TWI711910B - 機器手臂校正臂外相機的方法 - Google Patents

Abstract

一種機器手臂校正臂外相機的方法，預先校正臂外相機與可辨識標籤位置關係，形成位置資訊隨附臂外相機，在安裝臂外相機後，由機器手臂利用臂上相機拍攝及計算可辨識標籤的位置，並讀取位置資訊，以自動完成校正臂外相機。

Description

機器手臂校正臂外相機的方法

本發明有關一種機器手臂，尤其關於機器手臂對安裝臂外相機，校正機器手臂與臂外相機相對位置關係的方法。

隨著人工智慧的快速發展，工廠利用在機器手臂上設置臂上相機(Eye-In-Hand，簡稱EIH相機)或在機器手臂外設置臂外相機(Eye-To-Hand，簡稱ETH相機)，使機器手臂自動化進行加工組裝製造作業，或監視機器手臂及操作人員的作業狀態，以提高工廠生產效率及安全性。而簡單且自動化的完成安裝及校正相機，讓機器手臂快速進入生產行列，可提高生產效率。

如圖8所示的先前技術機器手臂1，機器手臂1在基座2形成手臂座標系統R，並在工作環境中安裝ETH相機3，以進行人工智慧的自動化組裝製造或安全監視。安裝ETH相機3時，通常先將校正圖樣4設置在已知手臂座標系統R的座標的位置，且使校正圖樣4出現在ETH相機3的視野內，ETH相機3攝取校正圖樣4的影像，分析ETH相機3的ETH座標系統與校正圖樣4的位置關係，經由校正圖樣4已知的手臂座標系統R的座標，計算ETH座標系統與手臂座標系統R的位置關係，進行座標轉換^EIHT_R，聯結手臂座標系統R與ETH 座標系統，以利控制機器手臂1移動至ETH相機3偵測的位置，完成安裝ETH相機3的校正。

然而，先前技術機器手臂1完成校正ETH相機3後，必須維持機器手臂1與ETH相機3間穩定的相對位置關係，一旦人為或地震或損壞或搬遷等因素，改變機器手臂1與ETH相機3的相對位置關係，操作人員無法直接處理，均須由供應廠商或專業人士設置校正圖樣4重新校正，不僅耗費人力無法自動化校正，且無法降低校正的技術困難度，抑制操作人員製造的變化彈性。因此，機器手臂在校正ETH相機的方法上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種機器手臂校正臂外相機的方法，藉由預先校正ETH相機與可辨識標籤位置關係，形成位置資訊加以儲存備用，降低校正ETH相機的困難度，以增加ETH相機變換彈性。

本發明的另一目的提供一種機器手臂校正臂外相機的方法，利用機器手臂的EIH相機讀取設置在ETH相機的可辨識標籤，再讀取儲存位置資訊，自動完成校正ETH相機，以避免耗費人力。

本發明的另一目的提供一種機器手臂校正臂外相機的方法，形成的位置資訊，可儲存在ETH相機的記憶體或產生位置條碼貼附在EIH相機，以利隨機使用。

本發明的再一目的提供一種機器手臂校正臂外相機的方法，形成的位置資訊，可儲存在雲端儲存裝置，由機器手臂依據ETH相機的產品序號，聯網讀取位置資訊，以利隨時使用。

為了達到前述發明的目的，本發明機器手臂校正臂外相機的 方法，將校正圖樣設置在臂外相機的視野內，攝取校正圖樣，計算臂外相機與校正圖樣的位置關係，再利用已知機器手臂位置關係的校正圖樣，獲得臂外相機與機器手臂的位置關係，接著使臂外相機的可辨識標籤出現在臂上相機的視野中，攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與臂上相機的位置關係，利用已知機器手臂位置關係的臂上相機，獲得可辨識標籤與機器手臂的位置關係，然後計算可辨識標籤與臂外相機的位置關係，將臂外相機與可辨識標籤的位置關係，形成位置資訊，隨附在ETH相機，以完成校正臂外相機。

在使用本發明機器手臂校正臂外相機的方法完成校正的臂外相機時，將已隨附位置資訊的臂外相機設置在機器手臂的工作環境，作為例如監視機器手臂工作範圍的安全性後，啟動重新校正步驟，移動機器手臂，使臂外相機的可辨識標籤出現在臂上相機的視野中，攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與臂上相機的位置關係，再利用與機器手臂已知位置關係的臂上相機，取得可辨識標籤與機器手臂位置關係，讀取隨附臂外相機的位置資訊，取得臂外相機與可辨識標籤的位置關係，由前述取得的可辨識標籤與機器手臂位置關係及位置資訊，取得臂外相機與機器手臂位置關係，計算臂外相機與機器手臂的座標轉換，以完成自動重新校正臂外相機。

本發明機器手臂校正臂外相機的方法，臂外相機具有儲存位置資訊，或機器手臂具有連線的雲端儲存裝置儲存位置資訊，或將位置資訊列印成位置條碼，貼附在臂外相機，以隨附位置資訊。機器手臂直接由記憶體，或依據臂外相機的產品序號由雲端儲存裝置讀取，或利用臂上相 機讀取位置條碼，以讀取的位置資訊。其中位置條碼可為二維條碼位置條碼，貼附在可辨識標籤內的預留位置。而臂外相機隨附的位置資訊，在臂外相機出廠時，預先貼附在臂外相機。

10‧‧‧機器手臂

11‧‧‧基座

12‧‧‧端末部

13‧‧‧致動馬達

14‧‧‧控制裝置

15‧‧‧EIH相機

16‧‧‧雲端儲存裝置

17‧‧‧ETH相機

18‧‧‧鏡頭殼體

19‧‧‧可辨識標籤

20‧‧‧記憶體

21‧‧‧校正圖樣

22‧‧‧位置條碼

23‧‧‧預留位置

24‧‧‧工作範圍

圖1 為本發明機器手臂安裝ETH相機的示意圖。

圖2 為本發明機器手臂校正ETH相機的示意圖。

圖3 為本發明另一實施例在ETH相機貼附位置條碼的示意圖。

圖4 為本發明機器手臂校正ETH相機的流程圖。

圖5 為本發明機器手臂安裝已校正ETH相機的示意圖。

圖6 為本發明機器手臂自動校正ETH相機的示意圖。

圖7 為本發明機器手臂自動重新校正ETH相機的流程圖。

圖8 為先前技術機器手臂校正ETH相機的示意圖。

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。

請同時參圖1及圖2，圖1為本發明機器手臂安裝ETH相機的示意圖，圖2為本發明機器手臂校正ETH相機的示意圖。圖1中，本發明的機器手臂10為多軸節形式，一端為固定的基座11，另一端為活動的端末部12，各軸節設致動馬達13，並連設控制裝置14。機器手臂10經由控制裝置14控制各軸節致動馬達13的轉動角度，移動機器手臂10的端末部12。本發明的機器手臂10利用固定的基座11作為基準點，形成機器手臂10的手臂座標系 統R。並藉由機器手臂10已知的各肘節長度，以及控制各肘節致動馬達13轉動的角度，計算出端末部12的移動位置，定位端末部12在手臂座標系統R的座標。

機器手臂10在端末部12設已知的固定位置關係的EIH相機15。EIH相機15固定在端末部12，相對端末部12的位置亦為固定，因此，由端末部12在手臂座標系統R的座標，加上EIH相機15相對端末部12的距離，亦可獲得EIH相機15相對應手臂座標系統R的座標，而可計算EIH相機15攝取影像形成的EIH座標系統，相對應手臂座標系統R的座標轉換^EIHT_R。本發明機器手臂10的控制裝置14亦可連線至雲端儲存裝置16，利用雲端儲存裝置16的資源。本發明另在機器手臂10的工作環境中安裝ETH相機17，ETH相機17具有鏡頭18進行影像偵測，ETH相機17外設有可辨識標籤19，ETH相機17內則設有記憶體20，但ETH相機17安裝的位置，相對手臂座標系統R的位置關係不明，需要進行校正。

圖2中，本發明機器手臂10校正ETH相機17時，先將校正圖樣21設置在已知手臂座標系統R的座標的位置P，可獲得校正圖樣21的校正座標系統C與手臂座標系統R的座標轉換^CT_R。並使校正圖樣21出現在ETH相機17的視野內，ETH相機17攝取校正圖樣21的影像，分析ETH相機17的ETH座標系統與校正圖樣21的位置關係，獲得ETH座標系統與校正圖樣21的校正座標系統C的座標轉換^ETHT_C。經由校正圖樣21已知的手臂座標系統R的位置P座標，計算ETH座標系統與手臂座標系統R的位置關係，進行座標轉換^EIHT_R=^ETHT_C*^CT_R，聯結手臂座標系統R與ETH座標系統，完成初步校正ETH相機17。

本發明在完成初步校正ETH相機17後，繼續由機器手臂10移 動固定在端末部12的EIH相機15，使ETH相機17的可辨識標籤19出現在EIH相機15的視野中，EIH相機15攝取可辨識標籤19的影像，分析EIH相機15的EIH座標系統與可辨識標籤19的位置關係，獲得可辨識標籤19的標籤座標系統L與EIH座標系統的座標轉換^LT_EIH。由於已知固定在端末部12的EIH相機15的EIH座標系統與手臂座標系統R的座標轉換^EIHT_R，因此，可計算可辨識標籤19的標籤座標系統L相對手臂座標系統R的座標轉換^LT_R=^LT_EIH* ^EIHT_R，獲得可辨識標籤19相對在手臂座標系統R的位置關係。

本發明進一步利用前述獲得ETH相機17的ETH座標系統與手臂座標系統R的位置關係的座標轉換^EIHT_R，以及可辨識標籤19的標籤座標系統L相對在手臂座標系統R的位置關係的座標轉換^LT_R，由於已分別獲得ETH相機17及可辨識標籤19相對在手臂座標系統R的位置關係，計算ETH相機17的ETH座標系統相對ETH可辨識標籤19的標籤座標系統L的座標轉換^EIHT_L=^EIHT_R*(^LT_R)^-1，就可獲得ETH相機17相對可辨識標籤19的位置關係。

本發明在獲得ETH相機17相對可辨識標籤19的位置關係後，再將獲得ETH相機17相對可辨識標籤19的位置關係，形成數位形式的位置資訊，隨附在ETH相機17，供校正ETH相機17使用。本發明有多種方式將位置資訊隨附在ETH相機17，例如可將位置資訊紀錄在ETH相機17的記憶體20，或記錄在雲端儲存裝置16。因此在機器手臂10的工作環境中安裝ETH相機17，記憶體20或雲端儲存裝置16有線或無線連接機器手臂10的控制裝置14後，控制裝置14就可由記憶體20直接讀取位置資訊，或由ETH相機17的產品序號至雲端儲存裝置16搜尋位置資訊，以完成校正ETH相機17。

如圖3所示，為本發明另一實施例在ETH相機貼附位置條碼的 示意圖。本發明在獲得ETH相機17相對可辨識標籤19的位置關係後，亦可將ETH相機17相對可辨識標籤19的位置關係形成的位置資訊，列印成位置條碼22，位置條碼22可為例如二維條碼等，然後將位置條碼22貼附在ETH相機17，以完成校正ETH相機17。本發明對位置條碼22在ETH相機17的貼附位置，舉例在可辨識標籤19內預留貼附位置23，供位置條碼22貼附，使EIH相機15對可辨識標籤19判定位置時，不需機器手臂10移動EIH相機15，就可讀取位置條碼22，以加速校正ETH相機17。但本發明包含且不限於前述舉例在可辨識標籤19內貼附位置條碼22，凡在ETH相機17貼附，均屬於本發明的範圍。

如圖4所示，為本發明機器手臂校正ETH相機的流程圖。本發明機器手臂校正ETH相機的詳細步驟說明如下：在步驟S1，將與機器手臂已知位置關係的校正圖樣設置在ETH相機的視野內；步驟S2，ETH相機攝取校正圖樣，計算ETH相機與校正圖樣的位置關係；步驟S3，利用已知機器手臂位置關係的校正圖樣，獲得ETH相機與機器手臂的位置關係；步驟S4，使ETH相機的可辨識標籤出現在EIH相機的視野中；步驟S5，EIH相機攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與EIH相機的位置關係；步驟S6，利用已知機器手臂位置關係的EIH相機，獲得可辨識標籤與機器手臂的位置關係；步驟S7，計算可辨識標籤與ETH相機的位置關係；步驟S8，將ETH相機與可辨識標籤的位置關係，形成位置資訊，隨附在ETH相機，以供校正使用；步驟S9，完成校正ETH相機。

請同時參考圖5及圖6，圖5為本發明機器手臂安裝已校正ETH相機的示意圖，圖6為本發明機器手臂自動校正ETH相機的示意圖。圖5中，對於機器手臂10隨附校正位置資訊的ETH相機17，變換設置位置時，舉 例說明例如本發明將校正的ETH相機17變換設置位置，作為監視機器手臂10工作範圍24，以偵測異物侵入工作範圍24的安全性。

圖6中，ETH相機17設置完成後，啟動重新校正ETH相機17，機器手臂10移動已知位置關係的EIH相機15，使ETH相機17的可辨識標籤19出現在EIH相機15的視野中，攝取可辨識標籤19，計算可辨識標籤19與EIH相機15的位置關係，再利用與機器手臂10已知位置關係的EIH相機15，獲得可辨識標籤19與機器手臂位置關係。接者，機器手臂10由EIH相機15的記憶體直接讀取位置資訊，或利用ETH相機17的產品序號至雲端儲存裝置搜尋位置資訊，或讀取貼附在ETH相機17的位置條碼22，由位置條碼22所載的位置資訊，取得ETH相機17與可辨識標籤19的位置關係，加上前述已知可辨識標籤19與機器手臂10位置關係，獲得ETH相機17與機器手臂10位置關係，以計算ETH相機17的ETH座標系統與手臂座標系統R的座標轉換^ETHT_R，不須人工設置校正圖樣，就可由機器手臂10快速自動重新校正ETH相機17。完成重新校正的ETH相機17後，當拍攝到異物侵入工作範圍20時，由ETH相機17的影像形成的ETH座標系統，就可正確轉換為機器手臂10手臂座標系統R的座標，而獲得異物與機器手臂10的距離關係，以進行安全性防護。

如圖7所示，為本發明機器手臂自動重新校正ETH相機的流程圖。本發明機器手臂自動重新校正ETH相機的詳細步驟說明如下：在步驟T1，將已隨附校正位置資訊的ETH相機設置在機器手臂的工作環境時，啟動重新校正；步驟T2，移動機器手臂，使ETH相機的可辨識標籤出現在EIH相機的視野中；步驟T3，攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與EIH相機的位置關係；步驟T3，再利用與機器手臂已知位置關係的EIH相機，獲得可辨識標籤與機 器手臂位置關係；步驟T4，讀取ETH相機隨附的位置資訊，取得ETH相機與可辨識標籤的位置關係；步驟T5，由已知可辨識標籤與機器手臂位置關係，獲得ETH相機與機器手臂位置關係，計算ETH相機與機器手臂的座標轉換；步驟T6，完成自動重新校正ETH相機。

由前述舉例說明，可知本發明亦可在ETH相機出廠時，完成校正可辨識標籤與ETH相機的位置關係，形成數位位置資訊，預先儲存在雲端儲存裝置或ETH相機的記憶體，或列印成位置條碼，並將位置條碼貼附在ETH相機的可辨識標籤內。讓使用的操作人員僅需挑選ETH相機安裝的位置，完成安裝後，由機器手臂利用EIH相機自動完成校正ETH相機。

因此，本發明的機器手臂校正臂外相機的方法，就可藉由預先校正ETH相機與可辨識標籤位置關係，形成位置資訊隨附TH相機，或形成位置條碼貼附在ETH相機，讓操作人員僅需挑選安裝的位置，在安裝ETH相機後，由機器手臂利用EIH相機拍攝及計算可辨識標籤的位置，並讀取儲存的位置資訊或位置條碼中ETH相機與可辨識標籤位置關係，自動完成校正ETH相機，不須專業人士參與校正，避免耗費人力，而可達到降低校正ETH相機的困難度，進而增加ETH相機變換位置的彈性的目的。

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。

10‧‧‧機器手臂

15‧‧‧EIH相機

17‧‧‧ETH相機

19‧‧‧可辨識標籤

22‧‧‧位置條碼

Claims (12)

1. 一種機器手臂校正臂外相機的方法，包含：將校正圖樣設置在臂外相機的視野內；臂外相機攝取校正圖樣，計算臂外相機與校正圖樣的位置關係；利用已知機器手臂位置關係的校正圖樣，獲得臂外相機與機器手臂的位置關係；使臂外相機的可辨識標籤出現在臂上相機的視野中；臂上相機攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與臂上相機的位置關係；利用已知機器手臂位置關係的臂上相機，獲得可辨識標籤與機器手臂的位置關係；計算可辨識標籤與臂外相機的位置關係；將臂外相機與可辨識標籤的位置關係，形成位置資訊，隨附臂上相機；完成校正臂外相機。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中獲得臂外相機與機器手臂的位置關係，再計算臂外相機與機器手臂的座標系統轉換，完成初步校正臂外相機。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該隨附位置資訊的臂外相機設置在機器手臂的工作環境時，啟動重新校正步驟：移動機器手臂，使臂外相機的可辨識標籤出現在臂上相機的視野中；攝取可辨識標籤，計算可辨識標籤與臂上相機的位置關係；再利用與機器手臂已知位置關係的臂上相機，取得可辨識標籤與機器手臂位置關係； 讀取隨附在臂外相機的位置資訊，取得臂外相機與可辨識標籤的位置關係；由前述取得的可辨識標籤與機器手臂位置關係及位置資訊，取得臂外相機與機器手臂位置關係；完成自動重新校正臂外相機。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該臂外相機具有記憶體儲存位置資訊，以隨附位置資訊。
5. 如申請專利範圍第3項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該機器手臂具有連線的雲端儲存裝置儲存位置資訊，以隨附位置資訊。
6. 如申請專利範圍第5項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該機器手臂依據臂外相機的產品序號，讀取雲端儲存裝置的位置資訊。
7. 如申請專利範圍第3項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該位置資訊列印成位置條碼，貼附在臂外相機，以隨附位置資訊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該位置條碼為二維條碼。
9. 如申請專利範圍第7項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該位置條碼貼附在可辨識標籤內的預留位置。
10. 如申請專利範圍第7項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該機器手臂利用臂上相機讀取位置條碼，取得位置資訊。
11. 如申請專利範圍第3項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該臂外相機隨附的位置資訊，在臂外相機出廠時，預先貼附在臂外相機。
12. 如申請專利範圍第3項所述之機器手臂校正臂外相機的方法，其中該臂外 相機設置在機器手臂的工作環境，作為監視機器手臂異物侵入工作範圍的安全性。

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