校正方法与校正设备与流程

本发明涉及一种校正方法与校正设备，且特别是涉及一种应用于多轴机械手臂的校正方法与校正设备。

背景技术：

多轴机械手臂是由多个旋转轴所组成的自动化设备。由于多轴机械手臂类似人类手臂的运动方式与灵活的操作方式，因此适于取代人工，而应用于危险、脏污、困难和单调的自动化生产的工作场合上。然而，多轴机械手臂在出厂前必须提供精确的机械原点标示，以供使用者在后续的使用或维修上可以作为原点校正的参考。

由于传统机械手臂原点校正大多依靠各零件独立加工对位记号，因此只能仰赖结构件加工时的加工精度，并无法对实际组装后的机械原点进行有效校正。换言之，一般多轴机械手臂的原点设定都是以各结构件在做机械加工时，以各结构件的基准面进行原点记号标示，例如刻凹槽或钻孔，组装之后再依照各个结构件的原点标记进行各轴的原点校正，包括目视凹槽对齐或校正棒对位，但当原点标记的机械加工不准确时，会导致原点校正不准确甚至无法对位。

此外，随着多轴机械手臂的发展，各种需要高精度的应用也随之增加，而多轴机械手臂在机构上的原点位置将会直接影响其表现出来的操作精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种校正方法，可通过简易的测量步骤搭配多轴机械手臂上的校正标靶，快速且准确地校正出多轴机械手臂的各轴机械原点。

为达上述目的，本发明的校正方法适于校正一多轴机械手臂。此多轴机械手臂包括一底座、第1～N支臂以及多个关节(joint)，N为正整数，其中该底座与该些支臂各通过该些关节相互串接。所述校正方法包括下列步骤：

(1)测量该底座上的一底座校正标靶，以获取一底座校正信息；

(2)依据该底座校正信息来调整该底座的位置；以及

重复下列步骤(3)-(4)，以依序完成第1～N支臂的校正：

(3)测量第k支臂上的一支臂校正标靶，以获取一支臂校正信息；以及

(4)依据该支臂校正信息来调整第k支臂的位置，k为1到N之间的正整数。

本发明还提出另一种校正方法，适于校正一多轴机械手臂。此多轴机械手臂包括一底座、第1～N支臂以及多个关节(joint)，N为正整数，其中该底座与该些支臂各通过该些关节相互串接。所述校正方法包括下列步骤：

(1)测量底座上的一底座校正标靶，以获取一底座校正信息；

重复下列步骤(2)-(3)，以依序完成第1～N支臂的校正：

(2)测量第k支臂上的一支臂校正标靶，并参照底座校正信息，以获取一支臂校正信息；以及

(3)依据支臂校正信息来调整第k支臂的位置，k为1到N之间的正整数。

本发明再提出又一种校正方法，适于校正一多轴机械手臂。此多轴机械手臂包括一底座、第1～N支臂以及多个关节(joint)，N为正整数，其中该底座与该些支臂各通过该些关节相互串接。所述校正方法包括下列步骤：

(1)测量底座上的一底座校正标靶，以获取一底座校正信息；

(2)测量第1支臂上的一支臂校正标靶，并参照底座校正信息，以获取一第1支臂校正信息；

重复下列步骤(3)-(4)，以依序完成第2～N支臂的校正：

(3)测量第k支臂上的一支臂校正标靶，并参照第k-1支臂校正信息，以获取一第k支臂校正信息；以及

(4)依据第1～N支臂校正信息来调整第1～N支臂的位置，k为2到N之间的正整数。

本发明的再一目的在于提供一种校正设备，可搭配前述校正方法，快速且准确地校正出多轴机械手臂的各轴机械原点。

为达上述目的，本发明的校正设备，适于校正一多轴机械手臂。所述多轴机械手臂包括一底座、多个支臂以及多个关节，其中该底座与该些支臂各通过该些关节相互串接。所述校正设备包括一测量元件以及一控制模块。所述测量元件适于沿多个轴向位移，用以测量各支臂上的一支臂校正标靶，以获取一支臂校正信息。所述控制模块耦接所述测量元件与所述多轴机械手臂，用以驱动所述测量元件沿所述多个轴向位移，并且接收所述支臂校正信息，以依据所述支臂校正信息来校正被测量的该支臂的位置。

基于上述，本发明在多轴机械手臂的支臂以及底座等结构件上设计校正标靶，并且通过校正方法依序校正多轴机械手臂的各轴机械原点，待各轴完成原点校正后，即可使多轴机械手臂归零，回到准确的原点校正姿态，并且，可供使用者在后续的使用或维修上作为原点校正的参考。此外，本发明所提出的校正设备具有多轴向移动自由度的测量元件，用以测量校正标靶，获取校正信息，并且可依据所得到的校正信息来校正支臂。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的一种校正设备的示意图；

图2为进一步绘示适用于本实施例的校正设备的测量平台的示意图；

图3A为多轴机械手臂与图2的测量平台结合后的示意图；

图3B为图3A的多轴机械手臂的前视图；

图4为本发明的一实施例的一种校正方法的流程图；

图5～图10分别为图4的步骤搭配测量平台来校正多轴机械手臂的示意图；

图11为本发明的一实施例的另一种校正方法的流程图；

图12为本发明的一实施例的又一种校正方法的流程图。

符号说明

100：校正设备

110：测量元件

120：控制模块

130：测量平台

131：底部

132：滑轨

133：滑块

134：L型支架

135：滑轨

136：滑块

137：万向磁性座

192：校正信息

194：控制信号

196：校正信息

198：驱动信号

L1～L3：轴向

200：多轴机械手臂

210：底座

221～226：支臂

231～236：关节

R1～R6：轴向

M1：底座校正标靶

M2～M6：支臂校正标靶

312/314、322/324、332/334、342/344、352/354：原点校正记号

D1～D6：方向

412、414、416、422、424、426、428、1112、1114、1116、1122、1124、1126、1128、1212、1214、1216、1222、1224、1226、1228、1232、1234、1236、1238：步骤

具体实施方式

图1绘示依照本发明的一实施例的一种校正设备的示意图。本实施例的图1所示的校正设备100适于校正如图3A与图3B所示的多轴机械手臂200。校正设备100举例包括测量元件110以及控制模块120。测量元件110用以测量多轴机械手臂200，以获取校正信息192，故具有数据计算与记录的功能。控制模块120耦接测量元件110与多轴机械手臂200，除了输出控制信号194，以驱动测量元件110来测量多轴机械手臂200之外，更接收测量元件110所获取的校正信息196，以依据校正信息196来校正多轴机械手臂200。例如，控制模块120可依据校正信息196来输出驱动信号198，以驱动并调整多轴机械手臂200各机构件的相对位置。控制模块120可以是多轴机械手臂200本身的控制器(未图示)。

图2进一步绘示适用于本实施例的校正设备的测量平台。本实施例的图2所示的测量平台130可搭载测量元件110，以使测量元件110可沿多个轴向位移，实现对多轴机械手臂200的测量。例如，测量平台130可包括相互耦接的多个滑轨，并使测量元件110组装于其中一滑轨上，以通过所述多个滑轨分别提供不同方向的线性移动自由度，使测量元件110能沿多个轴向位移。

更具体而言，测量平台130的底部131例如可设置于地面上，且底部131具有沿轴向L1的滑轨132。滑块133与滑轨132结合，而可沿轴向L1做直线运动。此外，L型支架134与滑块133结合，且L型支架134具有沿轴向L2的滑轨135。滑块136与滑轨135结合，而可沿轴向L2做直线运动。另外，万向磁性座137与滑块136结合，而测量元件110配置于万向磁性座137上，以使测量元件110沿轴向L3做短距离移动。由此，测量平台130可对测量元件110提供沿轴向L1、轴向L2、轴向L3的线性移动自由度。例如，轴向L1、轴向L2、轴向L3可相互正交，而使测量元件110具有直角坐标的三维测量空间。

在本实施例中，测量元件110可为接触式测量元件或非接触式测量元件。例如，测量元件110可为用于测量平面度的千分表。当然，在其他实施例中，测量元件110可为任何能够获取多轴机械手臂200的各部位位置信息的测量元件。例如，测量元件110可为雷测测量仪，以进行非接触式测量。

下文将以多轴机械手臂的校正为例来说明本发明的校正方法与校正设备的具体实施方式。

图3A为多轴机械手臂200与图2的测量平台130结合后的示意图，而图3B为多轴机械手臂200的前视图。如图3A与图3B所示，多轴机械手臂200例如为具有六轴自由度的机械手臂，包括底座210、第1～6支臂221～226以及多个关节231～236，其中第1支臂221通过相应的关节231耦接于底座210上。第2～6支臂222～226则分别通过相应的关节232～236依序串接于第1支臂221之后，以形成多轴机械手臂200。在本实施例中，关节231～236例如为单一轴向自由度关节，而分别提供轴向R1～R6的旋转自由度。

此外，底座210上具有底座校正标靶M1，而第1～5支臂221～225上分别具有支臂校正标靶M2～M6，以供测量元件110测量，并获取校正信息；第6支臂226可选择性地具有支臂校正标靶。在此，底座校正标靶M1例如是底座210本体上的一校正平面，以通过测量此校正平面的平面度或平直度来作为底座校正信息，由于底座210是不转动的，因此底座校正标靶M1是可选择地作为校正各支臂校正标靶M2～M6的绝对校正平面，或至少是支臂校正标靶M2的相对校正平面。类似的，支臂校正标靶M2～M6例如分别是第1～5支臂221～225上的校正平面，以通过测量此些校正平面的平面度来作为支臂校正信息。在一实施例中，底座校正标靶M1或支臂校正标靶M2～M6都经由本体结构铸造后，再通过加工研磨而成，以确保其平面度在5μm以内。

图4为依照本发明的一实施例的一种校正方法的流程图。图5～10分别为依据图4的步骤搭配测量平台130来校正多轴机械手臂200的示意图。

首先，如图4的步骤412与图5所示，首先将一具待校正的多轴机械手臂200放置于测量平台130的底部131上后，可选择性地通过测量元件110来测量底座210上的底座校正标靶M1，以获取底座校正信息。此时，若底座校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据底座校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整底座210的位置(步骤414)，确保底座210的位置误差能小于一预定值，否则于测量其他支臂校正标靶M2～M6时便要进行补偿。本步骤414是可选择性地实施。

在本实施例中，可选择地重复进行步骤412与414，直到底座校正信息满足预设的参考信息为止。以测量平面度来获取校正信息为例，预设的参考信息例如为5μm，其中若千分表在测量底座校正标靶M1时，所获取的平面度数值若超过5μm，则无法满足参考信息，因此必须进行步骤414来调整底座210的位置。在此，例如是选取沿垂直于轴向R1的方向D1所获取的平面度数值来进行判断。反之，若千分表在测量底座校正标靶M1时，所获取的平面度数值小于5μm，则表示满足参考信息，也就是完成底座210的位置校正。此外，测量元件110或控制模块120可选择性地记录该平面度数值，以参照作为调整后续各支臂221～225位置之用。此时，可选择如步骤416所示，在控制器或控制模块120中，将底座210的原点设定归零，并进行后续步骤。本步骤414、步骤416均是可选择性地实施。

在完成底座210的校正之后，便可接续进行第1～5支臂221～225的校正。首先，如步骤422与图6所示，通过测量元件110来测量第1支臂221的支臂校正标靶M2，以获取支臂校正信息。此时，测量元件110可将获取的支臂校正信息传递至图1所示的控制模块120，以依据支臂校正信息来判断是否调整第1支臂221的位置。换言之，若支臂校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据支臂校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整第1支臂221的位置(步骤424)。更具体而言，控制模块120可传递控制信号198至关节231，以驱动第1支臂221相对于底座210沿轴向R1旋转，以对第1支臂221的位置进行微调。

在本实施例中，可重复进行步骤422与424，直到支臂校正信息满足预设的参考信息。以测量平面度来获取支臂校正信息为例，预设的参考信息例如为5μm，其中若千分表在测量支臂校正标靶M2时，所获取的平面度数值超过5μm，则无法满足参考信息，因此必须进行步骤424来调整第1支臂221的位置。在此，例如是选取沿垂直于轴向R1的方向D2所获取的平面度数值来进行判断。反之，若千分表在测量支臂校正标靶M2时，所获取的平面度数值小于5μm，则表示满足参考信息，也就是完成第1支臂221的校正。此时，可选择如步骤426所示，将第1支臂221的原点设定归零，并进行后续步骤。

另外，本实施例还可以如步骤428所示，选择在第1支臂221与底座210的连接处形成一原点校正记号，用以标记第1支臂221相对于底座210的原点位置，以作为日后组装或维修时的原点校正的依据。更具体而言，第1支臂221与底座210上例如分别具有对齐记号312与314，当两者对齐时，即代表第1支臂221相对于底座210位于校正后的原点位置。

接着，本实施例还可以重复步骤422～428，以依序完成第2～5支臂的校正。当然，本实施例虽然选择进行第2～5支臂的校正，但实际校正的支臂数量可依校正需求或机械手臂型号而定。就本实施例具有六轴自由度的多轴机械手臂200而言，考虑到第6支臂226相对于第5支臂在轴向R6上的误差较小，因此可省略对第6支臂226的校正，以节约整体校正时间。然而，在其他实施例中，也可能选择对第6支臂226进行校正，或者省略其他支臂的校正。此外，支臂数量也可能随多轴机械手臂的设计而有变化。

简言之，本实施例如图7所示，通过测量元件110来测量第2支臂222的支臂校正标靶M3，以获取支臂校正信息，并且依据支臂校正信息来调整第2支臂222的位置。例如，通过控制模块120驱动关节232，使第2支臂222相对于第1支臂221沿轴向R2旋转，以对第2支臂222的位置进行微调。之后，可重复进行前述步骤，直到千分表在测量支臂校正标靶M3时，沿方向D3(垂直轴向R2)所获取的平面度数值满足参考信息。此时，可选择将第2支臂222的原点设定归零，并且在第2支臂222与第1支臂221的连接处形成一原点校正记号322与324。

同理，如图8～图10所示，依序通过测量元件110来测量第3～5支臂223～225的支臂校正标靶M4～M6，以获取支臂校正信息，并且依据支臂校正信息来调整第3～5支臂223～225的位置。例如，驱动关节233～235，使第3～5支臂223～225相对于前一支臂沿轴向R3～R5旋转，以对第3～5支臂223～225的位置进行微调。之后，重复进行测量与位置调整，直到千分表在测量支臂校正标靶M4～M6时，沿D4～D6方向(分别垂直轴向R3～R5)所获取的平面度数值满足参考信息。此时，便可选择将第3～5支臂223～225的原点设定归零，并且在第2～5支臂222～225的连接处形成多数个原点校正记号332/334、342/344、352/354。

本实施例以上各校正标靶M1～M6的平面度参考信息虽都设为5μm，但并不以此为限，各标靶可依需求或型号设定不同的信息或数值。此外，本发明另一实施例也可采取以底座校正标靶M1为一绝对参照基准，依序测量各支臂校正标靶M2～M6的平面度数值，再分别计算与校正标靶M1间的角度偏差，以作为调整各支臂221～226位置之用。

图11为依照本发明的一实施例的一种校正方法的流程图。在前述实施例的基础上，本实施例通过图11的流程步骤来说明可能的变化，实际的操作细节可参照图5～图10与前述实施例的描述，换言之，本实施例的操作步骤中提及的元件都可比对于图5～图10所示的多轴机械手臂200与测量平台130上的相关元件，于本实施例中不再赘述。

首先，如图11的步骤1112所示，测量底座上的底座校正标靶，以获取底座校正信息。此时，若底座校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据底座校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整底座的位置(步骤1114)，确保底座的位置误差能小于一预定值，否则需要于后续支臂的校正过程进行补偿。本步骤1114是可选择性地实施。

在本实施例中，可选择地重复进行步骤1112与1114，直到底座校正信息满足预设的参考信息为止。此时，可进一步选择如步骤1116所示，将底座的原点设定归零，并进行后续步骤。步骤1114、步骤1116均是可选择性地实施。

在完成底座的校正之后，便可接续进行支臂的校正。首先，如步骤1122所示，测量第1支臂的支臂校正标靶，并且参照前述步骤1112所获得的底座校正信息，以获取支臂校正信息。具体而言，例如是计算支臂校正标靶与底座校正标靶间的角度偏差，以获取支臂校正信息。此时，依据支臂校正信息来判断是否调整第1支臂的位置。换言之，若支臂校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据支臂校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整第1支臂的位置(步骤1124)。

在本实施例中，可重复进行步骤1122与1124，直到第1支臂校正信息满足预设的参考信息。此时，可选择如步骤1126所示，将第1支臂的原点设定归零，并进行后续步骤。另外，本实施例还可以如步骤1128所示，选择在第1支臂与底座的连接处形成一原点校正记号，用以标记第1支臂相对于底座的原点位置，以作为日后组装或维修时的原点校正的依据。

接着，本实施例还可以重复步骤1122～1128，以依序完成第2～5支臂的校正。特别是，本实施例采取以底座校正信息为一绝对参照基准，依序测量各支臂校正标靶后，再参照底座校正信息，以获取各支臂校正信息。此外，也可选择如步骤1126将当前支臂的原点设定归零，并如步骤1128在当前支臂与前一支臂的连接处形成一原点校正记号，用以标记当前支臂相对于前一支臂的原点位置。

此外，本发明再一实施例也可采取设定相对参照基准的方式，将校正标靶分别依序参照前一个校正标靶，以测量并计算出各个相对的角度偏差并参照调整位置。

图12为依照本发明的一实施例的一种校正方法的流程图。在前述实施例的基础上，本实施例通过图12的流程步骤来说明可能的变化，实际的操作细节可参照图5～图10与前述实施例的描述，换言之，本实施例的操作步骤中提及的元件都可比对于图5～图10所示的多轴机械手臂200与测量平台130上的相关元件，于本实施例中不再赘述。

首先，如图12的步骤1212所示，测量底座上的底座校正标靶，以获取底座校正信息。此时，若底座校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据底座校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整底座的位置(步骤1214)，确保底座的位置误差能小于一预定值，否则需要于后续支臂的校正过程进行补偿。本步骤1214是可选择性地实施。

在本实施例中，可选择地重复进行步骤1212与1214，直到底座校正信息满足预设的参考信息为止。此时，可进一步选择如步骤1216所示，将底座的原点设定归零，并进行后续步骤。步骤1214、步骤1216均是可选择性地实施。

在完成底座的校正之后，便可接续进行支臂的校正。首先，如步骤1222所示，测量第1支臂的支臂校正标靶，并且参照前述步骤1212所获得的底座校正信息，以获取支臂校正信息。具体而言，例如是计算支臂校正标靶与底座校正标靶间的角度偏差，以获取支臂校正信息。此时，依据支臂校正信息来判断是否调整第1支臂的位置。换言之，若支臂校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据支臂校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整第1支臂的位置(步骤1224)。

在本实施例中，可重复进行步骤1222与1224，直到第1支臂校正信息满足预设的参考信息。此时，可选择如步骤1226所示，将第1支臂的原点设定归零，并进行后续步骤。另外，本实施例还可以如步骤1228所示，选择在第1支臂与底座的连接处形成一原点校正记号，用以标记第1支臂相对于底座的原点位置，以作为日后组装或维修时的原点校正的依据。

接着，如步骤1232所示，测量第2支臂的支臂校正标靶，并且参照前述步骤1222所获得的第1支臂校正信息，以获取第2支臂校正信息。具体而言，例如是计算当前支臂校正标靶与前一支臂校正标靶间的角度偏差，以获取当前支臂校正信息。此时，依据第2支臂校正信息来判断是否调整第2支臂的位置。换言之，若第2支臂校正信息未满足预设的参考信息，则可选择依据第2支臂校正信息以手动、半自动或自动的方式来调整第2支臂的位置(步骤1234)。

在本实施例中，可重复进行步骤1232与1234，直到第2支臂校正信息满足预设的参考信息。此时，可选择如步骤1236所示，将第2支臂的原点设定归零，并进行后续步骤。另外，本实施例还可以如步骤1238所示，选择在第2支臂与第1支臂的连接处形成一原点校正记号，用以标记第2支臂相对于第1支臂的原点位置，以作为日后组装或维修时的原点校正的依据。

本实施例还可以重复步骤1232～1238，以依序完成第3～5支臂的校正。特别是，本实施例采取设定相对参照基准的方式，将校正标靶分别依序参照前一个校正标靶，以测量并计算出各个相对的角度偏差并参照调整位置。此外，也可选择如步骤1236将当前支臂的原点设定归零，并如步骤1238在当前支臂与前一支臂的连接处形成一原点校正记号，用以标记当前支臂相对于前一支臂的原点位置。

综上所述，本发明的校正方法在多轴机械手臂的支臂以及底座等结构件上设计校正标靶，并且依序对多轴机械手臂的各轴机械原点进行校正，以使多轴机械手臂归零，回到准确的原点校正姿态。搭配本发明提出的校正设备以及测量平台，可形成三维测量空间，用以测量校正标靶，获取校正信息，并且可依据所得到的校正信息来校正支臂。由此，不仅可供使用者在后续的使用或维修上作为原点校正的参考，也可用于线上作业时对多轴机械手臂的即时监测与校正。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。