專利名稱：機械手臂定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械手臂，尤其涉及一種機械手臂的定位系統(tǒng)。
技術(shù)背景在改善工業(yè)生產(chǎn)力和產(chǎn)品的品質(zhì)上，自動化是一個很有效的途徑。而機械手臂在工業(yè)生 產(chǎn)自動化中扮演著極為重要的角色。機械手臂已被廣泛地應(yīng)用于如自動裝配、組合和抽取物 件或一些具危險性，困難且不適合人力擔(dān)負(fù)的工作。在機械手臂自動化的控制上，需能精確 地控制機械手臂的運動軌跡，因此，發(fā)展精確的控制技術(shù)在機械手臂的運動控制上，變得極 為重要。一般的機械手臂使用轉(zhuǎn)軸上的編碼器與相關(guān)機械手臂的長度等資料等來完成機械手臂的 夾取部的位置確定，或是計算出機械手臂本身在空間上的位置。這一過程需要精密的編碼器 與準(zhǔn)確的計算來實現(xiàn)。如黃輝先在《機床與液壓》2001年第5期的一篇名為《多自由度機械 手PLC控制》的文章中，揭示了一種利用光電編碼器對機械手轉(zhuǎn)軸電機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測 ，并對機械手的數(shù)個直流電機進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，從而實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)軸電機轉(zhuǎn)軸的準(zhǔn)確定位及 機械手抓取物體控制的控制方法。但是在連續(xù)動作下，機械手臂的編碼器常會有位置滯后的 情況發(fā)生，也就是累積誤差。所以需要使用回歸的動作，來完成機械手臂的位置確認(rèn)。因此如何有效地控制機械手臂的運動將是機械手臂發(fā)展的重要方向。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種可有效獲得機械手臂的運動位置的、可避免累積誤差的機械 手臂的定位系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種機械手臂定位系統(tǒng)，包括 一可在預(yù)定空間范圍活動的機械手臂，所述 機械手臂包括兩個臂部及用于連接兩個臂部的一個轉(zhuǎn)軸部，所述機械手臂可沿轉(zhuǎn)軸部旋轉(zhuǎn)， 該轉(zhuǎn)軸部設(shè)置有兩個相機模組，所述相機模組設(shè)定為每間隔一定時間即拍攝一幅照片； 一個 架設(shè)于該預(yù)定空間范圍外部的立方形支架，所述立方形支架的任意兩個對角位置的各三條邊 上，各設(shè)置有一排照明指示裝置，所述照明指示裝置為周期性的明暗設(shè)置；及一個信號處理 系統(tǒng)，用于處理所述相機模組拍攝的照片。所述的機械手臂的定位系統(tǒng)在使用時，經(jīng)由所述相機模組拍攝下來的立方形支架上的照 明指示裝置的照片，經(jīng)由信號處理系統(tǒng)的分析處理，即可得到該機械手臂的夾取部的絕對位置，從而避免了由于累積誤差而導(dǎo)致的機械手臂控制精度問題。


圖l是本發(fā)明實施例提供的機械手臂定位系統(tǒng)的立體示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參閱圖i，為本發(fā)明實施例提供的機械手臂定位系統(tǒng)ioo，其包括一個機械手臂IO、 一個立方形支架20及一個信號處理系統(tǒng)(圖未示)。所述機械手臂10是一個可以在預(yù)定空間范圍內(nèi)活動的機械手臂。該機械手臂10包括兩個 臂部IOI、 一個轉(zhuǎn)軸部102及一個夾取部103，兩個臂部101之間通過一個轉(zhuǎn)軸部102相連，每 一臂部101都可以繞對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸部102旋轉(zhuǎn)。該夾取部103用于實現(xiàn)機械手臂的抓取動作。在本實施例中，該夾取部103設(shè)置為一個夾 爪的樣式，其兩個爪部可以張開、合攏，用于實現(xiàn)機械手臂的抓取動作。所述夾取部103可 以根據(jù)實際需要而設(shè)置為不同的樣式，其只要滿足可以抓取到待夾取物體或者是實現(xiàn)某種特 定功能即可。該夾取部103與機械手臂10的一個臂部101之間通過一個轉(zhuǎn)軸部102相連，該夾 取部103可沿轉(zhuǎn)軸部102旋轉(zhuǎn)。該機械手臂10進(jìn)一步包括一個端部104和一個載臺105。該端部104與該載臺105相連，并 且，該端部104可以沿該載臺105在水平方向上做順時針或逆時針方向360度的旋轉(zhuǎn)。這樣， 該機械手臂IO可以在一定的空間范圍內(nèi)做任意角度的抓取動作。所述空間范圍即機械手臂 10的各個臂部101完全伸直所能達(dá)到的最大范圍。當(dāng)機械手臂10活動時，其最大活動范圍不 會超出這個范圍。特別地，在每個轉(zhuǎn)軸部102上，各設(shè)置有兩個相機模組106。每兩個相機模組106分別對 應(yīng)設(shè)置于每個轉(zhuǎn)軸部102的相對的兩端。即每兩個相機模組106的鏡頭朝向的方向相反。該相 機模組106設(shè)置為每間隔一定時間即拍攝一幅照片。這里可以設(shè)置其拍攝頻率為24幀/秒，即 每秒拍攝24幅照片。所述相機模組106包括一影像感測器，其可以為電荷耦合器件或互補式 金屬氧化物半導(dǎo)體。該立方形支架20架設(shè)于該機械手臂10可活動的預(yù)定空間范圍之外，即該機械手臂最大可 到達(dá)范圍包含于該立方形支架20內(nèi)。該立方形支架20由十二根支柱構(gòu)成，構(gòu)成了立方體的十 二條邊。該立方形支架20的兩個對角位置的各三條邊上，各設(shè)置有一排照明指示裝置。如圖 l所示，該立方形支架20的三維方向上的三條邊201、 202、 203上，各設(shè)置有一排照明指示裝 置204。與該三條邊201、 202、 203所成的角對應(yīng)的對角位置的三條邊上，也分別設(shè)置有一排照明指示裝置204。所述照明指示裝置204為一排等間隔排列的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)。 所述照明指示裝置204也可以是其他種類的照明裝置，例如激光二極管等發(fā)光裝置。每條 邊上的LED陣列的LED個數(shù)設(shè)置為不相同的數(shù)量，且該LED的排列疏密程度不一樣。在本實施 例中，邊201上的LED陣列設(shè)置為三個，其間隔較大，而邊203上的LED陣列設(shè)置為五個，其間 隔較小。邊202上的LED陣列設(shè)置為四個，其間隔介于以上兩者之間。采取這種排布方式即可 使該機械手臂上的相機模組拍攝的照片能夠區(qū)別出該LED陣列是哪個邊即哪個三維方向上的 陣列。具體地，每個邊上的LED設(shè)置為周期性地明暗。即每個LED設(shè)置為交替地明暗。而相機模 組106設(shè)定為每間隔一定時間即拍攝一幅照片。當(dāng)機械手臂10在此三維空間中移動的時候， 轉(zhuǎn)軸部102上的相機模組106即不間斷地拍攝照片，拍攝頻率約為24幀/秒。當(dāng)然，其拍攝頻 率可根據(jù)具體需要而設(shè)置。根據(jù)拍攝到的照片，即可知道某一時刻的LED光點位置與相機模 組106的相對位置，由于每個邊上的LED陣列位置是固定的，即該LED的空間位置坐標(biāo)為絕對 坐標(biāo)，可以將這個坐標(biāo)作為參考位置坐標(biāo)，即可推知相機模組106的絕對位置坐標(biāo)。進(jìn)一步 地，根據(jù)機械手臂10的臂部101長度尺寸值，即可推算出該夾取部103的絕對位置坐標(biāo)。這一 過程可以經(jīng)由信號處理系統(tǒng)來處理。所述信號處理系統(tǒng)可以是一個DSP (Digital Signal Processing)芯片，通過預(yù)先設(shè)定好 的算法對該圖像信號進(jìn)行分析、處理得到最終坐標(biāo)，或者是采用軟件方式，經(jīng)過預(yù)先編輯好 的軟件，對該圖像信號進(jìn)行處理分析，得到該機械手臂夾取部103的坐標(biāo)值。所述機械手臂定位系統(tǒng)100通過一個立方形支架20上的數(shù)個照明指示裝置204的明暗變化 ，配合機械手臂1 O轉(zhuǎn)軸部102上的相機模組106的等間隔拍照，可以取得某一時刻該相機模組 106相對于該照明指示裝置204的相對位置，以照明指示裝置204的3D空間位置做參考坐標(biāo)， 可以取得該相機模組106的絕對位置，即可得到該轉(zhuǎn)軸部102的絕對位置，進(jìn)而取得該機械手 臂夾取部103的絕對位置坐標(biāo)。采用此方法可以克服機械手臂的位置控制誤差，消除了機械 手臂的累積誤差，因此具有較高的精度?？梢岳斫獾氖?，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它 各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種機械手臂定位系統(tǒng)，包括一可在預(yù)定空間范圍活動的機械手臂，所述機械手臂包括兩個臂部及用于連接兩個臂部的一個轉(zhuǎn)軸部，所述機械手臂可沿轉(zhuǎn)軸部旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)軸部設(shè)置有兩個相機模組，所述相機模組設(shè)定為每間隔一定時間即拍攝一幅照片；一個架設(shè)于該預(yù)定空間范圍外部的立方形支架，所述立方形支架的任意兩個對角位置的各三條邊上，各設(shè)置有一排照明指示裝置，所述照明指示裝置為周期性的明暗設(shè)置；及一個信號處理系統(tǒng)，用于處理所述相機模組拍攝的照片。
2.權(quán)利要求2如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述機械 手臂進(jìn)一步包括一個夾取部，所述夾取部與機械手臂的一個臂部之間通過一個轉(zhuǎn)軸部相連。
3.權(quán)利要求3如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述機械 手臂進(jìn)一步包括一個端部及一個載臺，所述端部可以沿所述載臺進(jìn)行順時針或逆時針方向旋 轉(zhuǎn)。
4.權(quán)利要求4如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述照明 指示裝置為等間隔排列的發(fā)光二極管或激光二極管。
5.權(quán)利要求5如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述立方 形支架的每一對角的各三條邊上的照明指示裝置排列疏密程度不同。
6.權(quán)利要求6如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述相機 模組設(shè)定為每隔一定時間即拍攝一幅照片，其拍攝頻率為24幀/秒。
7.權(quán)利要求7如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述相機 模組包括一影像感測器，其可以為電荷耦合器件或互補式金屬氧化物半導(dǎo)體。
8.權(quán)利要求8如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個 相機模組分別設(shè)置于所述轉(zhuǎn)軸部的兩端。
9.權(quán)利要求9如權(quán)利要求l所述的機械手臂定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號 處理系統(tǒng)將所述機械手臂的相機模組拍得的照片進(jìn)行處理，進(jìn)而得到所述機械手臂的絕對位置坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機械手臂定位系統(tǒng)，包括一可在預(yù)定空間范圍活動的機械手臂、一個架設(shè)于該預(yù)定空間范圍外部的立方形支架，及一個信號處理系統(tǒng)。所述機械手臂包括兩個臂部及用于連接兩個臂部的一個轉(zhuǎn)軸部，所述機械手臂可沿轉(zhuǎn)軸部旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)軸部設(shè)置有兩個相機模組，所述相機模組設(shè)定為每間隔一定時間即拍攝一幅照片。所述立方形支架的任意兩個對角位置的各三條邊上，各設(shè)置有一排照明指示裝置，所述照明指示裝置為周期性的明暗設(shè)置。該信號處理系統(tǒng)用于處理所述相機模組拍攝的照片。所述機械手臂定位系統(tǒng)可有效獲得夾取部的絕對位置，避免了累積誤差。
文檔編號B25J19/00GK101327588SQ20071020085
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者張仁淙 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司