[發明專利]機械手臂的定位方法及校正方法

有效

• 申請號: 201010602964.5
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102485441A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 謝伯璜;呂尚杰;江博通;黃國唐;張津魁
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;B25J19/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種機械手臂，且特別涉及一種機械手臂的定位方法及校正方法。

背景技術

近十幾年來，工業上常利用機械手臂來達成自動化的生產過程，然而，大部分機械手臂的應用仍局限于處理具有重復流程的案件，而處理這些案件必須由一位有經驗的操作員事先操作機械手臂，以教導機械手臂沿著固定的軌跡移動。但在小型化、多樣少量生產類型的電子產業中，這種利用操作員教導機械手臂的做法在自動化生產過程中將需要耗費很多的時間，進而增加生產制造上的成本。因此，已知技術發展出一種利用攝影裝置來引導機械手臂的方法以取代需操作員教導機械手臂的舊有的方法。但這種利用攝影裝置來引導機械手臂的方法還需另外結合立體視覺模組，以縮短校正機械手臂的時間。

在視覺導引的機械手臂(Vision?Guided?Robot，VGR)系統中，攝影裝置的校正與手眼(Hand-Eye)校正將顯得格外重要。因此如何建立一套機械手臂的定位方法和校正方法，藉此方法取得機械手臂與物件的轉換矩陣及攝影裝置的扭曲誤差值將是未來所面臨重要的問題之一。

以美國專利第7161321號專利案(以下簡稱’321案)為例，在機械手臂校正時，是將一針狀物架設于機械手臂的前端。機械手臂另具有一驅動單元，并搭配一套位于機械手臂外部的一監控裝置以進行機械手臂的校正。監控裝置包括一攝影裝置、一顯示裝置及一控制單元，其中，攝影裝置設置于一固定處。’321案所公開的校正方法是導引位于機械手臂上的針狀物移至攝影裝置的畫面中，并通過攝影裝置擷取針狀物的尖點的畫面。之后，將尖點的畫面回傳至顯示裝置，并經由控制單元計算出機械手臂與顯示裝置間的轉換矩陣，再經由控制單元驅使機械手臂移動至顯示裝置的位置。

然而，’321案的監控裝置是配置于機械手臂外部的設備，在購買機械手臂時還需要額外添購監控裝置。因此，’321案所公開的技術存在著高設備成本的問題。另外，’321案于每次校正機械手臂前，需將配置于機械手臂外部的監控裝置電性連接于機械手臂上，故在校正前需額外花費前置時間去電性連接監控裝置于機械手臂上，進而增加校正機械手臂的程序，并降低機械手臂的校正效率。此外，在校正機械手臂的過程中，攝影裝置擷取尖狀物的畫面后，需回傳至配置于機械手臂外部的監控裝置，并利用此監控裝置計算出機械手臂與物件間的轉換矩陣，再依據其轉換矩陣導引機械手臂移動至顯示裝置的位置，并無法及時將轉換矩陣回傳至機械手臂，故于’321案中的校正方法將面臨校正時間過長的問題。因此于’321案中將面臨校正前的前置時間過久、高設備成本及校正時間過長的問題。

發明內容

鑒于以上的問題，本發明提供一種機械手臂的定位方法及校正方法，經由將感光裝置配置于機械手臂前端，且依據感光裝置與校正板之間的空間關系，找出校正板與機械手臂的空間關系，藉以改善已知技術所面臨的高設備成本及校正時間過長的問題。

依據本發明一實施例的機械手臂的定位方法，其包括提供一機械手臂以及一校正板。機械手臂具有一控制單元，且機械手臂的前端具有一感光裝置，另外，感光裝置具有固定于其上的一感光裝置坐標系。校正板的一板面上具有多個定位標記，并且校正板具有固定于其上的一校正板坐標系。接下來執行一定位步驟，其定位步驟包括經由感光裝置利用光束交會演算法擷取一校正板圖像，再將校正板圖像回傳至控制單元，并且經由控制單元計算出感光裝置坐標與校正板坐標系的一轉換矩陣以及一感光裝置校正板坐標值。

依據本發明一實施例的機械手臂的定位方法，感光裝置具有一透鏡及一電荷耦合裝置(Charge?Coupled?Device，CCD)，其中透鏡具有多個鏡頭扭曲值，求得感光裝置坐標與校正板坐標系的一轉換矩陣以及一感光裝置校正板坐標值的方法包括經由控制單元擷取每一定位標記的校正板坐標系的一定位標記校正板坐標值，經由這些控制單元擷取這些校正板圖像中每一定位標記的這些感光面坐標系的一定位標記感光面坐標值。另外，以這些定位標記感光面坐標值其中之一作為一基準點，經由這些控制單元計算其余的定位標記感光面坐標值與這些基準點之間的距離值。

并且，經由這些控制單元將這些定位標記校正板坐標值、這些定位標記感光面坐標值、這些距離值以及這些透鏡的一焦距值代入一光束交會演算公式以計算這些轉換矩陣的多個矩陣元素及這些感光裝置校正板坐標值。