(19)，式(3)變化為式(20)。利用已校正之^ET_B,c即可令機械手臂移動至接近公稱位置與姿態的校正後位置與姿態。

ⁿ T _n-1,c=Trans(d _n+△d _n)．Rot(θ _n+△θ _n)．Trans(γ _n+△γ _n)．Rot(α _n+△α _n) (19)

^E T _B,c=⁶ T _0,c=¹ T _0,c．² T _1,c．³ T _2,c．⁴ T _3,c．⁵ T _4,c．⁶ T _5,c (20)

藉由上述步驟493演算的結果，可以得到每一個校正點TP下，運動裝置每一個關節的補償資訊ⁿT_n-1,c。因此，當真正在進行加工時，如果運動裝置的加工位置剛好是上述的任意TP位置時，就可將公稱位置E_nominal所具有的DH參數，如：d_n、θ_n,α_n與γ_n加上對應該TP的各關節的補償資訊△d_n、△θ_n,△α_n與△γ_n以得到如式(19)所示的位置與姿態。如果，運動裝置要移動的目標位置並非是 TP位置時，。在目標公稱位置E_nominal所具有的DH參數上加上各軸補償資訊△d_n,△α_n與△γ_n，得式(21)，利用式(21)與目標位置作逆向運動學之迭代計算，得到各軸之θ_n參數，再將這些θ_n參數輸入手臂控制器，進而命令手臂移動至目標位置。

ⁿ T _n-1,c=Trans(d _n-△d _n)．Rot(θ _n)．Trans(γ _n-△γ _n)．Rot(α _n-△α _n) (21)

要說明的是，前述的誤差△Ti代表對應每一個校正點的^ST_W,model與^ST_W,measured的差異，也就是以影像擷取探頭位置下來計算各運動軸的位置與姿態誤差資訊。在另一實施例中，誤差△T_i也可以用末端效應器的位置來表計算各運動軸的誤差，其可以表示如下式(21)所示：△T _E=BX-ZA...(22)中A為本實施例中的L_i，而B則為本實施例中的P_i。而△T _E=BX-ZA可以進一步表示成如下式(22)：

其中，

，其中c表示餘弦函數(cos)，s表示正弦函數(sin)。

由上述方程式(23)~(27)即可以決定運動裝置每一個運動軸的補償參數△e=[△θ ₁ △d ₁ △θα ₁ △θγ ₁...△θ _n △d _n △α _n △γ _n]^T。

以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

20:校正單元

202:校正體

31:影像擷取探頭

32:運算處理裝置

306、306a、306b:運動軸

L1、L2:手臂校正轉換關係

P1、P2:量測與世界座標轉換關係

X:手眼轉換關係

{E}:(末端效應器，第6軸)

{B}:(基座，第0軸)

{W}:世界座標系

{S}:量測座標系

Claims

一種位置與姿態校正方法，其係包括有下列步驟：提供一運動裝置，具有一末端效應器；建立關於該運動裝置之運動範圍的校正空間，其具有複數個校正點；提供一校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面；於該末端效應器(end effector)上，選擇設置一校正裝置或一影像擷取探頭；控制該運動裝置將該末端效應器移動至每一個校正點，使得在每一個校正點，運動裝置所具有的手臂校正位置與姿態不相同，並於每一個校正點使影像擷取探頭擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點；根據該運動裝置的每一個手臂校正位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係；根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的一量測座標位置以及相應於該世界座標系下的一世界座標位置，決定關於每一校正點的一量測與世界座標轉換關係；以及根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，其中決定該位置與姿態補償資訊更包括有下列步驟：根據每一個手臂校正位置與姿態所對應的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係計算出該末端效應器上之手眼轉換關係；根據該手臂校正轉換關係、該手眼轉換關係與該量測與世界座標轉換關係計算出一座標轉換關係；以及根據該手眼轉換關係、該座標轉換關係、該每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定出該位置與姿態補償資訊。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，其中決定該位置與姿態補償資訊更包括有下列步驟：控制該運動裝置以複數個不同的校正位置與姿態分別移動到複數個不同的手眼校正位置，並使該影像擷取探頭於每一個校正點時擷取關於該校正裝置的手眼校正影像，每一手眼校正影像內具有至少六個特徵點；根據該運動裝置的複數個不同校正位置與姿態決定出該末端效應器相對於該運動裝置之手臂校正轉換關係；根據每一手眼校正位置所對應的手眼校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標位置以及相應於該世界座標系下的世界座標位置，決定每一手眼校正位置的量測與世界座標轉換關係；根據手臂校正轉換關係以及量測與世界座標轉換關係，並計算出該末端效應器上之手眼轉換關係；根據該手臂校正轉換關係、該手眼轉換關係與該量測與世界座標轉換關係計算出一基座與世界座標轉換關係；根據該手臂校正轉換關係、該基座與世界座標轉換關係、該手眼轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係決定出該位置與姿態補償資訊。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，其中該校正裝置包括有複數個校正單元，其係相互拼接以形成該校正裝置，每一個校正單元更具有：一板體；以及複數個支撐結構，其一端連接於該板體上，每一支撐結構具有至少一校正體。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，其中該影像擷取探頭設置於該末端效應器(end effector)上，該校正裝置設置於該移載裝置上，或者是該校正裝置設置於該末端效應器(end effector)上，該影像擷取探頭設置於該移載裝置上，該移載裝置可以進行至少一維度的位移運動。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，該校正裝置設置於該末端效應器(end effector)上，該影像擷取探頭設置於一移載裝置上，該移載裝置可以進行至少一維度的位移運動。
如申請專利範圍第1項所述之位置與姿態校正方法，其中該運動裝置具有一基座以及複數個相互關連的運動軸，該末端效應器係設置在該其中之一運動軸上，每一運動軸具有至少一運動自由度。
一種位置與姿態校正系統，包括：一影像擷取探頭；一校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面；一運動裝置，其上具有一末端效應器(end effector)，其中該影像擷取探頭或該校正裝置之其中之一係設置於該末端效應器上，該運動裝置位於一校正空間內，該校正空間內具有複數個校正點；以及一運算處理裝置，其係與該運動裝置相耦接，該運算處理裝置控制該運動裝置將該末端效應器移動至每一個校正點，使得在每一個校正點，運動裝置所具有的手臂校正位置與姿態不相同，並於每一個校正點使影像擷取探頭擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點，根據該運動裝置的每一個手臂校正位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係，根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標系位置以及相應於該世界座標系下的世界座標系位置，決定關於每一校正點的一量測與世界座標轉換關係，根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。
如申請專利範圍第8項所述之位置與姿態校正系統，其中該運算處理裝置根據每一個手臂校正位置與姿態所對應的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係計算出該末端效應器上之手眼轉換關係，根據該手臂校正轉換關係、該手眼轉換關係與該量測與世界座標轉換關係計算出一座標轉換關係，根據該手眼轉換關係、該座標轉換關係、該每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定出該位置與姿態補償資訊。
如申請專利範圍第8項所述之位置與姿態校正系統，其中該運算處理裝置控制該運動裝置以複數個不同之位置與姿態分別移動到複數個不同的手眼校正位置，並使該影像擷取探頭擷取關於該校正裝置的手眼校正影像，每一手眼校正影像內具有至少六個特徵點，根據該運動裝置的複數個不同之位置與姿態決定出該末端效應器相對於該運動裝置之手臂校正轉換關係，根據每一手眼校正位置所對應的手眼校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標系位置以及相應於該世界座標系下的世界座標系位置，決定每一手眼校正位置的量測與世界座標轉換關係，根據手臂校正轉換關係以及量測與世界座標轉換關係，並計算出該末端效應器上之手眼轉換關係，根據該手臂校正轉換關係、該手眼轉換關係與該量測與世界座標轉換關係計算出一基座與世界座標轉換關係，根據該手臂校正轉換關係、該基座與世界座標轉換關係、該手眼轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係決定出該位置與姿態補償資訊。
如申請專利範圍第8項所述之位置與姿態校正系統，其中該校正裝置包括有複數個校正單元，其係相互拼接以形成該校正裝置，每一個校正單元更具有：一板體；以及複數個支撐結構，其一端連接於該板體上，每一支撐結構上具有至少一校正體。
如申請專利範圍第8項所述之位置與姿態校正系統，其中該影像擷取探頭設置於該末端效應器(end effector)上，該校正裝置設置於一移載裝置上，該移載裝置可以進行至少一維度的位移運動。
如申請專利範圍第9項所述之位置與姿態校正系統，該校正裝置設置於該末端效應器(end effector)上，該影像擷取探頭設置於一移載裝置上，該移載裝置可以進行至少一維度的位移運動。
如申請專利範圍第8項所述之位置與姿態校正系統，其中該運動裝置具有一基座以及複數個相互關連的運動軸，該末端效應器係設置在該其中之一運動軸上，每一運動軸具有至少一運動自由度。
一種位置與姿態校正裝置，包括：一影像擷取探頭；一校正裝置，其係包括有至少一支撐結構以及設置在該至少一支撐結構的複數個校正體，每一個校正體上具有至少一特徵點，該複數個校正體之特徵點至少具有四個不共平面；一移載裝置，用以承載該影像擷取探頭或該校正裝置；以及一運算處理裝置，控制一運動裝置以複數個不同的校正位置與姿態將該運動裝置上之一末端效應器移動至運動裝置所處空間中的複數個校正點，使影像擷取探頭於每一個校正點擷取關於該校正裝置的手臂校正影像，每一手臂校正影像內具有至少六個特徵點，該運算處理裝置根據該運動裝置的每一個位置與姿態決定出關於每一個校正點的該末端效應器相對於該運動裝置之一手臂校正轉換關係，根據每一手臂校正影像內的每一特徵點相對於該影像擷取探頭之量測座標系下的量測座標系位置以及相應於該世界座標系下的世界座標系位置，決定每一校正點的一量測與世界座標轉換關係，以及根據每一校正點的手臂校正轉換關係以及該量測與世界座標轉換關係，決定該運動裝置於被校正空間內任意位置與姿態的補償資訊。