[发明专利]基于相机的自动对准的系统和方法

说明书

相关申请案

相关申请的交叉引用

本申请要求下列申请的优先权：Stefan Rueckl于2012年10月5日提交的标题为“自动对准的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT)”的美国临时专利申请号61/710,612；Stefan Rueckl等人于2012年12月21日提交的标题为“自动对准的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT)”的美国临时专利申请号61/745,252；以及Stefan Rueckl等人于2013年3月5日提交的标题为“自动对准的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR AUTO-ALIGNMENT)”的美国临时专利申请号61/772,971，这些申请各自为了达到所有目的以引用的方式整体并入本文。本申请涉及Stephan Otts于2013年10月4日提交的标题为“基于激光的自动对准的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR LASER-BASED AUTO ALIGNMENT)”的美国专利申请号_________(尚未分配申请号)，所述申请为了达到所有目的以引用的方式整体并入本文。

背景技术

当实验室自动化系统(LAS)被安装在客户现场时，服务技术员对准系统的元件，例如，框架、机械臂的XY台架、以及工作表面上的抽屉，以使机械臂能够精确地夹持样品管并将样品管从一个位置转移到另一个位置。通常，手动完成机械臂与工作空间的对准。手动对准是缓慢而昂贵的方法，特别是在可能包括每个必须被单独对准的几个机械臂的复杂的LAS上更是如此。另外，手动对准有可能将人为错误引入每个对准。自动对准方法允许更少的服务技术员在更短的时间内安装和对准更多的LAS，并且由于人为错误造成的不正确的对准的风险更小。

在典型的LAS中，每个机械臂被固定在工作表面上方的台架，工作表面可以包括例如架子中的试管，其可以被移动到工作表面上的不同的位置或者工具。例如，将试管从分配架移动到离心机适配器。夹持运动需要精确，以避免各种问题。例如，如果机械臂无法夹持管，或者如果机械臂成功地夹持所选管，但由于未对准而破坏了管。常规的手动对准可能包括各种步骤，诸如通过手或者使用外部驱动电机将夹持器臂手动定位到工作表面上的几个不同的位置。另外，对于工作表面上的架子或者抽屉，需要单独对准机械臂。服务技术员手动对准的这个程序可能每个机械臂需要花费几个小时到一天时间。

本发明的实施例解决这些和其他问题。

发明内容

本文公开根据实施例的一种自动对准方法和相关技术布置，以在实验室自动化系统(LAS)内校准和/或对准机械臂与夹持器单元。

在基于相机的对准系统中，相机可以在夹持器单元的位置附接到XYZ机器人以允许机械臂获取在夹持器位置下面的工作表面的图像。通过在安装期间对准相机的光轴与机械臂的轴，可以在安装相机时执行相机和机械臂的对准。然而，准确地安装相机，并且确保相机不改变位置，可能在涉及多个机械臂的复杂系统中成本过高。因此，利用相机的自动对准程序可以降低与将相机精确地附接到机械臂相关联的生产成本，以及提供在相机的位置移动或者以其他方式变得未对准的情况下重新对准相机-机械臂系统的现成的方法。

根据实施例，一种基于相机的自动对准方法可以包括通过机械臂的夹持器单元来夹持第一校准工具。连接到夹持器单元的相机可以捕获第一校准工具的图像。可以在两个大致平行轴上对准夹持器单元和相机单元。可以分析图像以校准相机视场轴与夹持器轴，从而提供机械臂的XY校准。通过使用提供在第二校准工具上的地标来光学校准，和/或通过将夹持器单元向工作表面移动直到夹持器单元与工作表面接触并停止，可以在Z轴上校准夹持器单元。一旦相机被校准，就可以使用相机来识别在工作表面上的已知位置的一个或多个地标，以对准机械臂与工作表面。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的XYZ机器人的相机-夹持器布置。

图2示出根据本发明的实施例的用于基于相机的自动对准的多个地标设计。

图3示出根据本发明的实施例的X-Y校准工具。

图4示出根据本发明的实施例的Z校准工具。

图5示出根据本发明的实施例的实验室自动化系统(LAS)的实例。

图6示出根据本发明的实施例的附接到Z轴壳体的相机单元和夹持器单元。

图7示出根据本发明的实施例的校准XYZ机器人的方法。