机器手臂的校正装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器手臂的校正装置及方法，尤其是涉及机器手臂利用视觉系统及编码校正板，校正机器手臂移动误差的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着工业生产技术的快速发展，为了追求大量生产的速度、产品品质的稳定及降低人工成本，工厂的生产线纷纷以机器手臂(Robot Arm)取代劳动人力，进行工件的抓取、排列或组装。自动化的机器手臂进一步利用视觉系统定位工件的位置和姿态，引导机器手臂自动精准地抓取工件，进行组装制造。而如何减少视觉系统定位的误差，校正机器手臂移动精确度，成为机器手臂的重要课题。
[0003]请参考图1，为现有技术机器手臂的标准校正板10，其中标准校正板10为矩形的格状棋盘，由黑色格子11与白色格子12相互间隔构成。标准校正板10校正机器手臂时，主要通过机器手臂的视觉系统(图未示)，视觉系统包含设在机器手臂上称为EIH(Eye inHand，简称EIH)摄影机，用以引导机器手臂夹取工件，以及设在机器手臂外部称为ETH(Eyeto Hand，简称ΕΤΗ)摄影机，用以监视机器手臂的工作环境。以装设在机器手臂上的ΕΙΗ摄影机进行校正为例，利用移动机器手臂带动ΕΙΗ摄影机接近标准校正板10，聚焦取得ΕΙΗ摄影机中擷取的标准校正板10的影像，根据擷取的标准校正板10的影像，计算机器手臂与标准校正板10的相对位置关系，以完成对机器手臂的校正。
[0004]参考标准校正板有多种校正的方式，例如现有技术美国专利案US6985175，利用两摄影机擷取标准校正板格状棋盘的扭曲影像状况，进行影像比对以校正摄影机。另外中国专利案CN102927908，利用激光装置投射条状光线在标准校正板对角，通过设在机器手臂上的摄影机擷取条状光线的影像，再移动激光装置与机器手臂擷取条状光线投射标准校正板另一对角位置的影像，由两对角位置条状光线的交叉，校正机器手臂三维空间的定位。
[0005]然而，前述现有技术使用的标准校正板有一定的尺寸且为黑白相间的相同格状，如机器手臂设置的空间有限，机器手臂与标准校正板相对距离不够时，装设在机器手臂上的视觉系统，不能取得标准校正板的全部完整的影像，难于由擷取标准校正板的部分影像判断相对的方向及位置，以致无法判读机器手臂上的视觉系统与标准校正板正确相对坐标进行校正。因此，机器手臂在校正装置及方法上，仍有问题亟待解决。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种机器手臂的校正装置，通过在编码校正板上设置多个坐标编码，坐标编码具有预设的坐标，使机器手臂的视觉系统可擷取局部编码校正板的坐标编码快速获得定位校正，以提高机器手臂设置空间的弹性。
[0007]本发明另一目的在于提供一种机器手臂的校正方法，利用机器手臂的视觉系统聚焦擷取编码校正板坐标编码的影像，计算坐标编码的预设坐标，进行视觉系统的定位，以校正机器手臂。
[0008]本发明再一目的在于提供一种机器手臂的校正方法，利用机器手臂移动视觉系统，多方位聚焦擷取编码校正板坐标编码的影像，平均视觉系统的定位误差，以提高机器手臂校正的精确度。
[0009]本发明又一目的在于提供一种机器手臂的校正方法，利用编码校正板先后定位机器手臂的ΕΤΗ摄影机及ΕΙΗ摄影机，以校正机器手臂。
[0010]为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的校正装置，将机器手臂的一端固定设在基座，另一端设活动端，其上固定视觉系统的ΕΙΗ摄影机。编码校正板利用支撑架固定在机器手臂的工作环境，与机器手臂具有固定的相对坐标，编码校正板为棋盘格状，格子内标示坐标编码，表示相对编码校正板的方向及位置，控制装置利用接收视觉系统擷取的影像，控制机器手臂的活动端上的ΕΙΗ摄影机移动擷取编码校正板的坐标编码，以校正机器手臂与ΕΙΗ摄影机的定位误差。视觉系统还包含ΕΤΗ摄影机，ΕΤΗ摄影机固定在机器手臂的外部，与机器手臂具有固定的相对坐标，控制装置移动机器手臂的活动端至编码校正板上多个预定坐标编码的位置，以校正机器手臂与ΕΤΗ摄影机的定位误差。
[0011]本发明的编码校正板的格子为黑色格子与白色格子相互间隔组成，在每一黑色格子内的上方左角，标示方向圆的方向坐标编码，以表示相对编码校正板校正坐标原点的方向。白色格子内设置空心圆及实心圆的编码圆排列组合而成位置坐标编码，以表示相对编码校正板校正坐标原点的位置。白色格子内的编码圆，排成两行，第一行代表X轴以及第二行代表Υ轴，每行各具有第一列Α、第二列Β及第三列C的编码圆，位置由下至上表示为2的0至2次方，该白色格子的坐标式为:
[0012]X = A*2°+B*21+C*22
[0013]Y = A*2°+B*21+C*22
[0014]本发明机器手臂的校正方法，将编码校正板以预设坐标固定
[0015]在机器手臂的视觉系统的摄影范围内；利用机器手臂的视觉系统聚焦擷取的编码校正板影像；根据擷取的编码校正板影像及焦距，计算编码校正板坐标编码，定位视觉系统；比较视觉系统的定位与校正前坐标；校正机器手臂的移动误差。
[0016]本发明机器手臂校正方法的视觉系统包含ΕΤΗ摄影机及
[0017]ΕΙΗ摄影机，分别依序完成ΕΤΗ摄影机及ΕΙΗ摄影机的定位校正。ΕΙΗ摄影机校正后检查预定校正的次数不足，移动机器手臂擷取编码校正板不同的坐标编码，继续校正。校正的次数足够时，平均移动误差，完成机器手臂的校正。
【附图说明】
[0018]图1为现有技术标准校正板的示意图；
[0019]图2为本发明编码校正板的示意图；
[0020]图3为本发明机器手臂的校正方法的示意图；
[0021]图4为本发明机器手臂的校正方法的流程图；
[0022]图5为本发明机器手臂对视觉系统的校正方法的示意图；
[0023]图6为本发明机器手臂对视觉系统的校正方法的流程图。
[0024]符号说明
[0025]20编码校正板
[0026]21黑色格子
[0027]22白色格子
[0028]23方向圆
[0029]24空心圆
[0030]25实心圆
[0031]26局部影像
[0032]30校正装置
[0033]31机器手臂
[0034]32控制装置
[0035]33活动端
[0036]34EIH 摄影机
[0037]35基座
[0038]36支撑架
[0039]37夹取机构
[0040]40ΕΤΗ 摄影机
【具体实施方式】
[0041]有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。
[0042]请参阅图2，图2为本发明机器手臂校正装置的编码校正板。编码校正板20为矩形的格状棋盘，由黑色格子21与白色格子22相互间隔组成。在每一黑色格子21内的上方左角，标示方向圆23的方向坐标编码，以标示编码校正板20的上下左右方向，也就是编码校正板20的校正坐标原点0的方向。另在编码校正板20内部的白色格子22内设置空心圆24及实心圆25排列组合的位置坐标编码，以标示各白色格子22与编码校正板20校正坐标原点0的相对位置。以本实施利为例，位置坐标编码在白色格子22内设置包含空心圆24及实心圆25的编码圆，编码圆排成两行，左边开始第一行代表X轴以及第二行代表Υ轴，每行各具有第一列Α、第二列Β及第三列C等三列编码圆，位置由下至上表示为2的0至2次方，而空心圆代表数值为0以及实心圆代表数值为1，以构成白色格子22的坐标(X，Υ)
[0043]X = A*2°+B*21+C*22
[0044]Y = A*2°+B*21+C*22
[0045]举例说明，如图2中标示的白色格子22，左起第一行X轴的第一列A为空心圆24，数值为0，即A = 0，第二列B及第三列C为实心圆25，数值为1，即B = 1及C = 1。左起第二行Y轴的第一列A为实心圆25，数值为1，即A = 1，第二位置及第三位置为空心圆24，数值为0，即B = 0及C = 0，将前述数值带入前式则白色格子22的坐标的计算方式如下:
[0046]X = 0^2^1^2^1^22 = 6
[0047]Y = 1^2^0^2^0^22 = 1
[0048]得到坐标(6，1)。因此，就可根据空心圆24及实心圆25的排列组合计算出坐标，获得白色格子22与编码校正板20校正坐标原点0预设的相对位置。
[0049]如图3所示，为本发明机器手臂的校正装置30的示意图。本发明机器手臂校正装置30包含视觉系统、机器手臂31、控制装置32及编码校正板20。其中，视觉系统包含设在机器手臂31上的EIH摄影机34。机器手臂31 —端固定设在基座35上，具有特定的手臂参考坐标M，在机器手臂31另一端的活动端33固定EIH摄影机34，在手臂参考坐标Μ具有校正前的坐标。由于多关节的机器手臂31移动误差，使视觉系统存在定位误差，为了操控机器手臂31精确移位，机器手臂31需与视觉系统的ΕΙΗ摄影机34进行定位校正。本发明校正装置30在准备校正时，将编码校正板20利用支撑架36固定在机器手臂31及ΕΙΗ摄影机34的工作环境，并具有特定的校正参