凹进，以防止损坏或在传感器上积聚污垢/灰尘。图1B和图1C示出了各自包括凸棱的可选的激光传感器外壳108和110。如图1B和图1C所示，夹持器指状物顶端可以在凸棱上降到最低点，从而为激光传感器提供可靠且可重复的夹持位置。
[0025]根据一个实施例，利用可夹持的激光传感器来对准机械臂导致表示机械臂的该实际用途的对准。机械臂可被对准，而不修改夹持器单元，例如，安装到夹持器指状物的任何垫在对准期间不需要被移除。激光传感器工具可以是有线的或无线的。如果是有线的，根据激光传感器的构型，绳索可以在各个位置处在夹持器指状物之间出来。如上所述，每个激光传感器也可以是检测器，其被配置为检测由激光传感器发射的激光的反射。
[0026]在一些实施例中，诸如相机的成像装置可用来检测由激光传感器发出的激光是否被反射。当激光入射在工作表面上时，反射是成像装置可见的。当激光入射在地标上时，反射被修改或者是成像装置不可观察的。例如，非反射性地标可以衰减激光的反射，使得激光对于成像装置不可观察或者可由成像装置辨别。类似地，钻孔地标不会反射激光，并且来自工作表面下方的表面的任何反射对于成像装置不可观察或者可由成像装置辨别。在一些实施例中，成像装置可安装到夹持器单元。
[0027]图2示出了根据本发明的一个实施例的实验室自动化系统(LAS)的例子。如图2所示，LAS 200可包括带有Z轴204已附接到的X-Y台架202的框架。包括夹持器单元206的机械臂可联接到Z轴204。如上所述，X-Y台架能够操作以在X-Y平面中移动在工作表面208上方的机械臂和夹持器单元，并且Z轴能够操作以将机械臂和夹持器单元一起相对于工作表面208上下移动。根据一个实施例，每个轴线可以使用一个或多个电动机沿着轨道移动。在一些实施例中，电机可以是有刷直流电机或步进电机，其具有以步/毫米计的已知的电机分辨率。诸如微控制器、处理器或其他控制器的一个或多个控制器可用来控制与每个轴线相关联的电机并且在工作表面上方的三维空间中定位机械臂。为了对准机械臂与工作表面，工作表面可包括在已知位置处的一个或多个地标210。利用诸如上文结合图1A-图1C所描述那些的激光传感器，机械臂可与在工作表面上的一个或多个地标210自动地对准，以使得机械臂能够在精确度为重要的情况下执行功能，诸如拾取和再定位在工作表面上的对象。
[0028]图3示出了根据本发明的一个实施例的地标检测的例子。如上所述，用于基于激光的自动对准的地标可包括机加工到工作表面中的钻孔或可选的非反射性地标。地标可位于已知位置处。钻孔提供在表面上的可靠的已知位置，其不能被移动并且不会反射激光。可选的非反射性地标可被类似地利用，诸如非反射性点，其吸收由激光传感器发射的光或以其它方式减少其反射，使得离开该点的任何反射都不能被激光传感器和/或成像装置检测到。安装到工作表面的其他工具和装置(例如，支架、离心机、抽屉等)的位置可以是相对于一个或多个地标已知的。因此，一旦地标的位置为已知的，夹持器就对准到工作表面上的其他元件。
[0029]在一些实施例中，当激光传感器工具被夹持器单元夹持时，可以执行自动对准方法，在该方法过程中，夹持器单元在夹持激光传感器工具的同时在X-Y平面中移动，并且激光传感器工具用来扫描工作表面。例如，中央控制器可将指令发送至一个或多个轴线控制器，该轴线控制器使机械臂在工作表面上方的编程路径中移动。中央控制器可附加地发送指令至激光传感器控制器，以便在机械臂在编程路径中移动时以一定的时间间隔发射激光脉冲和记录反射。在工作表面上的平坦区域将反射激光脉冲，而当机械臂和激光传感器工具定位在地标上方时，不会接收到可检测的反射。
[0030]如图3所示，当机器人经过横跨孔的激光时，激光从工作表面300的反射可在地标302的边缘上被检测到。诸如激光传感器控制器、中央控制器或其他合适的控制器和/或处理器的控制器可记录对应于地标302的边缘的每个过渡部的位置304。例如，在该处没有反射或修改的反射被激光传感器工具接收的点可指示地标的边界。修改的反射可包括衰减的反射，由于来自反射性较差的地标或来自地标下方的工作表面以下的对象的反射，衰减的反射不像离开工作表面的反射那样强烈。该位置可对应于电机的步数或编码器计数。根据一个实施例，可通过将两个读数平均化来计算横跨孔的线的中心。为了考虑到诸如皮带的机械臂驱动系统的任何滞后，可以在相对的方向上重复该过程。该过程可确定在第一轴线上的地标的中心点的坐标。坐标可对应于在第一轴线上的编码器计数或步数。如图3所示，横跨地标的线306不在地标上居中。该第一线的中点可用于作为确定地标的中心的起点。
[0031]例如，在图3所示实施例中，使用了圆形地标。机械臂可以在交替的正交方向上横跨地标移动(例如，沿着平行于X轴的第一路径，然后沿着平行于Y轴的第二路径，然后沿着平行于X轴的第三路径移动，依此类推)，以迭代地确定该地标的中心点。机械臂横跨地标的每次中转都可识别对应于横跨地标的线的端点的地标的边界点。机械臂横跨该地标的第一次中转可以在平行于X或Y轴的方向上。利用第一中转线的端点，可以确定并存储该线的中点。机械臂可接着被定位在第一中转线的中点上方，并且机械臂横跨地标的第二次中转可以在基本上正交于第一次中转的方向上进行。例如，如果平行于X轴的线306被认为代表第一中转线，那么第二中转线将是平行于Y轴的线，该线与线306在中心点处相交。通过将机械臂定位在第一中转线的中点上方来执行第二次中转，第二中转线的端点将与第一中转线的中点共线。第二中转线的端点可被识别，并且第二中转线的中点被确定和存储。在第一中转线上的中点的位置可与在第二中转线上的中点的位置相比较。如果这两个位置在预定距离内，则可以计算和存储这两个位置的平均值。平均位置对应于地标的中心点。如果这两个位置不在预定距离内，那么通过在交替的正交方向上从在第二中转线上的中点重复上述过程，可以从在第二中转线上的中点迭代地继续自动对准过程。
[0032]在一些实施例中，可以利用在不同的旋转位置中由夹持器夹持的激光传感器工具来重复沿着每个轴线的地标的测量，以减小随机测量误差和制造公差。这在下文中结合图4进一步讨论。
[0033]图4示出了根据一个实施例的使用多个测量值的平均值的地标检测的例子。由于夹持器的指状物中的变化，在每个指状物垫的磨损或夹持机构的磨损中的此类差异，激光传感器工具可能在夹持时不与夹持器轴线完全对准。这可导致测量的中心位置中的偏移，取决于激光工具在其被拾取时如何定位。根据一个实施例，为了考虑这些变化，一旦地标的中心400已被确定，激光传感器就可旋转90度，并且重复该过程。例如，夹持器单元可将激光传感器置于工作表面上，旋转90度，并且拾取激光传感器。另选地，夹持器单元可从工作表面拾取激光传感器，使夹持器单元旋转小于90度，将激光传感器放回工作表面上，并且重复，直到激光传感器已旋转90度。然后，可以确定90度的中心点402。这可以通过以下方式再次重复:使激光传感器相对于初始位置旋转180度并且确定180度的中心点404，并且再次在相对于初始位置的270度处，并且确定270度的中心点406。地标的所得到的四个测量中心点400、402、404和406可接着被平均化，并且可以将该平均位置408存储为地标的中心。
[0034]图5-图7示出了根据本发明的一个实施例的使用激光传感器的X-Y校准结果。如图5所示，上述基于激光的对准方法可用来将直径3/8英寸(9.525mm)的钻孔地标502的中心识别到预设半径内。在图5中，预设半径设定为0.05mm，然而，可以基于由特定的LAS安装要求的所需的对准精确度而使用可选的预设半径。测量值的平均值由十字表示。在虚线圆500内部的区域在图6中更详细地示出。
[0035]图6示出了虚线圆500内部的区域的更详细的视图。虚线圆500具有以地标的平均中心点为中心的0.5mm的半径。点虚线圆600对应于离地标的测量中心点的平均值最远的测量中心点。在图5-图7的实施例中，点虚线圆600具有0.0493mm的半径。由于该半径小于0.05mm的预设半径，机械臂被对准。
[0036]图7示出了根据上述对准方法的多个测量中心点。图7中的网格是一个编码器计数乘以一个编码器计数。也就是说，每个网格表示在X和Y方向上驱动机械臂的电机的一个步进。数据点的平均值同样由十字700表示。
[0037]图8示出了根据本发明的一个实施例的Z-校准工具的例子。如图8所示，Z-校准工具800可设计成匹配激光传感器工具的尺寸。这使得机械臂能够在Z方向上被校准，而没有损坏激光传感器工具的风险。Z-校准工具可包括从工具的底部延伸的倒圆的顶端802。在Z-校准期间，机械臂可被降低，直到达到阻力(例如，直到Z