TWI747151B - 機械手臂移動補償的方法 - Google Patents

Abstract

一種機械手臂移動補償的方法，包含：在移動準確度較高的一三維運動物件上設置一三維感測器，在一機械手臂上設置一受測件；使該三維運動物件及該機械手臂同步執行相同之一測試路徑；開始該測試路徑後，在該測試路徑中選擇至少一路徑節點，該三維感測器量測該受測件，獲得一感測基準點與一受測基準點彼此間相對的一位移值；將該位移值補償至該機械手臂的一控制指令，該控制指令控制該機械手臂，使該感測基準點與該受測基準點的三維位置維持一致。藉此，在維持該機械手臂精準度的同時，確保該機械手臂與該三維運動物件的良好配合度。

Description

機械手臂移動補償的方法

本發明係關於一種機械手臂移動補償的方法，特別是指一種搭配準確度較高之三維運動物件進行校正的機械手臂移動補償的方法。

隨著機械技術的發展，具有模仿人類手臂功能且可自動控制的機械手臂廣泛應用於各種領域。然而，在加工過程中，機械手臂移動時的誤差可能會逐漸累積，導致機械手臂在空間中的移動準確度下降。

於是有中華民國專利公告號I671606提供一種機械手臂可選擇式路徑補償系統的使用方法，主要藉由一雷射追蹤器對機械手臂的實際位置資訊進行追蹤，並根據雷射追蹤裝置測得的實際位置資訊與機械手臂的原輸入移動路徑進行比對，當比對出差異時產生一補償路徑，藉由雷射追蹤裝置快速補捉機械手臂的路徑誤差，以達成快速補償路徑的功效。

然而，當機械手臂是作為加工機具的輔助時，例如更換加工機具的刀頭，或放置/取出加工件，此時機械手臂的移動需要與加工機具的路徑互相搭配，而前述專利案僅對於機械手臂進行補償，可能降低機械手臂與加工機具的配合度。

爰此，本發明人提出一種機械手臂移動補償的方法，包含：在一三維運動物件上設置一三維感測器，該三維感測器具有一感測基準點，在一機械手臂上設置一受測件，該受測件具有一受測基準點，該三維運動物件在三維空間的移動準確度大於該機械手臂；使該三維運動物件及該機械手臂同步執行相同之一測試路徑，在該測試路徑中，該三維感測器量測該受測件，獲得該感測基準點與該受測基準點彼此間相對的一位移值；開始該測試路徑後，在該測試路徑中選擇至少一路徑節點，讀取該路徑節點的該位移值；將該位移值補償至該機械手臂的一控制指令，該控制指令控制該機械手臂，使該感測基準點與該受測基準點的三維位置維持一致。

進一步，該三維感測器包含一框架及三數位量表，每一個數位量表有一量針，所述數位量表的所述量針設置於一基準面，且所述量針共同指向該感測基準點。

進一步，該三維感測器包含一框架與三雷射測距器，所述雷射測距器的三雷射方向在一基準面上，每一個雷射測距器有一雷射方向，所述雷射測距器的所述雷射方向在一基準面上，且所述雷射方向共同指向該感測基準點。

進一步，該受測件具有一軸線，該軸線垂直於該基準面，該受測件的邊界與該軸線的距離係自該基準面沿著該軸線漸增或漸減。

其中，該路徑節點為該測試路徑的一終點。

其中，該路徑節點為該測試路徑的一起點及該終點之間的複數選擇點。

其中，該測試路徑為一三維路徑。

其中，該三維運動物件為一加工機，該測試路徑為該機械手臂的一操作路徑。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.機械手臂與準確度較佳的三維運動物件同步執行測試路徑，再藉由位移值補償機械手臂的控制指令，可以在維持機械手臂精準度的同時，確保、甚至提高機械手臂與三維運動物件的配合度。

2.當機械手臂只有在終點準確的需求時，可以將路徑節點僅設置在終點，確保機械手臂在到達終點時準確。

3.當機械手臂在起點與終點之間有準確的需求時，可以將路徑節點設置在起點與終點之間的複數選擇點，確保機械手臂在每一個選擇點上都有足夠的準確度。

4.三維感測器及受測件都不會影響三維運動物件及機械手臂的加工，無需拆除就可以直接進行加工程序。

1:三維運動物件

11:支撐桿

2:三維感測器

20:感測基準點

21:框架

22:數位量表

221:量針

3:機械手臂

4:受測件

40:受測基準點

A:基準面

d1:第一距離

d2:第二距離

d3:第三距離

P:軸線

[第一圖]係本發明實施例之實施示意圖。

[第二圖]係本發明實施例之流程示意圖。

[第三圖]係本發明實施例於實施狀態下之示意圖一，示意機械手臂無誤差時，感測基準點與受測基準點重合。

[第四圖]係本發明實施例於實施狀態下之示意圖二，示意機械手臂有誤差時，感測基準點與受測基準點分離。

[第五圖]係本發明實施例於實施狀態下之部分剖視圖一，示意三維運動物件及機械手臂共同執行測試路徑。

[第六圖]係本發明實施例於實施狀態下之部分剖視圖二，示意受測基準點與感測基準點間有位移。

[第七圖]係本發明實施例於實施狀態下之部分剖視圖三，示意將位移值補償回機械手臂的控制指令。

綜合上述技術特徵，本發明機械手臂移動補償的方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖至第三圖，係揭示本發明實施例機械手臂移動補償的方法，包含以下步驟： 步驟一：在一三維運動物件(1)上設置一三維感測器(2)，並在一機械手臂(3)上設置一受測件(4)，調整該機械手臂(3)使該受測件(4)的一受測基準點(40)與該三維感測器(2)的一感測基準點(20)重合。

請參閱第一圖、第三圖及第四圖，該三維運動物件(1)可以是CNC加工機等在三維空間中的移動準確度大於該機械手臂(3)的一加工機，並將該三維感測器(2)裝設在該三維運動物件(1)可移動的部位上，在本發明之實施方式中，該三維感測器(2)藉由一支撐桿(11)焊接於該三維運動物件(1)的刀具頭側邊，不影響該三維運動物件(1)的加工，無需拆除該三維感測器(2)，該三維運動物件(1)即可進行加工。該三維感測器(2)包含一框架(21)及三數位量表(22)，每一個所述數位量表(22)有一量針(221)，所述數位量表(22)的所述量針(221)設置於一基準面(A)，且所述量針(221)共同指向該感測基準點(20)，以圓形的該框架(21)為例，該基準面(A)即為該框架(21)形成的平面，該感測基準點(20)即為該框架(21)的圓心，所述數位量表(22)以相同間隔設置在該框架(21)的圓周上，並各 自以所述量針(221)指向該感測基準點(20)，所述數位量表(22)可以是厚度計或壓力計等等，藉由所述量針(221)接觸該受測件(4)以取得厚度數值或壓力數值。該三維感測器(2)也可以是該框架(21)搭配三雷射測距儀，所述雷射測距儀各自向一雷射方向射出雷射光束，所述雷射測距儀的所述雷射方向形成該基準面(A)，且所述雷射方向共同指向該感測基準點(20)，惟未於圖式中繪出此種實施方式。

該受測件(4)具有該受測基準點(40)及一軸線(P)[該軸線(P)請搭配第五圖]，該軸線(P)垂直於該基準面(A)，該受測件(4)的邊界與該軸線(P)的距離係自該基準面(A)沿著該軸線(P)漸增或漸減。以球形的該受測件(4)為例，該受測基準點(40)即為該受測件(4)的球心，該軸線(P)則與通過該受測基準點(40)而垂直該基準面(A)的直徑重合，該受測件(4)的邊界與該軸線(P)的距離自該基準面(A)沿著該軸線(P)遞減。該受測件(4)除了球形，也可以是錐形或橄欖球形等形狀。該受測件(4)則是焊接於該機械手臂(3)上，鄰近該機械手臂(3)的夾爪，同樣不影響該機械手臂(3)的加工，無需拆除該受測件(4)，該機械手臂(3)即可直接進行加工。

在步驟一中，正確調整該機械手臂(3)後，會如第三圖所示，所述量針(221)會貼合於該受測件(4)表面，該受測基準點(40)與該感測基準點(20)會重合為一點；而當該受測基準點(40)與該感測基準點(20)如第四圖所示般為分離時，則代表仍須調整該機械手臂(3)，避免該機械手臂(3)錯誤補償。

請參閱第二圖及第五圖，並請搭配第四圖，步驟二：使該三維運動物件(1)及該機械手臂(3)同步執行相同之一測試路徑，開始該測試路徑後，在該測試路徑中選擇至少一路徑節點，該三維感測器(2)量測該受測件(4)，獲得該 感測基準點(20)與該受測基準點(40)彼此間相對的一位移值。該測試路徑為一三維路徑，於實際實施時，該測試路徑可以直接是該機械手臂(3)的一操作路徑。該路徑節點則為該測試路徑的一終點，或該測試路徑的一起點及該終點之間的複數選擇點，可以依據不同需求設置該路徑節點，例如：該機械手臂(3)僅要在該終點取放物品時，可以將該路徑節點設定在該終點，確保該機械手臂(3)在到達該終點時準確；而當該機械手臂(3)要輔助執行修毛邊等連續的該操作路徑時，則可以將該路徑節點設定在自該起點至該終點之間的所述選擇點，並可以增加所述選擇點的數量，確保該機械手臂(3)在所需的該操作路徑上都準確。

請參閱第二圖及第六圖，並請搭配第四圖，步驟三：當該受測件(4)的該受測基準點(40)與該三維感測器(2)的該感測基準點(20)的三維位置不相同，使該位移值的三維座標不為(0,0,0)時，該三維感測器(2)可以根據所述數位量表(22)量測到數值的變化，判斷該受測件(4)在三維空間中的該位移值。該受測件(4)有一第一距離(d1)、一第二距離(d2)及一第三距離(d3)，在該基準面(A)上，該受測件(4)的邊界與該軸線(P)的距離即為該第一距離(d1)，越遠離該基準面(A)，則該受測件(4)的邊界與該軸線(P)的距離越短，也就是說該第二距離(d2)會小於該第一距離(d1)，該第三距離(d3)又會小於該第二距離(d2)。

請參閱第五圖及第六圖，在第五圖中，所述量針(221)貼齊該受測件(4)後，所述量針(221)與該軸線(P)的距離會是該第一距離(d1)，而在第六圖中，由於該機械手臂(3)的誤差，所述量針(221)貼齊該受測件(4)的位置改變，所述量針(221)與該軸線(P)的距離可能會改變為該第三距離(d3)。所述數位量表(22)皆設置在該框架(21)形成的該基準面(A)上，因此該受測件(4)在該基準面(A)上的該位移值可以直接由所述數位量表(22)的數值判定，而在垂直該基準面(A)的方 向上，也就是該軸線(P)上，由於所述量針(221)與該軸線(P)的距離從該第一距離(d1)改為該第三距離(d3)，因此所述數位量表(22)的數值會改變，可以據此計算該受測件(4)在垂直該基準面(A)的該軸線(P)方向上的該位移值。

請參閱第二圖及第七圖，並請搭配第四圖，步驟四：將該位移值補償至該機械手臂(3)的一控制指令，該控制指令再控制該機械手臂(3)，使該感測基準點(20)與該受測基準點(40)在該路徑節點上的三維位置維持一致。藉由該三維運動物件(1)的輔助，可以在維持該機械手臂(3)精準度的同時，確保該機械手臂(3)與該三維運動物件(1)的良好配合度。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:三維運動物件

11:支撐桿

2:三維感測器

21:框架

22:數位量表

221:量針

3:機械手臂

4:受測件

Claims (8)

1. 一種機械手臂移動補償的方法，包含：在一三維運動物件上設置一三維感測器，該三維感測器具有一感測基準點，在一機械手臂上設置一受測件，該受測件具有一受測基準點，該三維運動物件在三維空間的移動準確度大於該機械手臂；使該三維運動物件及該機械手臂同步執行相同之一測試路徑，在該測試路徑中，該三維感測器量測該受測件，獲得該感測基準點與該受測基準點彼此間相對的一位移值；開始該測試路徑後，在該測試路徑中選擇至少一路徑節點，讀取該路徑節點的該位移值；將該位移值補償至該機械手臂的一控制指令，該控制指令控制該機械手臂，使該感測基準點與該受測基準點的三維位置維持一致。
2. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，進一步，該三維感測器包含一框架及三數位量表，每一個數位量表有一量針，所述數位量表的所述量針設置於一基準面，且所述量針共同指向該感測基準點。
3. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，進一步，該三維感測器包含一框架與三雷射測距器，每一個雷射測距器有一雷射方向，所述雷射測距器的所述雷射方向在一基準面上，且所述雷射方向共同指向該感測基準點。
4. 如請求項2或請求項3所述之機械手臂移動補償的方法，進一步，該受測件具有一軸線，該軸線垂直於該基準面，該受測件的邊界與該軸線的距離係自該基準面沿著該軸線漸增或漸減。
5. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，其中，該路徑節點為該測試路徑的一終點。
6. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，其中，該路徑節點為該測試路徑的一起點及一終點之間的複數選擇點。
7. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，其中，該測試路徑為一三維路徑。
8. 如請求項1所述之機械手臂移動補償的方法，其中，該三維運動物件為一加工機，該測試路徑為該機械手臂的一操作路徑。

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