[发明专利]用于末端执行器的定向系统和坐标系变换方法

说明书

机器人臂末端执行器上的相机用于通过连续测量附连到工件的目标与其预期位置之间的偏移来定位相对于末端执行器坐标系的旋转和平移的工件坐标系变换。目标反射来自由光束源提供的光束的能量。分束器用于将光束与相机的视线对准。

技术领域

本公开总体上涉及机器人制造操作，并且更具体地涉及在制造操作期间识别工件坐标系相对于机器人坐标系的旋转和平移的变换。

背景技术

飞行器制造过程依赖于机械固定装置来保持正在被组装的工件，并且依赖于技工来将在工件上执行制造操作的工具对准。逐渐地，带有工具的机器人用于执行先前需要这种手动对准操作的制造功能。然而，机器人工作操作的准确性依赖于知道工件相对于机器人及其相关联的一个或多个工具的放置。

可以由机器人操作者使用安装在工具上的相机定位特定特征部诸如孔或基准标记来对准工具。通常，在手动干预的帮助下，使用数控程序命令，使相机非常缓慢地靠近工件放置，以便相对于杂乱的背景准确地配准小特征部。然而，必须防止其上定位有相机的机器人臂意外地接触工件，或者对相机、机器人臂或工件中的任何一个或全部的损坏的风险。这种紧密接近放置可涉及机械探针或光学传感器的使用，以及操作者的耗时的视觉检查。当半自主地识别了足够的特征部以在三维旋转和平移中导出工件坐标系时，工件能够配准到机器人的坐标系，并且操作者能够开始完全自主的机器人组装操作，诸如切割、钻孔、紧固或焊接。上述半自主对准操作是劳动密集型的，并且能够给制造操作周期增加10分钟或更长时间。除了工件特征部的机器视觉测量通常所依赖的末端执行器相机之外，3D定位装置诸如激光测距设备或激光投影仪是大且昂贵的，并且引入它们自己的后校准残余偏移误差。

发明内容

在本公开的方面，相对于机器的末端执行器定位工件的方法包括利用反射元件识别工件上的点，在联接到末端执行器的相机的成像器处接收包括从反射元件接收的光的光束，以及识别在成像器处从反射元件接收的光的质心。该方法也包括确定质心距从反射元件接收的光的质心的预测位置的偏移，以及使用该偏移确定工件相对于末端执行器的实际位置。

在本公开的另一方面，一种用于相对于工件定向机器人臂的末端执行器的系统包括附接到末端执行器的相机。该相机具有在相机的透镜与相机中的成像器之间形成的视线。该系统也包括附接到末端执行器的光束源，该光束源投影光束；以及分束器，其将来自光束源的光束与相机的视线对准。该系统进一步包括控制器，其基于来自工件上的多个位置中的每一个的成像器上的返回光的相应质心，使用从所述多个位置反射的光束的返回光来计算从末端执行器坐标系到工件坐标系的变换。

在本公开的又一方面，一种适合用于确定工件的位置的末端执行器包括附接到机器人臂的框架、用在制造操作中联接到框架的作业工具以及联接到框架的相机，该相机具有沿相机的视线对准的透镜和成像器。末端执行器也包括产生光束的光束子组件以及具有至少一个反射器的分束器，所述至少一个反射器沿相机的视线对准光束，并且允许光束的反射的至少一部分传递到成像器。

已经讨论的特征、功能和优点能够在各种实施例中独立地实现或者可以在其他实施例中组合，其进一步的细节能够参考下面的描述和附图而见到。

附图说明

为了更完整地理解所公开的方法和设备，应当参考根据附图更详细地说明的实施例，在附图中：

图1是示出根据本公开的工件和机器人的透视图；

图2是图1的工件的进一步的图示；

图3是另一个工件和机器人的透视图；

图4是工作环境中的末端执行器的成像组件的图示；

图5是工件和机器人的替代实施例的图示；

图6是工作环境中的末端执行器的替代实施例；

图7是图4的成像组件的相机的成像器处的反射光的质心的图示；