[发明专利]确定位置

说明书

技术领域：

本发明特别地涉及机器人，尤其是具有若干自由度的机器人，且 涉及用于确定机器人的位置的方法和装置，然而本发明还可应用于可 动设备。

背景技术：

机器人被广泛地用于工业中。通常机器人将具有六个自由度，例 如机器人可包括：上臂，该上臂在一个端部处支承在基座上，从而使 得上臂可绕两个正交轴线旋转；下臂，该下臂枢接到上臂的另一个端 部上，且可相对于其旋转，且还可绕下臂自身的纵向轴线旋转；以及 设有两个正交的旋转轴线的万向腕机构。这几个旋转轴线仅是作为实 例给出的，而其它机器人具有其它的自由度，例如一个臂构件可为伸 缩性的。每个自由度上的运动由相应的马达(通常为伺服马达)引起。 机器人可编程成以便使臂的端部运动到期望的位置，该位置由各个臂 元件的运动(例如绕各个旋转轴线进行的角旋转)确定。这些运动可根 据马达的旋转次数来确定，或者可通过使用编码器来测量。现有的机 器人的一个问题是它们的被编程的位置和它们在其工作环境内的实 际位置或绝对位置是不同的。被编程的位置由机器人的各个关节的角 位置限定。对于图1所示的6自由度机器人来说，这对应于各个被编 程的位置的六个值。然后机器人控制器协调所有的六个伺服马达，以 实现各个关节的指定的位置。因此，机器人将总是运行到其被编程的 位置，但是不管这执行得多精确，相对于外部绝对轴线组的位置都可 能会改变。

这种改变由多种因素引起：

a)环境温度影响铰接臂元件的长度；

b)由来自伺服马达的热消散引起了温度梯度，温度梯度取决于机 器人的工作循环，且由于沿铰接臂元件长度的热分布不均匀，所以温 度梯度不仅趋向于使铰接臂元件膨胀，且还会使铰接臂元件变形；

c)机器人缺乏刚性，从而使得应用于机器人的端部处的不同负载 将产生不同的偏转。

由于上述所有的原因，机器人臂的被编程的位置和实际或“绝对” 位置在一天的不同时间将是不同的。对于一些应用，并不关心所引起 的位置变化，但是对于其它应用，则需要确定绝对位置。

一种已知的技术是使用激光跟踪器或高度精确的摄影机来确定 机器人相对于周围车间的实际位置。这两种方法均使用放置在机器人 和车间上的目标来确定它们的绝对位置。这些方法的一个问题是机器 人的端部在其工作循环的一部分期间可能是看不见的，因为机器人的 端部可能会躲过激光跟踪器或摄影机的直接观察。为了消除这一问 题，可在机器人循环的可见部分(时间)和在机器人循环的不可见部分 (时间)上对机器人进行针对绝对位置的“校准”或“校正”，使用复 杂的数学模型来估计位置误差。由于模型中作出的假设，这种估计会 引入不准确性。

发明内容：

根据本发明，提供了一种用于确定在参照系内可动的元件的位置 的装置，其中，相对于可动元件固定多个第一目标，且在相对于参照 系的固定位置处提供多个基座元件，该装置包括包含可与可动元件一 起运动的器件的测量系统，该测量系统包括用于确定可动器件相对于 基座元件中的至少一些的位置、且用于确定第一目标中的至少一些相 对于可动器件位置所处的位置的器件。

优选地，测量系统为光学测量系统。该测量系统的可动器件可连 接到可动元件上，或者可被单独地支承但保持在可动元件的附近。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于确定机器人臂的端部的 位置的装置，该机器人臂具有若干自由度，该机器人臂安装在基座上， 且包括腕机构，腕机构包括旋转支承元件，该装置包括机器人的基座 周围的多个基座元件，以及在旋转支承元件周围的多个臂目标，以及 定位器件，该定位器件安装在机器人臂上或附近，以使得能够确定基 座元件中的至少一些相对于定位器件的位置，以及臂目标中的至少一 些相对于定位器件的位置。

因此可相对于基座元件(其被固定)来测量臂目标(其未固定)的位 置，用于这些测量的定位器件本身与臂一起运动。定位器件优选为光 学系统，但是该定位器件还可以代之以是例如超声系统或红外系统。