[发明专利]具有端部工具计量位置坐标确定系统的机器人系统

说明书

提供一种与机器人一起使用的端部工具计量位置坐标确定系统。限定为机器人精度的第一精度水平(例如，用于控制和感测安装在机器人的可移动臂配置的远端附近的端部工具的端部工具位置)基于使用包含在机器人中的位置传感器(例如，编码器)。该系统包括端部工具、成像配置、XY标度、图像触发部分和处理部分。XY标度或成像配置中的一个联接到端部工具，而另一个联接到固定元件(例如，位于机器人上方的框架)。成像配置获取XY标度的图像，其用于确定指示端部工具位置的相对位置，其精度水平优于机器人精度。

技术领域

本公开涉及机器人系统，并且更具体地涉及用于确定机器人的端部工具位置的坐标的系统。

背景技术

机器人系统越来越多地用于制造和其他过程。可以使用的各种类型的机器人包括关节机器人、选择性柔顺关节机器人臂(SCARA)机器人、笛卡尔机器人、圆柱形机器人、球形机器人等。作为可以包含在机器人中的部件的一个示例，SCARA机器人系统通常可以具有基部，第一臂部可旋转地联接到基部，第二臂部可旋转地联接到第一臂部的端部。在各种配置中，端部工具可以联接到第二臂部的端部(例如，用于执行某些工作和/或检查操作)。这种系统可包括用于确定/控制臂部的定位以及相应地端部工具的定位的位置传感器(例如，旋转编码器)。在各种实施方式中，受某些因素的限制(例如，旋转编码器性能以及机器人系统的机械稳定性，等)，这些系统可具有约100微米的定位精度。

美国专利No.4,725,965公开了某些用于改善SCARA系统精度的校准技术，该专利在此全文引入作为参考。如’965专利中所述，提供了一种用于校准SCARA型机器人的技术，该SCARA型机器人包括第一可旋转臂部和承载端部工具的第二可旋转臂部。该校准技术与SCARA机器人可以使用运动学模型来控制的事实有关，该运动学模型在准确时允许臂部以第一和第二角度配置放置，在该配置下，由第二臂部携载的端部工具保持在相同的位置。为了校准运动学模型，将臂部置于第一配置中以将端部工具定位在固定基准点的上方。然后，将臂部置于第二角度配置中，以便在与基准点配准时再次标称地定位端部工具。运动模型中的误差是根据当臂部从第一角度配置切换到第二角度配置时端部工具的位置相对于基准点的偏移来计算的。然后，根据所计算的误差补偿运动学模型。重复这些步骤，直到误差达到零，此时SCARA机器人的运动学模型被认为是校准的。

如’965专利中进一步描述的，校准技术可包括使用某些相机。例如，在一个实施方式中，基准点可以是固定电视相机的观察区域的中心(即，位于端部工具下方的地面上)，并且可以处理相机的输出信号以确定当连杆从第一配置切换到第二配置时，端部工具的位置相对于相机的观察区域的中心的偏移。在另一种实施方式中，第二臂部可以携载相机，并且该技术可以通过将臂部置于第一角度配置开始，在第一角度配置中，在臂部之间测量第二预定内角，以使由第二臂部携载的相机居中在固定基准点的正上方。然后将臂部置于第二角度配置，在该第二角度配置中，在臂部之间测量等于第二预定内角的内角，以使相机标称地再次居中在基准点上方。然后，处理相机的输出信号，以确定在将臂部从第一角度配置切换到第二角度配置时，相机所看到的基准点的位置的偏移。然后，根据相机所看到的基准点的位置的偏移来确定相机的已知位置的误差。然后，这些步骤作为校准过程的一部分被重复，直到误差接近零。

虽然诸如’965专利中描述的那些技术可以用于校准机器人系统，但是在某些应用中，可能不太希望利用这样的技术(例如，可能需要大量时间，和/或在某些操作期间，可能无法为机器人的所有可能的取向提供所需的精度，等等)。可以提供关于这些问题的改进(例如，用于提高工件测量和其他过程期间的位置确定的可靠性、可重复性、速度等)的机器人系统将是理想的。

发明内容

提供该发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。