三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法制造方法及图纸

本公开涉及三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法，该三维测量装置包含：球形体，被移动元件带动而同步移动及转动；X轴测量装置，包含第一测量结构及第一位置感测器，第一测量结构可于X轴方向移动，且与球形体接触，第一位置感测器用以测量第一测量结构的移动距离；Y轴测量装置，包含第二测量结构及第二位置感测器，第二测量结构可于Y轴方向移动，且与球形体接触，第二位置感测器用以测量第二测量结构的移动距离；Z轴测量装置，包含第三测量结构及第三位置感测器，第三测量结构可于Z轴方向移动，且与球形体接触，第三位置感测器用以测量第三测量结构的移动距离。量第三测量结构的移动距离。量第三测量结构的移动距离。

【技术实现步骤摘要】
三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法


[0001]本公开涉及一种测量装置，特别涉及一种三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法。

技术介绍

[0002]随着工业科技的进步，各式各样的自动化装置已广泛地被研发，以应用于生活及产业中。一般而言，机械手臂是自动化装置的重要元件。虽然通过机械手臂进行加工的稳定性远远大于人工，但由于机械手臂的关节太多，导致通过多项误差的累积与传递而致使机械手臂精度普遍不高。为提升机械手臂加工的精度，在以机械手臂进行加工前需利用测量装置来对机械手臂进行校正，以提升加工的精度。目前常用的测量装置有激光干涉仪及激光追踪仪，其中激光干涉仪由于在进行测量时一次只能测量一轴的误差，因此在进行测量的过程中，为了测量不同项目的误差，就必须更换镜组再进行不同项目的测量，使得操作过程相当耗费时间。至于激光追踪仪虽可快速检测，且精度高，然价钱却极为昂贵。
[0003]因此，实有必要发展一种可同时测量物件三维的移动距离，借此提供对机械手臂进行校正所需的参数的三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法，以解决现有技术所面临的问题。

技术实现思路

[0004]本公开的目的在于提供一种三维测量装置，其中该三维测量装置不但具有X轴测量装置、Y轴测量装置、Z轴测量装置，更具有与X轴测量装置、Y轴测量装置、Z轴测量装置相接触并与可移动元件组接的球形体，使得三维测量装置可同时进行球形体的三维坐标测量，以获得可移动元件的工作点，故不但可大幅节省测量的时间，且生产成本亦较低。
[0005]本公开的另一目的在于提供一种机械手臂的校正方法，该校正方法是搭配本公开所公开的三维测量装置来进行，故该校正方法不但可节省测量的时间，且无须使用昂贵的测量装置来进行。
[0006]为达上述的目的，本公开提供一种三维测量装置，是与自动化装置的可移动元件组接，包含：球形体，与可移动元件组接，且球形体被可移动元件带动而同步移动及转动；基座；X轴测量装置，位于基座上，且包含第一测量结构及第一位置感测器，其中第一测量结构于X轴方向移动，且与球形体接触，第一位置感测器是用以在球形体推动第一测量结构时，测量第一测量结构的移动距离；Y轴测量装置，位于基座上，且包含第二测量结构及第二位置感测器，其中第二测量结构于Y轴方向移动，且与球形体接触，第二位置感测器是用以在球形体推动第二测量结构时，测量第二测量结构的移动距离；Z轴测量装置，位于基座上，且包含第三测量结构及第三位置感测器，其中第三测量结构可于Z轴方向移动，且与球形体接触，第三位置感测器是用以在球形体推动第三测量结构时，测量第三测量结构的移动距离；其中第一测量结构沿X轴方向的可移动距离、第二测量结构沿Y轴方向的可移动距离及第三测量结构沿Z轴方向的可移动距离共同定义一测量空间，而球形体在测量空间移动时，第一
位置感测器、第二位置感测器以及第三位置感测器的感测结果反应球形体的三维坐标。
[0007]为达上述的目的，本公开另提供一种机械手臂的校正方法，包含步骤：(S1)提供一机械手臂以及如权利要求1所述的三维测量装置，其中三维测量装置的球形体与机械手臂组接，且球形体可被机械手臂带动而同步移动及转动；(S2)计算出位于测量空间内的至少一预设定位点；(S3)控制机械手臂以不同的操作动作由初始点朝向每一预设定位点移动两次以上，并通过三维测量装置所测量到的球形体的三维坐标而得到机械手臂每一次移动完成后所到达的每一实际定位点的三维坐标；(S4)利用顺向运动学计算步骤(S3)所得到的机械手臂在每一操作动作下所到达的每一实际定位点的函数方程式，以推得机械手臂在每一操作动作下的预测定位点；(S5)在移动至相同预设定位点的条件下，判断机械手臂任意两个操作动作下的两个预测定位点的差值减去两个实际定位点的差值是否在可容许门限值的范围内；(S6)当步骤(S5)的判断结果为否时，依据机械手臂在每一操作动作所到达的实际定位点而分别产生雅可比矩阵，以得到在每一操作动作下，机械手臂的预测定位点与实际定位点之间的位置运算式，其中每一雅可比矩阵为机械手臂在对应的操作动作下的每一轴的杆件尺寸的偏差量及每一轴的转动角度的偏差量在对应的函数方程式下的偏导数；(S7)在移动至相同预设定位点的条件下，将步骤(S6)所求得的机械手臂任意两个操作动作下的两个位置运算式进行减法运算，以计算机械手臂在任意两个操作动作下，机械手臂的每一轴的杆件尺寸的偏差量间的相减值及机械手臂每一轴的转动角度的偏差量间的相减值；(S8)依据步骤(S7)所计算得到的结果而对对应的函数方程式的机械手臂每一轴的杆件尺寸及机械手臂每一轴的转动角度进行更新；以及(S9)当步骤(S8)执行完或是当步骤(S5)的判断结果为是时，结束校正方法。
附图说明
[0008]图1为本公开优选实施例的三维测量装置的结构示意图；
[0009]图2为图1所示的三维测量装置的另一视角的部分结构示意图；
[0010]图3为图1所示的三维测量装置的又一视角的部分结构示意图；
[0011]图4为图1所示的三维测量装置应用于机械手臂时的结构示意图；
[0012]图5为图1所示的第一测量结构沿X轴方向的可移动距离、第二测量结构沿Y轴方向的可移动距离及第三测量面沿Y轴方向的可移动距离共所定义的测量空间的示意图；
[0013]图6为本公开优选实施例的机械手臂的校正方法的步骤流程示意图。
[0014]附图标记说明：
[0015]1：三维测量装置
[0016]2：基座
[0017]20：第一固定柱
[0018]200：第一连接部
[0019]201：第二连接部
[0020]202：第一容置孔洞
[0021]203：第二容置孔洞
[0022]21：第二固定柱
[0023]22：顶面
[0024]210：第三容置孔洞
[0025]3：球形体
[0026]30：锁固孔
[0027]4：X轴测量装置
[0028]40：第一测量结构
[0029]400：第一抵顶面
[0030]41：第一位置感测器
[0031]42：第一线性轨道
[0032]43：第一弹性元件
[0033]44：第一近接开关
[0034]5：Y轴测量装置
[0035]50：第二测量结构
[0036]500：第二抵顶面
[0037]51：第二位置感测器
[0038]52：第二线性轨道
[0039]53：第二弹性元件
[0040]54：第二近接开关
[0041]6：Z轴测量装置
[0042]60：第三测量结构
[0043]600：第三抵顶面
[0044]61：第三位置感测器
[0045]62：第三线性轨道
[0046]63：第三弹性元件
[0047]64：第三近接开关
[0048]7：测量空间
[0049]8：连杆
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维测量装置，是与一自动化装置的一可移动元件组接，包含：一球形体，与该可移动元件组接，且该球形体被该可移动元件带动而同步移动及转动；一基座；一X轴测量装置，位于该基座上，且包含一第一测量结构及一第一位置感测器，其中该第一测量结构于X轴方向移动，且与该球形体接触，该第一位置感测器是用以在该球形体推动该第一测量结构时，测量该第一测量结构的移动距离；一Y轴测量装置，位于该基座上，且包含一第二测量结构及一第二位置感测器，其中该第二测量结构于Y轴方向移动，且与该球形体接触，该第二位置感测器是用以在该球形体推动该第二测量结构时，测量该第二测量结构的移动距离；以及一Z轴测量装置，位于该基座上，且包含一第三测量结构及一第三位置感测器，其中该第三测量结构于Z轴方向移动，且与该球形体接触，该第三位置感测器是用以在该球形体推动该第三测量结构时，测量该第三测量结构的移动距离；其中该第一测量结构沿X轴方向的可移动距离、该第二测量结构沿Y轴方向的可移动距离及该第三测量结构沿Z轴方向的可移动距离共同定义一测量空间，而该球形体在该测量空间移动时，该第一位置感测器、该第二位置感测器以及该第三位置感测器的感测结果反应该球形体的三维坐标。2.如权利要求1所述的三维测量装置，其中该可移动元件为一机械手臂，该机械手臂为六轴型机械手臂或SCARA型机械手臂。3.如权利要求2所述的三维测量装置，其中该球形体通过一连杆与该与机械手臂的一末端轴组接。4.如权利要求1所述的三维测量装置，其中该第一测量结构沿X轴方向的该可移动距离、该第二测量结构沿Y轴方向的该可移动距离及该第三测量结构沿Z轴方向的该可移动距离皆等于该球形体的半径。5.如权利要求1所述的三维测量装置，其中该第一位置感测器、该第二位置感测器及该第三位置感测器分别由光学尺所构成。6.如权利要求1所述的三维测量装置，其中该基座具有一第一固定柱以及一第二固定柱，该第一固定柱以及该第二固定柱相邻地垂直设置于该基座上，且该第一固定柱具有相连的一第一连接部及一第二连接部，该第一连接部与该第二连接部约呈L形。7.如权利要求6所述的三维测量装置，其中该X轴测量装置固设于该第一固定柱的该第一连接部上，该Y轴测量装置固设于该第一固定柱的该第二连接部上，该Z轴测量装置固设于该第二固定柱上。8.如权利要求7所述的三维测量装置，其中该X轴测量装置还包含一第一线性轨道及一第一弹性元件，该第一线性轨道沿X轴方向设置于该第一连接部上，且供该第一测量结构滑动，该第一弹性元件是于该球形体推动该第一测量结构时产生弹性恢复力，该Y轴测量装置还包含一第二线性轨道及一第二弹性元件，该第二线性轨道沿Y轴方向设置于该第二连接部上，且供该第二测量结构滑动，该第二弹性元件是于该球形体推动该第二测量结构时产生弹性恢复力，该Z轴测量装置还包含一第三线性轨道及一第三弹性元件，该第三线性轨道沿Z轴方向设置于该第二固定柱上，且供该第三测量结构滑动，该第三弹性元件是于该球形体推动该第三测量结构时产生弹性恢复力。
9.如权利要求8所述的三维测量装置，其中该第一连接部包含一第一容...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵启焕，徐志铭，张启舜，张弘昇，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：