機(jī)器手臂的校正裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器手臂的校正裝置及方法，尤其是涉及機(jī)器手臂利用視覺系統(tǒng)及編碼校正板，校正機(jī)器手臂移動誤差的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，為了追求大量生產(chǎn)的速度、產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定及降低人工成本，工廠的生產(chǎn)線紛紛以機(jī)器手臂(Robot Arm)取代勞動人力，進(jìn)行工件的抓取、排列或組裝。自動化的機(jī)器手臂進(jìn)一步利用視覺系統(tǒng)定位工件的位置和姿態(tài)，引導(dǎo)機(jī)器手臂自動精準(zhǔn)地抓取工件，進(jìn)行組裝制造。而如何減少視覺系統(tǒng)定位的誤差，校正機(jī)器手臂移動精確度，成為機(jī)器手臂的重要課題。
[0003]請參考圖1，為現(xiàn)有技術(shù)機(jī)器手臂的標(biāo)準(zhǔn)校正板10，其中標(biāo)準(zhǔn)校正板10為矩形的格狀棋盤，由黑色格子11與白色格子12相互間隔構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)校正板10校正機(jī)器手臂時，主要通過機(jī)器手臂的視覺系統(tǒng)(圖未示)，視覺系統(tǒng)包含設(shè)在機(jī)器手臂上稱為EIH(Eye inHand，簡稱EIH)攝影機(jī)，用以引導(dǎo)機(jī)器手臂夾取工件，以及設(shè)在機(jī)器手臂外部稱為ETH(Eyeto Hand，簡稱ΕΤΗ)攝影機(jī)，用以監(jiān)視機(jī)器手臂的工作環(huán)境。以裝設(shè)在機(jī)器手臂上的ΕΙΗ攝影機(jī)進(jìn)行校正為例，利用移動機(jī)器手臂帶動ΕΙΗ攝影機(jī)接近標(biāo)準(zhǔn)校正板10，聚焦取得ΕΙΗ攝影機(jī)中擷取的標(biāo)準(zhǔn)校正板10的影像，根據(jù)擷取的標(biāo)準(zhǔn)校正板10的影像，計算機(jī)器手臂與標(biāo)準(zhǔn)校正板10的相對位置關(guān)系，以完成對機(jī)器手臂的校正。
[0004]參考標(biāo)準(zhǔn)校正板有多種校正的方式，例如現(xiàn)有技術(shù)美國專利案US6985175，利用兩攝影機(jī)擷取標(biāo)準(zhǔn)校正板格狀棋盤的扭曲影像狀況，進(jìn)行影像比對以校正攝影機(jī)。另外中國專利案CN102927908，利用激光裝置投射條狀光線在標(biāo)準(zhǔn)校正板對角，通過設(shè)在機(jī)器手臂上的攝影機(jī)擷取條狀光線的影像，再移動激光裝置與機(jī)器手臂擷取條狀光線投射標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器手臂三維空間的定位。
[0005]然而，前述現(xiàn)有技術(shù)使用的標(biāo)準(zhǔn)校正板有一定的尺寸且為黑白相間的相同格狀，如機(jī)器手臂設(shè)置的空間有限，機(jī)器手臂與標(biāo)準(zhǔn)校正板相對距離不夠時，裝設(shè)在機(jī)器手臂上的視覺系統(tǒng)，不能取得標(biāo)準(zhǔn)校正板的全部完整的影像，難于由擷取標(biāo)準(zhǔn)校正板的部分影像判斷相對的方向及位置，以致無法判讀機(jī)器手臂上的視覺系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)校正板正確相對坐標(biāo)進(jìn)行校正。因此，機(jī)器手臂在校正裝置及方法上，仍有問題亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器手臂的校正裝置，通過在編碼校正板上設(shè)置多個坐標(biāo)編碼，坐標(biāo)編碼具有預(yù)設(shè)的坐標(biāo)，使機(jī)器手臂的視覺系統(tǒng)可擷取局部編碼校正板的坐標(biāo)編碼快速獲得定位校正，以提高機(jī)器手臂設(shè)置空間的彈性。
[0007]本發(fā)明另一目的在于提供一種機(jī)器手臂的校正方法，利用機(jī)器手臂的視覺系統(tǒng)聚焦擷取編碼校正板坐標(biāo)編碼的影像，計算坐標(biāo)編碼的預(yù)設(shè)坐標(biāo)，進(jìn)行視覺系統(tǒng)的定位，以校正機(jī)器手臂。
[0008]本發(fā)明再一目的在于提供一種機(jī)器手臂的校正方法，利用機(jī)器手臂移動視覺系統(tǒng)，多方位聚焦擷取編碼校正板坐標(biāo)編碼的影像，平均視覺系統(tǒng)的定位誤差，以提高機(jī)器手臂校正的精確度。
[0009]本發(fā)明又一目的在于提供一種機(jī)器手臂的校正方法，利用編碼校正板先后定位機(jī)器手臂的ΕΤΗ攝影機(jī)及ΕΙΗ攝影機(jī)，以校正機(jī)器手臂。
[0010]為了達(dá)到前述發(fā)明的目的，本發(fā)明機(jī)器手臂的校正裝置，將機(jī)器手臂的一端固定設(shè)在基座，另一端設(shè)活動端，其上固定視覺系統(tǒng)的ΕΙΗ攝影機(jī)。編碼校正板利用支撐架固定在機(jī)器手臂的工作環(huán)境，與機(jī)器手臂具有固定的相對坐標(biāo)，編碼校正板為棋盤格狀，格子內(nèi)標(biāo)示坐標(biāo)編碼，表示相對編碼校正板的方向及位置，控制裝置利用接收視覺系統(tǒng)擷取的影像，控制機(jī)器手臂的活動端上的ΕΙΗ攝影機(jī)移動擷取編碼校正板的坐標(biāo)編碼，以校正機(jī)器手臂與ΕΙΗ攝影機(jī)的定位誤差。視覺系統(tǒng)還包含ΕΤΗ攝影機(jī)，ΕΤΗ攝影機(jī)固定在機(jī)器手臂的外部，與機(jī)器手臂具有固定的相對坐標(biāo)，控制裝置移動機(jī)器手臂的活動端至編碼校正板上多個預(yù)定坐標(biāo)編碼的位置，以校正機(jī)器手臂與ΕΤΗ攝影機(jī)的定位誤差。
[0011]本發(fā)明的編碼校正板的格子為黑色格子與白色格子相互間隔組成，在每一黑色格子內(nèi)的上方左角，標(biāo)示方向圓的方向坐標(biāo)編碼，以表示相對編碼校正板校正坐標(biāo)原點的方向。白色格子內(nèi)設(shè)置空心圓及實心圓的編碼圓排列組合而成位置坐標(biāo)編碼，以表示相對編碼校正板校正坐標(biāo)原點的位置。白色格子內(nèi)的編碼圓，排成兩行，第一行代表X軸以及第二行代表Υ軸，每行各具有第一列Α、第二列Β及第三列C的編碼圓，位置由下至上表示為2的0至2次方，該白色格子的坐標(biāo)式為:
[0012]X = A*2°+B*21+C*22
[0013]Y = A*2°+B*21+C*22
[0014]本發(fā)明機(jī)器手臂的校正方法，將編碼校正板以預(yù)設(shè)坐標(biāo)固定
[0015]在機(jī)器手臂的視覺系統(tǒng)的攝影范圍內(nèi)；利用機(jī)器手臂的視覺系統(tǒng)聚焦擷取的編碼校正板影像；根據(jù)擷取的編碼校正板影像及焦距，計算編碼校正板坐標(biāo)編碼，定位視覺系統(tǒng)；比較視覺系統(tǒng)的定位與校正前坐標(biāo)；校正機(jī)器手臂的移動誤差。
[0016]本發(fā)明機(jī)器手臂校正方法的視覺系統(tǒng)包含ΕΤΗ攝影機(jī)及
[0017]ΕΙΗ攝影機(jī)，分別依序完成ΕΤΗ攝影機(jī)及ΕΙΗ攝影機(jī)的定位校正。ΕΙΗ攝影機(jī)校正后檢查預(yù)定校正的次數(shù)不足，移動機(jī)器手臂擷取編碼校正板不同的坐標(biāo)編碼，繼續(xù)校正。校正的次數(shù)足夠時，平均移動誤差，完成機(jī)器手臂的校正。
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)校正板的示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明編碼校正板的示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明機(jī)器手臂的校正方法的示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明機(jī)器手臂的校正方法的流程圖；
[0022]圖5為本發(fā)明機(jī)器手臂對視覺系統(tǒng)的校正方法的示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明機(jī)器手臂對視覺系統(tǒng)的校正方法的流程圖。
[0024]符號說明
[0025]20編碼校正板
[0026]21黑色格子
[0027]22白色格子
[0028]23方向圓
[0029]24空心圓
[0030]25實心圓
[0031]26局部影像
[0032]30校正裝置
[0033]31機(jī)器手臂
[0034]32控制裝置
[0035]33活動端
[0036]34EIH 攝影機(jī)
[0037]35基座
[0038]36支撐架
[0039]37夾取機(jī)構(gòu)
[0040]40ΕΤΗ 攝影機(jī)
【具體實施方式】
[0041]有關(guān)本發(fā)明為達(dá)成上述目的，所采用的技術(shù)手段及其功效，現(xiàn)舉優(yōu)選實施例，并配合附圖加以說明如下。
[0042]請參閱圖2，圖2為本發(fā)明機(jī)器手臂校正裝置的編碼校正板。編碼校正板20為矩形的格狀棋盤，由黑色格子21與白色格子22相互間隔組成。在每一黑色格子21內(nèi)的上方左角，標(biāo)示方向圓23的方向坐標(biāo)編碼，以標(biāo)示編碼校正板20的上下左右方向，也就是編碼校正板20的校正坐標(biāo)原點0的方向。另在編碼校正板20內(nèi)部的白色格子22內(nèi)設(shè)置空心圓24及實心圓25排列組合的位置坐標(biāo)編碼，以標(biāo)示各白色格子22與編碼校正板20校正坐標(biāo)原點0的相對位置。以本實施利為例，位置坐標(biāo)編碼在白色格子22內(nèi)設(shè)置包含空心圓24及實心圓25的編碼圓，編碼圓排成兩行，左邊開始第一行代表X軸以及第二行代表Υ軸，每行各具有第一列Α、第二列Β及第三列C等三列編碼圓，位置由下至上表示為2的0至2次方，而空心圓代表數(shù)值為0以及實心圓代表數(shù)值為1，以構(gòu)成白色格子22的坐標(biāo)(X，Υ)
[0043]X = A*2°+B*21+C*22
[0044]Y = A*2°+B*21+C*22
[0045]舉例說明，如圖2中標(biāo)示的白色格子22，左起第一行X軸的第一列A為空心圓24，數(shù)值為0，即A = 0，第二列B及第三列C為實心圓25，數(shù)值為1，即B = 1及C = 1。左起第二行Y軸的第一列A為實心圓25，數(shù)值為1，即A = 1，第二位置及第三位置為空心圓24，數(shù)值為0，即B = 0及C = 0，將前述數(shù)值帶入前式則白色格子22的坐標(biāo)的計算方式如下:
[0046]X = 0^2^1^2^1^22 = 6
[0047]Y = 1^2^0^2^0^22 = 1
[0048]得到坐標(biāo)(6，1)。因此，就可根據(jù)空心圓24及實心圓25的排列組合計算出坐標(biāo)，獲得白色格子22與編碼校正板20校正坐標(biāo)原點0預(yù)設(shè)的相對位置。
[0049]如圖3所示，為本發(fā)明機(jī)器手臂的校正裝置30的示意圖。本發(fā)明機(jī)器手臂校正裝置30包含視覺系統(tǒng)、機(jī)器手臂31、控制裝置32及編碼校正板20。其中，視覺系統(tǒng)包含設(shè)在機(jī)器手臂31上的EIH攝影機(jī)34。機(jī)器手臂31 —端固定設(shè)在基座35上，具有特定的手臂參考坐標(biāo)M，在機(jī)器手臂31另一端的活動端33固定EIH攝影機(jī)34，在手臂參考坐標(biāo)Μ具有校正前的坐標(biāo)。由于多關(guān)節(jié)的機(jī)器手臂31移動誤差，使視覺系統(tǒng)存在定位誤差，為了操控機(jī)器手臂31精確移位，機(jī)器手臂31需與視覺系統(tǒng)的ΕΙΗ攝影機(jī)34進(jìn)行定位校正。本發(fā)明校正裝置30在準(zhǔn)備校正時，將編碼校正板20利用支撐架36固定在機(jī)器手臂31及ΕΙΗ攝影機(jī)34的工作環(huán)境，并具有特定的校正參