专利名称：机械手臂定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械手臂，尤其涉及一种机械手臂的定位系统。
技术背景在改善工业生产力和产品的品质上，自动化是一个很有效的途径。而机械手臂在工业生 产自动化中扮演着极为重要的角色。机械手臂已被广泛地应用于如自动装配、组合和抽取物 件或一些具危险性，困难且不适合人力担负的工作。在机械手臂自动化的控制上，需能精确 地控制机械手臂的运动轨迹，因此，发展精确的控制技术在机械手臂的运动控制上，变得极 为重要。一般的机械手臂使用转轴上的编码器与相关机械手臂的长度等资料等来完成机械手臂的 夹取部的位置确定，或是计算出机械手臂本身在空间上的位置。这一过程需要精密的编码器 与准确的计算来实现。如黄辉先在《机床与液压》2001年第5期的一篇名为《多自由度机械 手PLC控制》的文章中，揭示了一种利用光电编码器对机械手转轴电机的转轴转角进行检测 ，并对机械手的数个直流电机进行正反转控制，从而实现机械手转轴电机转轴的准确定位及 机械手抓取物体控制的控制方法。但是在连续动作下，机械手臂的编码器常会有位置滞后的 情况发生，也就是累积误差。所以需要使用回归的动作，来完成机械手臂的位置确认。因此如何有效地控制机械手臂的运动将是机械手臂发展的重要方向。发明内容有鉴于此，有必要提供一种可有效获得机械手臂的运动位置的、可避免累积误差的机械 手臂的定位系统。本发明提供一种机械手臂定位系统，包括 一可在预定空间范围活动的机械手臂，所述 机械手臂包括两个臂部及用于连接两个臂部的一个转轴部，所述机械手臂可沿转轴部旋转， 该转轴部设置有两个相机模组，所述相机模组设定为每间隔一定时间即拍摄一幅照片； 一个 架设于该预定空间范围外部的立方形支架，所述立方形支架的任意两个对角位置的各三条边 上，各设置有一排照明指示装置，所述照明指示装置为周期性的明暗设置；及一个信号处理 系统，用于处理所述相机模组拍摄的照片。所述的机械手臂的定位系统在使用时，经由所述相机模组拍摄下来的立方形支架上的照 明指示装置的照片，经由信号处理系统的分析处理，即可得到该机械手臂的夹取部的绝对位置，从而避免了由于累积误差而导致的机械手臂控制精度问题。
图l是本发明实施例提供的机械手臂定位系统的立体示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。请参阅图i，为本发明实施例提供的机械手臂定位系统ioo，其包括一个机械手臂IO、 一个立方形支架20及一个信号处理系统(图未示)。所述机械手臂10是一个可以在预定空间范围内活动的机械手臂。该机械手臂10包括两个 臂部IOI、 一个转轴部102及一个夹取部103，两个臂部101之间通过一个转轴部102相连，每 一臂部101都可以绕对应的转轴部102旋转。该夹取部103用于实现机械手臂的抓取动作。在本实施例中，该夹取部103设置为一个夹 爪的样式，其两个爪部可以张开、合拢，用于实现机械手臂的抓取动作。所述夹取部103可 以根据实际需要而设置为不同的样式，其只要满足可以抓取到待夹取物体或者是实现某种特 定功能即可。该夹取部103与机械手臂10的一个臂部101之间通过一个转轴部102相连，该夹 取部103可沿转轴部102旋转。该机械手臂10进一步包括一个端部104和一个载台105。该端部104与该载台105相连，并 且，该端部104可以沿该载台105在水平方向上做顺时针或逆时针方向360度的旋转。这样， 该机械手臂IO可以在一定的空间范围内做任意角度的抓取动作。所述空间范围即机械手臂 10的各个臂部101完全伸直所能达到的最大范围。当机械手臂10活动时，其最大活动范围不 会超出这个范围。特别地，在每个转轴部102上，各设置有两个相机模组106。每两个相机模组106分别对 应设置于每个转轴部102的相对的两端。即每两个相机模组106的镜头朝向的方向相反。该相 机模组106设置为每间隔一定时间即拍摄一幅照片。这里可以设置其拍摄频率为24帧/秒，即 每秒拍摄24幅照片。所述相机模组106包括一影像感测器，其可以为电荷耦合器件或互补式 金属氧化物半导体。该立方形支架20架设于该机械手臂10可活动的预定空间范围之外，即该机械手臂最大可 到达范围包含于该立方形支架20内。该立方形支架20由十二根支柱构成，构成了立方体的十 二条边。该立方形支架20的两个对角位置的各三条边上，各设置有一排照明指示装置。如图 l所示，该立方形支架20的三维方向上的三条边201、 202、 203上，各设置有一排照明指示装 置204。与该三条边201、 202、 203所成的角对应的对角位置的三条边上，也分别设置有一排照明指示装置204。所述照明指示装置204为一排等间隔排列的发光二极管(Light Emitting Diode, LED)。 所述照明指示装置204也可以是其他种类的照明装置，例如激光二极管等发光装置。每条 边上的LED阵列的LED个数设置为不相同的数量，且该LED的排列疏密程度不一样。在本实施 例中，边201上的LED阵列设置为三个，其间隔较大，而边203上的LED阵列设置为五个，其间 隔较小。边202上的LED阵列设置为四个，其间隔介于以上两者之间。采取这种排布方式即可 使该机械手臂上的相机模组拍摄的照片能够区别出该LED阵列是哪个边即哪个三维方向上的 阵列。具体地，每个边上的LED设置为周期性地明暗。即每个LED设置为交替地明暗。而相机模 组106设定为每间隔一定时间即拍摄一幅照片。当机械手臂10在此三维空间中移动的时候， 转轴部102上的相机模组106即不间断地拍摄照片，拍摄频率约为24帧/秒。当然，其拍摄频 率可根据具体需要而设置。根据拍摄到的照片，即可知道某一时刻的LED光点位置与相机模 组106的相对位置，由于每个边上的LED阵列位置是固定的，即该LED的空间位置坐标为绝对 坐标，可以将这个坐标作为参考位置坐标，即可推知相机模组106的绝对位置坐标。进一步 地，根据机械手臂10的臂部101长度尺寸值，即可推算出该夹取部103的绝对位置坐标。这一 过程可以经由信号处理系统来处理。所述信号处理系统可以是一个DSP (Digital Signal Processing)芯片，通过预先设定好 的算法对该图像信号进行分析、处理得到最终坐标，或者是采用软件方式，经过预先编辑好 的软件，对该图像信号进行处理分析，得到该机械手臂夹取部103的坐标值。所述机械手臂定位系统100通过一个立方形支架20上的数个照明指示装置204的明暗变化 ，配合机械手臂1 O转轴部102上的相机模组106的等间隔拍照，可以取得某一时刻该相机模组 106相对于该照明指示装置204的相对位置，以照明指示装置204的3D空间位置做参考坐标， 可以取得该相机模组106的绝对位置，即可得到该转轴部102的绝对位置，进而取得该机械手 臂夹取部103的绝对位置坐标。采用此方法可以克服机械手臂的位置控制误差，消除了机械 手臂的累积误差，因此具有较高的精度。可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它 各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种机械手臂定位系统，包括一可在预定空间范围活动的机械手臂，所述机械手臂包括两个臂部及用于连接两个臂部的一个转轴部，所述机械手臂可沿转轴部旋转，该转轴部设置有两个相机模组，所述相机模组设定为每间隔一定时间即拍摄一幅照片；一个架设于该预定空间范围外部的立方形支架，所述立方形支架的任意两个对角位置的各三条边上，各设置有一排照明指示装置，所述照明指示装置为周期性的明暗设置；及一个信号处理系统，用于处理所述相机模组拍摄的照片。
2.权利要求2如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述机械 手臂进一步包括一个夹取部，所述夹取部与机械手臂的一个臂部之间通过一个转轴部相连。
3.权利要求3如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述机械 手臂进一步包括一个端部及一个载台，所述端部可以沿所述载台进行顺时针或逆时针方向旋 转。
4.权利要求4如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述照明 指示装置为等间隔排列的发光二极管或激光二极管。
5.权利要求5如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述立方 形支架的每一对角的各三条边上的照明指示装置排列疏密程度不同。
6.权利要求6如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述相机 模组设定为每隔一定时间即拍摄一幅照片，其拍摄频率为24帧/秒。
7.权利要求7如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述相机 模组包括一影像感测器，其可以为电荷耦合器件或互补式金属氧化物半导体。
8.权利要求8如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述两个 相机模组分别设置于所述转轴部的两端。
9.权利要求9如权利要求l所述的机械手臂定位系统，其特征在于，所述信号 处理系统将所述机械手臂的相机模组拍得的照片进行处理，进而得到所述机械手臂的绝对位置坐标。
全文摘要
本发明提供一种机械手臂定位系统，包括一可在预定空间范围活动的机械手臂、一个架设于该预定空间范围外部的立方形支架，及一个信号处理系统。所述机械手臂包括两个臂部及用于连接两个臂部的一个转轴部，所述机械手臂可沿转轴部旋转，该转轴部设置有两个相机模组，所述相机模组设定为每间隔一定时间即拍摄一幅照片。所述立方形支架的任意两个对角位置的各三条边上，各设置有一排照明指示装置，所述照明指示装置为周期性的明暗设置。该信号处理系统用于处理所述相机模组拍摄的照片。所述机械手臂定位系统可有效获得夹取部的绝对位置，避免了累积误差。
文档编号B25J19/00GK101327588SQ20071020085
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月21日
发明者张仁淙 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司