TWI750310B - 複製機器手臂作業點位的方法 - Google Patents

Abstract

一種複製機器手臂作業點位的方法，教導第一機器手臂作業點位，在末端設置辨識圖案，將作業點位複製至第二機器手臂，利用第二機器手臂的臂上相機自動追蹤拍攝辨識圖案，進行座標轉換，並在工作空間設置定位圖樣，利用臂上相機拍攝定位圖樣，決定工件作業點位的參考點，完成教導第二機器手臂，以簡化教導方法。

Description

複製機器手臂作業點位的方法

本發明有關一種機器手臂，尤其關於工業機器手臂在教導作業點位時，複製已教導機器手臂的作業點位的方法。

隨著生產技術的快速發展，工廠自動化利用機器手臂自動抓取物件進行加工組裝製造等作業，以提高工廠生產速度及效率。而簡單且自動化的完成教導機器手臂作業，讓機器手臂快速進入生產行列，可提高生產效率。

在大量生產的產線，先前技術對多台執行相同作業的同類型機器手臂，進行教導機器手臂加工相同工件的作業時，首先完成教導其中一台機器手臂加工工件的作業點位，並將作業點位記錄在該機器手臂中，接著將記錄的作業點位複製至其餘的機器手臂，簡單的完成教導機器手臂作業，使各個機器手臂都能對相同相對位置的工件，在相同的教導作業點位執行作業，加快進入生產行列，以進行大量生產。

如圖6所示的傳統機器手臂，由於機器手臂本身的結構差異與組裝製造的誤差，即使機器手臂設置在相同的座標基準點0，機器手臂A對相同作業點位的各軸節轉動角度α與β指令，移動末端至作業點位E，但是相同作業點位的各軸節轉動角度α與β指令，對不同的機器手臂A’，將 產生不同軸節轉動角度α’與β’，導致機器手臂A’移動末端至作業點位E’，形成移動作業點位的誤差，通常都會產生數毫米(mm)的絕對誤差，以致影響機器手臂的作業精確性，甚至需被迫停止產線進行調整。因此，先前技術複製作業點位的機器手臂，在進入生產行列前，必須再仰賴人工，因應各機器手臂不同的差異誤差，對相同相對位置的工件的各作業點位一一進行微調，才能進行大量生產。

然而，先前技術機器手臂複製作業點位的方法，雖可簡化作業點位的教導，但仍需仰賴人工利用儀器進行調校，不僅耗費人力及調校時間，且使整個教導過程無法自動化，延遲機器手臂導入產線的速度。此外，人力調校也存在人為誤差，影響機器手臂作業的精確性，而調校的機器手臂，需在工件維持固定的相對位置進行，更使機器手臂及工件間喪失安裝的彈性。因此，機器手臂在複製機器手臂作業點位的方法上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種複製機器手臂作業點位的方法，藉由教導第一機器手臂作業點位，並在末端設置辨識圖案，將作業點位複製至第二機器手臂，利用第二機器手臂設置的臂上相機拍攝辨識圖案，進行座標轉換，自動調校機器手臂的差異誤差，以簡化教導方法。

本發明的目的提供一種複製機器手臂作業點位的方法，在固定工件的工作空間設置定位圖樣，利用第二機器手臂的臂上相機拍攝定位圖樣，決定工件作業點位的參考點，確認機器手臂與作業點位的相對位置，以增加安裝彈性。

為了達到前述發明的目的，本發明複製機器手臂作業點位的方法，首先教導第一機器手臂的作業點位，在第一機器手臂的端末設置辨識圖案，將第二機器手臂移設至第一機器手臂的作業環境中，並連結至第一機器手臂，移動第二機器手臂端末的臂上相機，自動追蹤拍攝辨識圖案，進行第二機器手臂對第一機器手臂的座標轉換，再由第一機器手臂將教導的作業點位，複製至第二機器手臂，並在固定工件的作業空間設置定位圖樣，利用第二機器手臂的臂上相機，拍攝定位圖樣，以轉換座標計算及記錄定位圖樣與作業點位的相對位置關係，然後安裝第二機器手臂至作業位置。

本發明複製機器手臂作業點位的方法，在安裝第二機器手臂後，以轉換座標利用臂上相機找到作業空間的定位圖樣，由定位圖樣利用記錄作業點位的相對位置關係，控制第二機器手臂至作業點位進行作業。其中辨識圖案與第一機器手臂的端末維持已知的固定位置關係，辨識圖案具有辨識方位的圖案及預設的辨識基準點。

本發明的定位圖樣固定在作業空間的預定位置，使定位圖樣與作業空間具有相對固定位置關係，定位圖樣具有方位圖案及預設的定位基準點，而作業空間為夾治具或物件承盤。

10‧‧‧第一機器手臂

11‧‧‧固定端

12‧‧‧端末

13‧‧‧致動馬達

14‧‧‧控制裝置

15‧‧‧螢幕

16‧‧‧辨識圖案

17‧‧‧夾取裝置

18‧‧‧方位的圖案

19‧‧‧辨識基準點

20‧‧‧第二機器手臂

21:固定端

22:端末

23:致動馬達

24:控制裝置

25:臂上相機

30:工件

31:作業空間

32:定位圖樣

33:方位圖案

34:定位基準點

M:第一座標系統

N:第二座標系統

P1、P2及P3:作業點位

圖1 為本發明教導第一機器手臂的示意圖。

圖2 為本發明機器手臂複製作業點位的示意圖。

圖3 為本發明第二機器手臂定位工件的示意圖。

圖4 為本發明第二機器手臂移設至產線的示意圖。

圖5 為本發明機器手臂複製作業點位的流程圖。

圖6 為傳統機器手臂移動誤差的示意圖。

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。

請參圖1所示，為本發明教導第一機器手臂的示意圖。本發明在機器手臂的產線上，對多台執行相同作業的機器手臂，進行教導機器手臂加工相同工件的作業，首先教導其中第一機器手臂10加工工件30的作業點位，本發明的第一機器手臂10為多軸節形式，一端為固定端11，另一端為活動的端末12，各軸節設致動馬達13。第一機器手臂10連接至控制裝置14，由控制裝置14控制各軸節致動馬達13的轉動角度，移動第一機器手臂10的端末12。

第一機器手臂10利用固定端11作為基準點，第一機器手臂10藉由已知各肘節長度，以及控制裝置14控制各肘節致動馬達13轉動的角度，計算出端末12的移動位置，定位端末12相對應基準點的位置，形成第一機器手臂10的第一座標系統M。控制裝置14另連接螢幕15，根據第一座標系統M，利用螢幕15設定座標移動程式輸入控制裝置14，由控制裝置14根據移動程式，控制各軸節致動馬達13的轉動角度，教導第一機器手臂10的端末12，依序移動至固定在作業空間31的工件30的各作業點位P1、P2及P3，對工件30進行預設的加工作業，以完成第一機器手臂10的教導。本實施例雖以螢幕15輸入移動程式的教導方式作為舉例說明，但包含且不限於前述 方式，例如手動牽引或姿勢導引等教導方式均可適用本發明。

如圖2所示，為本發明機器手臂複製作業點位的示意圖。本發明在完成第一機器手臂10的教導後，在第一機器手臂10的端末12設置辨識圖案16，設置的方式可為人工黏貼，或利用機器手臂10端末12的夾取裝置17，夾取辨識圖案16預設的位置，讓辨識圖案16與端末12維持已知的固定位置關係，以獲得辨識圖案16第一座標系統M的座標。辨識圖案16具有辨識方位的圖案18及預設的辨識基準點19。接著將需要複製作業點位的第二機器手臂20，移設至第一機器手臂10的作業環境中，並加以連結至第一機器手臂10。第二機器手臂20為多軸節形式，一端為固定端21，形成第二座標系統N，另一端為活動的端末22，各軸節設致動馬達23，且連接至控制裝置24，由控制裝置24控制各軸節致動馬達23的轉動，移動第二機器手臂20的端末22。端末22另設已知的固定位置關係的臂上相機(Eye In Hand Camera，簡稱EIH Camera)25。臂上相機25固定在端末22，相對端末22的位置亦為固定，因此，由端末22的第二座標系統N的座標，加上臂上相機25相對端末22的距離，控制裝置24亦可獲得臂上相機25相對應第二座標系統N的座標。

第一機器手臂10的控制裝置14根據預設一組座標轉換的位置，控制第一機器手臂10變換移動辨識圖案16，第二機器手臂20的控制裝置24利用臂上相機25，自動追蹤拍攝辨識圖案16，並利用拍攝的辨識圖案16，由臂上相機25的焦距及辨識方位的圖案18與辨識基準點19，確認辨識基準點19在第二座標系統N的座標，且比較辨識基準點19在第一機器手臂10的控制裝置14控制的第一座標系統M的座標差異，進行第二機器手臂20的座 標轉換。座標轉換為習知技術，非本發明技術特徵，僅舉例說明，不予贅述。

本發明第二機器手臂20利用與第一機器手臂10進行座標轉換，使第二機器手臂20依據第一機器手臂10的座標尺度移動端末22，以消除第二機器手臂20與第一機器手臂10結構差異誤差。再由第一機器手臂10的控制裝置14，將教導的作業點位P1、P2及P3複製至第二機器手臂20的控制裝置24。如果此時將第二機器手臂20移回產線原位，因安裝第二機器手臂20的誤差，第二機器手臂20與工件30將產生相對位移，勢必需要再仰賴人力調校，無法節省人力，因此本發明暫不移動第二機器手臂20。

如圖3所示，為本發明第二機器手臂定位工件的示意圖。本發明在不移動第二機器手臂20下，並在固定工件30的作業空間31的預定位置，黏貼或設置定位圖樣32，使定位圖樣32與作業空間31具有相對固定位置關係。定位圖樣32具有方位圖案33及預設的定位基準點34。作業空間31可為例如夾治具或物件承盤等，一旦固定工件30，就能維持工件30與作業空間31固定的相對位置，因此就能使定位圖樣32與工件30維持固定的相對位置。本發明再利用第二機器手臂20的臂上相機25，拍攝定位圖樣32，計算定位基準點34在轉換座標的座標，並由辨識方位圖案33，決定複製至第二機器手臂20的作業點位P1、P2及P3與定位基準點34的相對位置關係，並記錄作業點位P1、P2及P3與定位基準點34的相對位置關係，而能鬆綁第二機器手臂20與工件30設置的固定位置關係。

如圖4所示，為本發明第二機器手臂移設至產線的示意圖。本發明第二機器手臂20定位工件30相對位置關係後，再將第二機器手臂20 移設至產線，安裝後不須再進行調校。因本發明的第二機器手臂20，只要利用臂上相機25找到作業空間31的定位圖樣32，就可以定位基準點34為參考點，由方位圖案33辨識方位，利用記錄作業點位P1、P2及P3與定位基準點34的相對位置關係，確定作業點位P1、P2及P3的位置，以控制第二機器手臂20至作業點位P1、P2及P3進行作業。前述本發明實施例亦可用於產線上機器手臂的更換處理。

如圖5所示，為本發明複製機器手臂作業點位的方法的流程圖。本發明複製機器手臂作業點位的詳細步驟說明如下：在步驟S1，首先教導產線中第一機器手臂的作業點位；步驟S2，在第一機器手臂的端末設置已知的固定位置關係的辨識圖案；接著步驟S3，將第二機器手臂移設至第一機器手臂的作業環境中，移動第二機器手臂端末的臂上相機，自動追蹤拍攝辨識圖案，進行第二機器手臂對第一機器手臂的座標轉換；步驟S4，再由第一機器手臂將教導的作業點位，複製至第二機器手臂；步驟S5，在固定工件的作業空間的預定位置，黏貼或設置定位圖樣；步驟S6，利用第二機器手臂的臂上相機，拍攝定位圖樣，以轉換座標計算及記錄定位圖樣與作業點位的相對位置關係；步驟S7，安裝第二機器手臂至產線的作業位置；然後在步驟S8，第二機器手臂以轉換座標利用臂上相機找到作業空間的定位圖樣，由定位圖樣利用記錄作業點位的相對位置關係，控制第二機器手臂至作業點位進行作業。

因此，本發明複製機器手臂作業點位的方法，就可藉由先教導第一機器手臂作業點位，並在末端設置辨識圖案，將作業點位複製至第二機器手臂，再利用第二機器手臂設置的臂上相機自動追蹤拍攝隨第一機 器手臂移動的辨識圖案，進行座標轉換，經由座標轉換自動調校機器手臂的差異誤差，避免人工調校，達到簡化教導方法的目的。此外，本發明的複製機器手臂作業點位的方法，在固定工件的工作空間設置定位圖樣，並利用第二機器手臂的臂上相機拍攝定位圖樣，決定工件作業點位的參考點，確認機器手臂與作業點位的相對位置，鬆綁第二機器手臂20與工件30設置的固定位置關係，而可達到增加機器手臂與作業空間相對位置的安裝彈性。

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‧‧‧第一機器手臂

20‧‧‧第二機器手臂

25‧‧‧臂上相機

30‧‧‧工件

31‧‧‧作業空間

32‧‧‧定位圖樣

33‧‧‧方位圖案

34‧‧‧定位基準點

P1、P2及P3‧‧‧作業點位

Claims (7)

1. 一種複製機器手臂作業點位的方法，包含：教導第一機器手臂的作業點位；在第一機器手臂的端末設置辨識圖案；移動第二機器手臂端末的臂上相機，自動追蹤拍攝辨識圖案，進行第二機器手臂對第一機器手臂的座標轉換；由第一機器手臂將教導的作業點位，複製至第二機器手臂；在固定工件的作業空間設置定位圖樣；利用第二機器手臂的臂上相機，拍攝定位圖樣，以轉換座標計算及記錄定位圖樣與作業點位的相對位置關係；安裝第二機器手臂至作業位置；其中該安裝至作業位置的第二機器手臂，以轉換座標利用臂上相機找到作業空間的定位圖樣，由定位圖樣利用記錄作業點位的相對位置關係，控制第二機器手臂至作業點位進行作業。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該第二機器手臂移設至第一機器手臂的作業環境中，並連結至第一機器手臂。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該辨識圖案與第一機器手臂的端末維持已知的固定位置關係。
4. 如申請專利範圍第3項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該辨識圖案具有辨識方位的圖案及預設的辨識基準點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該定位圖樣固定在作業空間的預定位置，使定位圖樣與作業空間具有相對固定位 置關係。
6. 如申請專利範圍第5項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該定位圖樣具有方位圖案及預設的定位基準點。
7. 如申請專利範圍第5項所述之複製機器手臂作業點位的方法，其中該作業空間為夾治具或物件承盤。

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