專利名稱：機械手校正裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械手校正裝置及其方法，尤其涉及對于代替人執(zhí)行諸如焊接、研磨 (grinding)、切割(cutting)及測量等各種工藝時使用的機械手進(jìn)行校正的機械手校正裝置及其方法。
背景技術(shù)：
機械手代替人而廣泛應(yīng)用于諸般的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。例如，在執(zhí)行用于生產(chǎn)汽車的各種工藝的生產(chǎn)線中，布置有多個結(jié)合有適合各個工藝的工具的機械手，由此對于向某一方向流動的多個汽車執(zhí)行各種作業(yè)。如此，在多個機械手上結(jié)合各種工具而構(gòu)筑生產(chǎn)線時，能夠以低成本生產(chǎn)大量的汽車。而且，由于機械手沿著設(shè)計的運動軌跡移動的同時執(zhí)行各種工藝，因此與由人來執(zhí)行的情況不同，能夠容易地將工藝品質(zhì)維持在相同的水平上。另外， 機械手還廣泛應(yīng)用于測量并檢查已生產(chǎn)的產(chǎn)品。另外，在利用機械手執(zhí)行各種工藝的情況下，為有效地執(zhí)行工藝作業(yè)所定義的內(nèi)容，需要在設(shè)置工藝之前確定包含機械手的整個工藝的裝置的位置和方向以及動作形態(tài)。 此時，雖然將各個機械手的設(shè)置值輸入到計算機中執(zhí)行上述作業(yè)，但是實際上由于存在能夠使機械手運動的各種驅(qū)動裝置的驅(qū)動誤差或機械手的制作誤差、工具的設(shè)置誤差等，所以對于各個設(shè)置值無法做到完美地?zé)o誤差，而這種誤差雖然都很小，但是累積之后最終對于實際執(zhí)行的工藝作業(yè)造成很大的誤差，導(dǎo)致完成各種工藝的產(chǎn)品不合格，而這些不合格產(chǎn)品的修護(hù)將消耗很多的時間。在以往，為了防止這種產(chǎn)品不合格，廣泛應(yīng)用以下方法，S卩，利用結(jié)合于機械手的非接觸傳感器(例如，激光視覺傳感器(laser vision sensor))測量布置在機械手周圍的測量夾具上的多個點(point)(位置信息是已知的)的位置，利用測量的各個點的位置信息執(zhí)行機械手的校正之后，最小化結(jié)合于機械手上的工具中心點(tool center point)的位置誤差。在此，校正是指進(jìn)行預(yù)測，以使決定機械手基座的位置及方向、機械手的運動學(xué)方程的參數(shù)和工具的設(shè)置位置及方向等與實際相同。但是，現(xiàn)有的校對方法具有如下問題由于需要只對設(shè)定于測量夾具且其位置信息是已知的多個點，例如圓的中心的位置進(jìn)行測量，因此測量時機械手采取的姿勢非常受限制，有時還無法測量。特別是，在生產(chǎn)線上的機械手周圍設(shè)置測量夾具，并在工藝過程中進(jìn)行校正時，需要在進(jìn)行工藝期間的休止期實現(xiàn)對于測量夾具上的點的位置測量，因此對于測量時有可能采取的機械手姿勢的柔韌性要求更高。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種機械手校正裝置及其方法，所述機械手校正裝置將結(jié)構(gòu)改良成不僅從位置信息事先已知的參考點，還從直線方程式已知的參考直線上的任意點及平面方程式已知的參考平面上的任意點中選擇多個點進(jìn)行測量，并利用該被測量的點的位置信息進(jìn)行校正，因此能夠更加容易地實現(xiàn)校正，進(jìn)而容易地應(yīng)用于生產(chǎn)線上。即，本發(fā)明的目的在于提供一種即使測量測量夾具上的參考線或參考平面上的任何位置進(jìn)行測量也能夠?qū)⒔?jīng)測量的位置信息使用于校正的機械手校正裝置及其方法。技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的機械手校正裝置，其特征在于包括測量夾具， 其包括位置信息已知的多個參考點、直線方程式已知的一個以上的參考線以及平面方程式已知的一個以上的參考平面，且所述多個參考點中的任意點、所述參考線上的任意點以及所述參考平面上的任意點能夠被設(shè)定為測量點；傳感器，其結(jié)合于所述機械手，分別測量所述測量夾具上的測量點中的被選擇的多個測量點的位置；控制單元，基于包含由所述傳感器測量的多個測量點的位置信息的多個校正數(shù)據(jù)校正所述機械手而控制所述機械手，所述多個測量點中的至少一個測量點被布置在所述參考線或者參考平面上。而且，本發(fā)明提供的機械手校正方法，其特征在于，包括以下步驟在機械手的周圍布置位置信息已知的多個參考點、直線方程式已知的一個以上的參考線以及平面方程式已知的一個以上的參考平面；選擇所述多個參考點中的任意點、所述參考線上的任意點以及所述參考平面上的任意點中的多個測量點，且選擇時使所述被選擇的多個測量點中的至少一個測量點布置在所述參考線或參考平面上；利用結(jié)合于所述機械手上的傳感器測量所述被選擇的多個測量點的位置，以得到所述多個測量點的位置信息；以及基于包含所述多個測量點的位置信息的多個校正數(shù)據(jù)校正所述機械手。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，即使測量測量夾具上的參考線或參考平面上的任何位置，也可以將該測量位置信息使用于校正之中，因此不會受限于機械手的姿勢而能夠容易得到使用于校正的點的位置信息。而且，即便是在工藝進(jìn)行期間的休止期，也能夠容易地測量并得到用于校正的測量點的位置信息，因此可容易地應(yīng)用于實際生產(chǎn)線。


圖1為本發(fā)明的一實施例提供的機械手校正裝置的概略的構(gòu)成圖；圖2為用于說明圖1所示的校正裝置的動作過程的框圖；圖3為本發(fā)明的一實施例提供的機械手校正方法的概略的順序圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的一實施例提供的機械手校正裝置的概略的構(gòu)成圖，圖2為用于說明圖1所示的校正裝置的動作過程的框圖。參照圖1及圖2，本實施例提供的機械手校正裝置100用于精確地預(yù)測決定機械手基座的位置及方向、機械手運動學(xué)方程的參數(shù)及決定將要設(shè)置工具的部分的位置及方向等的運動學(xué)方程的各種參數(shù)。在控制機械手移動到任意位置時，若利用精確預(yù)測的參數(shù)值， 則能夠?qū)⒃谟脩糇鴺?biāo)系或者機械手基準(zhǔn)坐標(biāo)系觀察的工具基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置及方向或工具(未圖示)中心點(tool center point)位置計算得更加與實際相同，據(jù)此能夠?qū)⒐ぞ咧行狞c正確地布置在所期望的位置。結(jié)果，當(dāng)校正裝置被有效的體現(xiàn)時，能夠更加精確地控制機械手，從而將工具中心點精確地移動至用戶所期望的位置。機械手10包括基座11及結(jié)合于基座11的多個鏈桿12，特別是，在本實施例中具備兩個鏈桿12。而且，機械手10、測量夾具20及傳感器30中設(shè)定有如下的多個坐標(biāo)系。[R]機械手10的基座坐標(biāo)系。[MP]機械手的手末端的坐標(biāo)系。[J]測量夾具20的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。[S]傳感器30的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，被測量的測量點的位置信息以[S]坐標(biāo)系為基準(zhǔn)得
出ο[CLC]測量目標(biāo)物，例如汽車等工藝目標(biāo)作業(yè)物(未圖示)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。Λ /、由傳感器30測量的測量夾具20或工藝目標(biāo)作業(yè)物上的測量點。‘ /),:在坐標(biāo)系[J]上觀察的測量夾具20上的參考點。機械手校正裝置100具備測量夾具20、傳感器30、控制單元40。測量夾具20由因環(huán)境變化(例如，溫度或濕度等要因)引起的變形最小的材料構(gòu)成，并構(gòu)成為包含直角六面體形狀的一對測量夾具部分201、202。測量夾具20包含將要被傳感器測量的多個參考點、多個參考線22及多個參考平面23。參考點是與現(xiàn)有技術(shù)相同的點(point)，被設(shè)定為圓21的中心。而且，參考點的位置信息，即測量夾具20的在基準(zhǔn)坐標(biāo)系[J]上的位置信息，即χ值、y值及ζ值都是已知的。參考線22設(shè)定在各個測量夾具部分201、202的邊緣，參考平面23由形成于各個測量夾具部分201、202的面設(shè)定。參考線22 及參考平面23的直線方程式及平面方程式在測量夾具20的基準(zhǔn)坐標(biāo)系[J]上是已知的。而且，各個參考點、參考線22上的任意點以及參考平面23上的任意點分別被設(shè)定為測量點，其位置通過傳感器測量。如此，測量夾具20上存在具有互不相同的屬性的三種測量點，即參考點、設(shè)定在參考線22上的測量點以及設(shè)定在參考平面23上的測量點。而且， 測量夾具20上的參考點、參考線22的直線方程式以及參考平面23的平面方程式的位置信息通過激光跟蹤儀(laser tracker)等的測量裝置事先被準(zhǔn)確地測量。而且，本實施例中，測量夾具20上的參考線22與設(shè)定在測量夾具20上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系[J]的X軸、y軸及Z軸中的至少一個平行，測量夾具20上的參考平面23與設(shè)定在測量夾具20上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系[J]的χ軸、y軸以及ζ軸中的至少一個垂直相交。另外，如圖1所示，當(dāng)配置機械手10、測量夾具20以及傳感器30時，測量夾具20 的基準(zhǔn)坐標(biāo)系[J]和傳感器的基準(zhǔn)坐標(biāo)系[S]可以以如下〈數(shù)學(xué)式1>所示的關(guān)系建模。數(shù)學(xué)式1jTs = jTclcclcTeeF(X)mpmpTsjP=jTJP,
權(quán)利要求
1.一種機械手校正裝置，其特征在于，包括測量夾具，其包括位置信息已知的多個參考點、直線方程式已知的一個以上的參考線以及平面方程式已知的一個以上的參考平面，且所述多個參考點中的任意點、所述參考線上的任意點以及所述參考平面上的任意點能夠被設(shè)定為測量點；傳感器，其結(jié)合于所述機械手，分別測量所述測量夾具上的測量點中的被選擇的多個測量點的位置；以及控制單元，基于包含由所述傳感器測量的多個測量點的位置信息的多個校正數(shù)據(jù)校正所述機械手而控制所述機械手，所述多個測量點中的至少一個測量點被布置在所述參考線或者參考平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械手校正裝置，其特征在于，所述參考線與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸平行，所述參考平面與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸垂直相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械手校正裝置，其特征在于，所述參考線中的至少一個參考線是分別不與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸平行的一般參考線，所述參考平面中的至少一個參考平面是分別不與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸平行的一般參考平面，所述控制單元計算所述基準(zhǔn)坐標(biāo)系與一般基準(zhǔn)坐標(biāo)系之間的相關(guān)關(guān)系而使用于所述機械手的校正之中，其中，在所述一般基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，所述一般參考線與χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸平行，所述一般參考平面與χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸垂直相交。
4.一種機械手校正方法，其特征在于，包括以下步驟在機械手的周圍布置位置信息已知的多個參考點、直線方程式已知的一個以上的參考線以及平面方程式已知的一個以上的參考平面；選擇所述多個參考點中的任意點、所述參考線上的任意點以及所述參考平面上的任意點中的多個測量點，且選擇時使所述被選擇的多個測量點中的至少一個測量點布置在所述參考線或參考平面上；利用結(jié)合于所述機械手的傳感器測量所述被選擇的多個測量點的位置，以得到所述多個測量點的位置信息；以及基于包含所述多個測量點的位置信息的多個校正數(shù)據(jù)校正所述機械手。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機械手校正方法，其特征在于，所述參考點、參考線及參考平面形成于布置在所述機械手周圍的測量夾具，所述參考線與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸平行，所述參考平面與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸垂直相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機械手校正方法，其特征在于，所述參考線中的至少一個參考線是分別不與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸平行的一般參考線，所述參考平面中的至少一個參考平面是分別不與設(shè)定在所述測量夾具上的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上的χ軸、y軸及ζ軸平行的一般參考平面，計算所述基準(zhǔn)坐標(biāo)系與一般基準(zhǔn)坐標(biāo)系之間的相關(guān)關(guān)系，其中，在所述一般基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，所述一般參考線與χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸平行，所述一般參考平面與χ軸、y軸及ζ軸中的某一軸垂直相交。
全文摘要
公開一種機械手校正裝置及其方法。本發(fā)明提供的機械手校正裝置包括測量夾具，其包括位置信息已知的多個參考點、直線方程式已知的一個以上的參考線以及平面方程式已知的一個以上的參考平面，且多個參考點中的任意點、參考線上的任意點以及參考平面上的任意點能夠被設(shè)定為測量點；傳感器，其結(jié)合于機械手，分別測量測量夾具上的測量點中的被選擇的多個測量點的位置；以及控制單元，基于包含由傳感器測量的多個測量點的位置信息的多個校正數(shù)據(jù)校正機械手而控制機械手，多個測量點中的至少一個測量點被布置在參考線或者參考平面上。根據(jù)本發(fā)明，由于能夠利用對測量夾具上的參考線或者參考平面上的任意位置進(jìn)行測量的信息校正機械手，因此在測量測量點的位置時，能夠明顯減少對機械手姿勢的限制，并能夠容易地得到測量點的位置信息，進(jìn)而能夠?qū)C械手校正裝置容易地應(yīng)用于生產(chǎn)線之中。
文檔編號B25J13/08GK102458779SQ201080025616
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者樸相昱, 范鎮(zhèn)桓, 金政玟 申請人:茲羅伯提克思有限公司