专利名称：机械手臂运动控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种自动化测量系统及方法，尤其是关于一种机械手臂运动控制系统及方法。
背景技术：
目前，机械手臂被广泛应用于自动化测量领域。在测量过程中，一般是利用机械手臂抓取测试工具(例如探针)，并根据待测产品(例如PCB)布图文件中记录的测试点的坐标信息将测试工具定位到待测产品上的相应位置。一方面，由于待测产品布图文件中记录的坐标信息通常是基于线性的直角坐标系，而机械手臂的运动是由多个驱动马达的转动驱动的，驱动马达的运动是基于极坐标信息，也就是说，机械手臂的坐标系是非线性的。另一方面，测试点一般是将零件(例如电容)焊接到PCB上的焊盘(pad)，实际上是具有一定尺寸的并不是单纯的“点”。所以，直接根据待测产品布图文件中记录的测试点的坐标信息控制机械手臂的运动存在一定误差。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种机械手臂运动控制系统及方法，可以对机械手臂的运动进行修正，提高机械手臂运动控制的精确度。一种机械手臂运动控制方法，运行于控制电脑。该方法包括(a)读取待测PCB的布图文件，得到待测PCB的布图信息，包括待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)，待测零件的信息及测试点信息；(b)根据待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)产生第一控制指令控制机械手臂移动探针至待测PCB坐标系原点(xO，y0)的正上方；(c)利用镭射测距仪测量机械手臂抓取的探针与待测PCB的距离ZO ； (d)根据待测PCB坐标系的原点坐标(x0，y0)及探针与待测PCB的距离ZO确定机械手臂坐标系的原点坐标(X0，Y0, Z0) ； (e)从布图信息中读取待测PCB上一个测试点的二维坐标，计算该测试点与待测PCB坐标系原点的相对位移值；(f)根据计算得到的相对位移值产生第二控制指令控制机械手臂在机械手臂坐标系中作相应位移；(g)利用影像撷取装置撷取待测PCB的当前影像；(h)根据待测PCB的布图信息在当前影像中确定该测试点的几何图形，计算在当前影像中该测试点的几何图形的中心点与当前影像中心点的像素差值；(i)根据当前影像与待测PCB的缩放比例将像素差值转换为机械手臂在机械手臂坐标系中的位移修正量；(j)根据计算得到的位移修正量产生第三控制指令对机械手臂在机械手臂坐标系中的位移作相应修正，以将探针定位到待测PCB上的该测试点的正上方；(k)利用镭射测距仪测量机械手臂抓取的探针与待测PCB上的该测试点的当前距离Si ；及(ι)根据探针与待测PCB上的该测试点的当前距离Si产生第四控制指令控制机械手臂沿Z轴方向移动负Zn，以使探针精确定位到待测PCB上的该测试点ο一种机械手臂运动控制系统，运行于控制电脑。该系统包括信息读取模块、控制模块、坐标确定模块、计算模块及图形识别模块。信息读取模块读取待测PCB的布图文件，得到待测PCB的布图信息。控制模块根据待测PCB坐标系的原点坐标(X0，y0)产生第一控制指令控制机械手臂移动探针至待测PCB坐标系原点(X0，y0)的正上方。坐标确定模块根据待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)及镭射测距仪测量得到的探针与待测PCB的距离ZO确定机械手臂坐标系的原点坐标(X0，Y0, Z0)。计算模块计算待测PCB上的测试点与待测PCB坐标系原点的相对位移值。控制模块根据计算得到的相对位移值产生第二控制指令控制机械手臂在机械手臂坐标系中作相应位移。图形识别模块根据待测PCB的布图信息在影像撷取装置撷取的待测PCB的当前影像中确定该测试点的几何图形。计算模块计算在当前影像中该测试点的几何图形中心点与当前影像中心点的像素差值，并根据当前影像与待测PCB的缩放比例将像素差值转换为机械手臂在机械手臂坐标系中的位移修正量。控制模块根据计算得到的位移修正量产生第三控制指令对机械手臂在机械手臂坐标系中的位移作相应修正，并根据镭射测距仪测量得到的探针与待测PCB上的该测试点的当前距离ai产生第四控制指令控制机械手臂沿Z轴方向移动负Zn，以使探针精确定位到待测PCB上的该测
；ο相较于现有技术，本发明所提供的机械手臂运动控制系统及方法，利用影像撷取装置撷取的待测PCB的影像校正机械手臂认知的二维平面，利用镭射测距仪测量机械手臂抓取的探针与待测PCB上测试点的距离，提高了机械手臂运动控制的精确度。
图1是本发明机械手臂运动控制系统较佳实施例的应用环境图。图2是本发明机械手臂运动控制系统较佳实施例的功能模块图。图3Α及图IBB是本发明机械手臂运动控制方法较佳实施例的流程图。图4是待测PCB坐标系与机械手臂坐标系的示意图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种机械手臂运动控制方法，运行于控制电脑，该控制电脑通过数据线分别与机械手臂、影像撷取装置、镭射测距仪及测试仪器相连接，机械手臂利用探针抓取装置抓取测试仪器的探针，其特征在于，该方法包括(a)读取待测PCB的布图文件，得到待测PCB的布图信息，包括待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)，待测零件的信息及测试点信息；(b)根据待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)产生第一控制指令，控制机械手臂移动探针至待测PCB坐标系原点(X0，y0)的正上方；(c)利用镭射测距仪测量机械手臂抓取的探针与待测PCB的距离ZO；(d)根据待测PCB坐标系的原点坐标(xO，y0)及探针与待测PCB的距离ZO确定机械手臂坐标系的原点坐标(Χ0，Υ0，Ζ0)；(e)从布图信息中读取待测PCB上一个测试点的二维坐标，计算该测试点与待测PCB坐标系原点的相对位移值；(f)根据计算得到的相对位移值产生第二控制指令，控制机械手臂在机械手臂坐标系中作相应位移；(g)利用影像撷取装置撷取待测PCB的当前影像；(h)根据待测PCB的布图信息在当前影像中确定该测试点的几何图形，计算在当前影像中该测试点的几何图形的中心点与当前影像中心点的像素差值；(i)根据当前影像与待测PCB的缩放比例将像素差值转换为机械手臂在机械手臂坐标系中的位移修正量；(J)根据计算得到的位移修正量产生第三控制指令，对机械手臂在机械手臂坐标系中的位移作相应修正，以将探针定位到待测PCB上的该测试点的正上方；(k)利用镭射测距仪测量机械手臂抓取的探针与待测PCB上的该测试点的当前距离Zn ；及(1)根据探针与待测PCB上的该测试点的当前距离Si产生第四控制指令，控制机械手臂沿ζ轴方向移动负Zn，以使探针精确定位到待测PCB上的该测试点。
2.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，在机械手臂运动的过程中，机械手臂抓取的探针始终位于影像撷取装置的镜头中心点的正前方。
3.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤根据该测试点在待测PCB坐标系中的坐标、计算得到的位移修正量及探针与待测PCB上该测试点的距离确定该测试点在机械手臂坐标系中的坐标。
4.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤根据布图文件中的布图信息判断待测PCB是否还有其它测试点未测试，若还有其它测试点未测试，则控制机械手臂将探针重新定位到机械手臂坐标系的原点(X0，Y0, Z0)，并返回步骤(e)，直到待测PCB的所有测试点都测试完毕，流程结束。
5.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，所述待测零件的信息及测试点信息包括待测零件的类型，各种类型待测零件的数量，各待测零件的尺寸信息及各待测零件上包括的测试点，各测试点在待测PCB坐标系中的二维坐标以及各测试点的尺寸fn息ο
6.一种机械手臂运动控制系统，运行于控制电脑，该控制电脑通过数据线分别与机械手臂、影像撷取装置、镭射测距仪及测试仪器相连接，机械手臂利用探针抓取装置抓取测试仪器的探针，其特征在于，该系统包括信息读取模块，用于读取待测PCB的布图文件，得到待测PCB的布图信息，包括待测PCB坐标系的原点坐标(xO，yO)，待测零件的信息及测试点信息；控制模块，用于根据待测PCB坐标系的原点坐标(X0，y0)产生第一控制指令，控制机械手臂移动探针至待测PCB坐标系原点(X0，y0)的正上方；坐标确定模块，用于根据待测PCB坐标系的原点坐标(xO，yO)及镭射测距仪测量得到的探针与待测PCB的距离ZO确定机械手臂坐标系的原点坐标(X0，YO, Z0)；信息读取模块，还用于读取待测PCB上一个测试点的二维坐标；计算模块，用于计算该测试点与待测PCB坐标系原点的相对位移值；控制模块，还用于根据计算得到的相对位移值产生第二控制指令，控制机械手臂在机械手臂坐标系中作相应位移；图形识别模块，用于根据待测PCB的布图信息在影像撷取装置撷取的待测PCB的当前影像中确定该测试点的几何图形；计算模块，还用于计算在当前影像中该测试点的几何图形中心点与当前影像中心点的像素差值，并根据当前影像与待测PCB的缩放比例将像素差值转换为机械手臂在机械手臂坐标系中的位移修正量；控制模块，还用于根据计算得到的位移修正量产生第三控制指令，对机械手臂在机械手臂坐标系中的位移作相应修正，并根据镭射测距仪测量得到的探针与待测PCB上的该测试点的当前距离产生第四控制指令，控制机械手臂沿Z轴方向移动负Zn，以使探针精确定位到待测PCB上的该测试点。
7.如权利要求6所述的机械手臂运动控制系统，其特征在于，在机械手臂运动的过程中，机械手臂抓取的探针始终位于影像撷取装置的镜头中心点的正前方。
8.如权利要求6所述的机械手臂运动控制系统，其特征在于，所述坐标确定模块还用于根据该测试点在待测PCB坐标系中的坐标、计算得到的位移修正量及探针与待测PCB上该测试点的距离确定该测试点在机械手臂坐标系中的坐标。
9.如权利要求6所述的机械手臂运动控制系统，其特征在于，所述信息读取模块还用于根据布图文件中的布图信息判断待测PCB是否还有其它测试点未测试，若还有其它测试点未测试，则控制模块产生第五控制指令控制机械手臂将探针重新定位到机械手臂坐标系的原点后，控制机械手臂将探针定位到待测PCB的下一个测试点。
10.如权利要求6所述的机械手臂运动控制系统，其特征在于，所述待测零件的信息及测试点信息包括待测零件的类型，各种类型待测零件的数量，各待测零件的尺寸信息及各待测零件上包括的测试点，各测试点在待测PCB坐标系中的二维坐标以及各测试点的尺寸fn息ο
全文摘要
一种机械手臂运动控制系统，运行于控制电脑。该系统根据PCB坐标系的原点及探针与待测PCB的距离确定机械手臂坐标系的原点，根据PCB上测试点的二维坐标计算该测试点与PCB坐标系原点的相对位移值，并根据该相对位移值控制机械手臂在机械手臂坐标系中作相应位移。该系统还计算在PCB当前影像中该测试点的几何图形中心点与当前影像中心点的像素差值计算机械手臂的位移修正量对机械手臂在机械手臂坐标系中的位移作相应修正，以将探针定位到PCB上的该测试点的正上方。之后，该系统根据探针与PCB上的该测试点的距离控制机械手臂沿Z轴方向作相应位移，使探针精确定位到PCB上的该测试点。本发明还提供一种机械手臂运动控制方法。
文档编号B25J13/08GK102581851SQ201110007749
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者李昇军, 梁献全, 许寿国 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