[发明专利]用于获取机械手的末端执行器的位置和定位的装置

说明书

一种用于获取机械手的末端执行器的位置和定位的装置，该装置具有：光学传感器，该光学传感器被配置为获取第一光学标记和/或第二光学标记的图像数据；存储单元，该存储单元被配置为存储机械臂的运动学模型；评估单元，该评估单元被配置为：在该第一光学标记对于光学传感器可见的第一情况下，基于图像数据来确定该第一光学标记的第一位置，并且基于第一位置来确定末端执行器的位置和定位，并且在该第一光学标记对于该光学传感器不可见、但该第二光学标记对于该光学传感器可见的第二情况下，基于图像数据来确定该第二光学标记的第二位置，并且基于该第二位置并基于运动学模型来确定末端执行器的位置和定位。

技术领域

本发明涉及一种用于在工业环境中例如在由机械手执行的工作过程期间获取机械手的末端执行器的位置和定位的装置和方法。本发明还涉及一种被设计用于执行根据本发明的方法的位置获取系统。

背景技术

机械手(例如工业机械手)是在工业环境中例如用于工件的测量、安装、加工、搬运和/或质量控制的普遍可用的可编程机器。

机械手通常具有机械臂(所谓的操纵器)、控制单元和末端执行器。例如，工具、夹持器和/或一个或多个传感器可以布置在末端执行器上，这些工具、夹持器和/或一个或多个传感器例如用于对工件进行测量、加工、安装、搬运工件和/或控制其质量。由于机械手自动执行多个工作过程，因此自动化程度和效率都在提高，这样使得生产量能够不断增加并且时间消耗小和废品率低。

为了保证精确地执行机械手控制的工作过程，需要尽可能准确地跟踪或者在位置上准确地控制机械手的通常复杂的运动序列。在这种情况下，机械手通常具有多条运动轴线，这些运动轴线具有多个铰接关节，由此方式保证了具有尽可能多数量的自由度的多个不同运动序列。

特别是在例如用于在车身部件上铺设焊点的加工机械手的情况下，需要能够在整个这个工作过程中尽可能地确定其上布置有例如焊枪的末端执行器的位置和定位。

此外，在所谓的在线测量技术(其中测量数据例如通过光学测量传感器在生产线中以时钟方式被获取并且可以在生产线中用作过程控制变量)中使用机械手时，需要尽可能准确地确定末端执行器的位置和定位。光学测量传感器可以例如布置在末端执行器上，该光学测量传感器测量工件/车身部件以便确立生产误差和/或检查是否符合所要求的测量公差。在这种情况下，绝对需要确定末端执行器的位置和定位，以便能够保证确切地确定测量数据。特别是在高度自动化的生产线中，由于各个误差在后续的工作步骤中叠加，因此仅可以容忍非常轻微的偏差。

用于尽可能准确地确定机械手的末端执行器的位置和定位的第一方法是在工作过程期间不断地(重新)校准机械手控制模型。在这种情况下，在工作过程期间，通过对空间中的物体(所谓的人工制品，其在空间上的各自的位置是已知的)进行测量，不断地重新校准机械手的控制模型，通过该控制模型控制机械手的所有运动序列。这种(重新)校准是必要的，以便例如至少部分地补偿机械手的各个部件的由温度引起的材料膨胀。例如通过在工作过程期间机械手的各个部件发热而引起这样的材料膨胀。

第一方法的一个问题是，在确定末端执行器的位置和定位时(即在测量工件时)，使用人工制品不断地校准机械手模型不足以保证足够的准确度。

为了提高准确度，例如可以将机械手(即在线测量系统)获取的测量值与(外部)坐标测量装置的测量值相关联，从而对机械手的末端执行器的位置和定位的绝对值进行校正。然而，这些相关性是高度复杂的并且通常伴随着高成本支出。

第一方法的一个变型还可以是在机械手投入使用时一旦使用外部系统就确定末端执行器在所有计划测量点处的所有可能位置。然而，例如当重新定向末端执行器、安装新传感器和/或当行进到新的测量位置时，系统的灵活性受到限制。

用于尽可能准确地确定机械手的末端执行器的位置和定位的第二方法是使用通常在外部的位置获取系统来对机械手控制的传感器或末端执行器进行跟踪。