CN112584984A - 用于机器人的包括对准传感器的辅助度量位置坐标确定*** - Google Patents

Abstract

机器人使用辅助度量位置坐标确定(SMPD)***。“机器人精度”(例如，用于控制和感测安装在其可动臂结构远端附近的末端工具的末端工具位置)是基于机器人中包括的机器人位置传感器。SMPD***包括成像结构和XY标尺以及用于感测二者间的对准/未对准的对准传感器，以及图像触发部分和处理部分。XY标尺或成像结构中的一个联接到可动臂结构，另一个联接到固定元件(例如，机器人上方的框架)。成像结构采集具有已知对准/未对准的XY标尺图像，该图像用于确定表示末端工具位置的度量位置坐标，精度水平优于机器人精度。

Description

用于机器人的包括对准传感器的辅助度量位置坐标确定***

相关申请的交叉引用

本申请是于2018年9月28日提交的美国专利申请No.16/146,640的部分继续申请，该申请是于2018年8月16日提交的美国专利申请No.16/104,033的部分继续申请，它们的公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开涉及机器人***，更具体地，涉及用于确定机器人的末端工具位置坐标的***。

背景技术

机器人***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式机器人、选择性顺从关节式机器人臂(SCARA)机器人、笛卡尔机器人、圆柱形机器人、球形机器人等。作为可以包括在机器人中的部件的一个例子，SCARA机器人***(例如，其可以是一种关节式机器人***)通常可以具有基座，第一臂部可旋转地连接到基座，第二臂部可旋转地连接到第一臂部的一端。在各种构造中，末端工具可以连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***可以包括位置传感器(例如，旋转编码器)，用于确定/控制臂部的定位以及相应的末端工具的定位。在各种实施方式中，由于受到某些因素(例如，旋转编码器性能与机器人***的机械稳定性相结合，等等)的限制，这样的***可以具有大约100微米的定位精度

美国专利No.4，725，965公开了用于提高SCARA***精度的某些校准技术，该专利在此全文引入作为参考。如‘965专利所述，提供了一种用于校准SCARA型机器人的技术，该机器人包括第一可旋转臂部和携带末端工具的第二可旋转臂部。校准技术与这样的事实有关，即SCARA机器人可以使用运动学模型来控制，当精确时，该运动学模型允许臂部以第一和第二角度结构放置，在第一和第二角度结构处，由第二臂部承载的末端工具保持在相同的位置。为了校准运动学模型，臂部被放置在第一结构中，以将末端工具定位在固定基准点上方。然后，臂部被放置在第二角度结构中，以名义上将末端工具定位为再次与基准点对准。当臂部从第一角度结构切换到第二角度结构时，运动学模型中的误差根据末端工具的位置从基准点的移动来计算。然后根据计算的误差对运动学模型进行补偿。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，校准技术可以包括使用某些摄像头。例如，在一个实施方式中，基准点可以是固定电视摄像头的观看区域中心(即，位于末端工具下方的地面上)，并且当链路从第一结构切换到第二结构时，摄像头的输出信号可以被处理为确定末端工具的位置从摄像头的观看区域中心的偏移。在另一个实施方式中，第二臂部可以携带摄像头，并且该技术可以开始于将臂部放置在第一角度结构中，在该第一角度结构处，在臂部之间测量第二预定内角，以将由第二臂部携带的摄像头直接置于固定基准点上方的中心。臂部然后被放置在第二角度结构中，在该第二角度结构中，在臂部之间测量等于第二预定内角的内角，以名义上将摄像头再次定心在基准点上方。然后，在将臂部从第一角度结构切换到第二角度结构时，摄像头的输出信号被处理以确定基准点的位置偏移，如摄像头所见。摄像头已知位置的误差随后根据摄像头看到的基准点位置的偏移来确定。然后，作为校准过程的一部分，重复这些步骤，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***，但是在某些应用中，利用这样的技术可能不太理想(例如，这可能需要大量的时间和/或可能在某些操作期间不能为机器人的所有可能的方位提供期望的精度水平，等等)。可以提供关于这些问题的改进(例如，用于在工件测量和其他过程期间增加位置确定的可靠性、可重复性、速度等等)的机器人***将是理想的。

发明内容

提供该概述是为了以简化的形式介绍将在下面的详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

提供了一种辅助度量位置坐标确定***，用于与作为机器人***一部分的机器人结合使用。机器人(例如，关节型机器人、SCARA机器人、笛卡尔机器人、圆柱机器人、球形机器人等)包括可动臂结构和运动控制***。可动臂结构包括位于可动臂结构远端附近的末端工具安装结构。机器人被配置为让可动臂结构运动，以便在末端工具工作空间中沿着至少两个维度让安装到末端工具安装结构的末端工具的至少一部分运动。运动控制***被配置为至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)来感测和控制可动臂结构的位置，以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具的测量点位置或末端工具位置。

辅助度量位置坐标确定***包括第一成像结构、XY标尺、具有至少一个对准传感器的操作对准子***、图像触发部分和度量位置坐标处理部分。第一成像结构包括第一摄像头并具有光轴线。在各种实施方式中，操作对准子***可以进一步包括操作对准致动器结构，如下文更详细描述的。XY标尺包括名义上平面的基板和分布在基板上的多个相应可成像特征，其中各自的可成像特征位于XY标尺上各自已知的XY标尺坐标处。标尺平面可以被定义为与XY标尺的平面基板名义上重合，并且垂直于标尺平面的方向可以被定义为标尺成像轴线方向。对准传感器位于第一摄像头附近，并且相对于第一摄像头以刚性结构安装，并且对准传感器被配置为提供表示标尺成像轴线方向的对准信号。图像触发部分被配置为输入与末端工具的测量点位置或末端工具位置相关的至少一个输入信号，并基于该至少一个输入信号确定第一成像触发信号的正时，并将第一成像触发信号输出到第一成像结构。第一成像结构被配置为响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺的数字图像。度量位置坐标处理部分被配置为输入所采集图像，并识别包括在所采集的XY标尺的图像中的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。在各种实施方式中，XY标尺可以是增量标尺或绝对标尺。

在操作对准子***包括操作对准致动器结构的各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***结构配置为使得，XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到操作对准致动器结构，该操作对准致动器结构联接到可动臂结构或作为其一部分。XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件。XY标尺或第一成像结构中固定的那个定义了第一参考位置。

在这样的实现中，机器人***被配置为操作该操作对准子***和所述操作对准致动器结构，以基于对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准，从而提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构，其中XY标尺和第一成像结构被布置使得，第一成像结构的光轴线平行于方向并且标尺平面位于沿着标尺成像轴线方向的第一成像结构的聚焦范围内。

在这样的实施方式中，辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，当XY标尺或第一成像结构中可动的那个和XY标尺或第一成像结构中固定的那个被布置在操作结构中，并且可动臂结构被定位成XY标尺处于第一成像结构的视场中时，所述度量位置坐标处理部分可操作为基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置来确定度量位置坐标，按比机器人精度更好的精度水平，所述度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置。经确定度量位置坐标给出在图像采集时末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。

在这样的实施方式中，操作对准致动器结构可以至少包括第一旋转元件，该第一旋转元件绕第一旋转轴线旋转，如果XY标尺是可动的那个，则所述第一旋转轴线名义上平行于所述标尺平面，如果所述第一成像结构是可动的那个，则所述第一旋转元件名义上垂直于所述光轴线。操作对准致动器结构可以进一步至少包括第二旋转元件，所述第二旋转元件围绕名义上垂直于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。根据在此使用的惯例，被取向成成使得二者的方向矢量的点积为零的两个轴线将被理解为正交的，而不管它们是否相交。在一些这样的实施方式中，第一和第二旋转元件可以被包括在可动臂结构中。在其他这样的实施方式中，第一和第二旋转元件可以包括在离散的操作对准致动器结构中，所述操作对准致动器结构位于所述可动臂结构的远端附近。

在操作对准子***不包括操作对准致动器结构的各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***结构配置为使得，XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到联接到可动臂结构。XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件。XY标尺或第一成像结构中固定的那个定义了第一参考位置。

在这样的实施方式中，机器人***被配置为提供辅助度量位置坐标确定***的至少名义操作结构，其中在名义操作结构中，XY标尺或第一成像结构中的至少一个被布置成使得第一成像结构的光轴线名义上平行于标尺成像轴线方向的方向(例如基于机器人精度)，并且使得标尺平面沿着标尺成像轴线方向位于第一成像结构的聚焦范围内。机器人***还被配置为操作所述操作对准子***，以确定光轴线和标尺成像轴线之间的残余未对准，如由对准传感器提供的对准信号所指示的(例如，具有比机器人精度更好的精度)。

在这样的实施方式中，辅助度量位置坐标确定***可以被配置为使得，当XY标尺或第一成像结构中可动的那个和XY标尺或第一成像结构中固定的那个被布置在名义操作结构中，并且可动臂结构与XY标尺一起被定位在第一成像结构的视场中时，度量位置坐标处理部分可操作为在图像采集时间采集XY标尺的数字图像，并且确定相应的残余未对准。基于所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置和相应的残余未对准，辅助度量位置坐标确定***随后可以确定第一组度量位置坐标，该第一组度量位置坐标指示XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置，至少对于第一组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。度量位置坐标处理部分还可以被配置为，基于第一组度量位置坐标和相应的残余未对准，确定第二组度量位置坐标，该第二组度量位置坐标给出在图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于第二组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度的。

在各种实施方式中，对准传感器可以被配置为向XY标尺输出对准光束，并且在对准传感器的位置敏感检测器上从其接收反射的对准光束，并且基于来自位置敏感检测器的至少一个输出来提供对准信号。

在各种实施方式中，XY标尺或第一成像结构中可动的那个配置为与末端工具安装结构和/或安装到末端工具安装结构的末端工具中的至少一个成刚性关系。

在各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***被配置为，基于经确定度量位置坐标和末端工具的测量点位置或末端工具位置与XY标尺或第一成像结构中可动的那个之间的已知坐标位置偏移，来确定图像采集时末端工具的测量点位置或末端工具位置的度量位置坐标，所述度量位置坐标指示XY标尺或第一成像结构中可动的那个的相对位置。

在各种实施方式中，机器人被配置为在平行于标尺平面的平面中移动末端工具和XY标尺或第一成像结构中可动的那个，同时辅助度量位置坐标确定***处于操作结构。

在各种实施方式中，机器人***可以以机器人位置坐标模式或辅助度量位置坐标模式操作。机器人位置坐标模式可以对应于机器人的独立和/或标准操作模式(例如，机器人独立操作的模式，例如当辅助度量位置坐标确定***未被激活或未被提供时)。在机器人位置坐标模式中，以定义为机器人精度的精度水平(即，利用机器人中包括的位置传感器)来控制和确定机器人运动和相应的末端工具的测量点位置或末端工具位置。相反地，在辅助度量位置坐标模式中，可以确定度量位置坐标，其给出在图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度(例如，优于机器人中包括的位置传感器的精度)。在各种实施方式中，确定的位置信息(例如，给出相对位置的确定的度量位置坐标、末端工具位置的所确定度量位置坐标或末端工具的测量点位置和/或其他相关的所确定位置信息)随后可以用于执行指定的功能(例如，作为工件测量的一部分、机器人的定位控制等)。

附图说明

图1是机器人***的第一示例性实施方式的框图，该机器人***包括关节型机器人和辅助度量位置坐标确定***，该辅助度量位置坐标确定***包括根据本文公开的原理的操作对准子***的第一示例性实施方式；

图2A是类似于图1的机器人***的机器人***的第二示例性实施方式的轴测图，其中第一成像结构和操作对准子***的对准传感器联接到固定元件；

图2B是图2A的机器人***的轴测图，示出了对准传感器可能指示的某些误差；

图3A是机器人***的第三示例性实施方式的轴测图，其中XY标尺联接到固定元件，并且操作对准子***的第一成像结构和对准传感器联接到移动元件；

图3B是图3A的机器人***的轴测图，示出了对准传感器可能指示的某些误差；

图4是增量XY标尺的示例性实施方式的轴测图；

图5是绝对XY标尺的示例性实施方式的轴测图；

图6是示出了用于操作机器人***的例程的第一示例性实施方式的流程图，该机器人***包括机器人和本文公开的辅助度量位置坐标确定***；

图7是示出用于确定末端工具位置的例程的第一示例性实施方式的流程图，其中在运动正时的第一部分期间可以使用机器人位置传感器，并且在运动正时的第二部分期间可以使用辅助度量位置坐标确定***的经确定相对位置；

图8是机器人***的第四示例性实施方式的框图，该机器人***包括关节型机器人和辅助度量位置坐标确定***，该辅助度量位置坐标确定***包括根据本文公开的原理的操作对准子***的第二示例性实施方式；

图9是类似于图8的机器人***的机器人***的第五示例性实施方式的一部分的轴测图，包括关节型机器人，其中第一成像结构和操作对准子***的对准传感器联接到固定元件，对准传感器控制位于移动元件上的XY标尺的操作对准；

图10是包括关节型机器人的机器人***的第六示例性实施方式的一部分的轴测图，其中第一成像结构和操作对准子***的对准传感器联接到移动元件，对准传感器控制第一成像结构相对于位于固定元件上的XY标尺的操作对准；

图11是示出用于操作机器人***的例程的第二示例性实施方式的流程图，该机器人***包括机器人和本文公开的辅助度量位置坐标确定***；

图12是示出类似于图2A和2B的机器人***的机器人***的一部分实施方式的轴测图，其中XY标尺和对准传感器以及操作对准子***的对准致动器结构联接到移动元件，并且对准传感器和对准致动器用于控制XY标尺相对于位于固定元件上的成像结构的操作对准；

图13是示出类似于图2A和2B的机器人***的机器人***的一部分实施方式的轴测图，其中成像结构和操作对准子***的对准传感器和对准致动器结构联接到运动元件，并且对准传感器和对准致动器用于控制成像结构相对于位于固定元件上的XY标尺的操作对准；和

图14是根据本文公开的原理的可用于操作对准子***的各种实施方式中的对准传感器的第一示例性结构的图。

具体实施方式

图1是机器人***100的第一示例性实施方式的框图，机器人***100包括关节型机器人110和辅助度量位置坐标确定***150。辅助度量位置坐标确定***150被示为包括操作对准子***OAS的第一示例性实施方式，该操作对准子***OAS包括连接到操作对准子***处理电路/例程190的至少一个对准传感器ASen，如下面更详细描述的。

关节型机器人110包括第一和第二臂部120和130、第一和第二旋转关节125和135、位置传感器SEN和EN2、末端工具结构ETCN和机器人运动控制和处理***140。第一臂部120在第一臂部120的近端PE1处安装到第一旋转关节125。第一旋转关节125(例如，位于支撑基部BSE的上端)具有沿z轴线方向对准的旋转轴线RA1，使得第一臂部120在垂直于z轴线的x-y平面中围绕第一旋转关节125运动。第二旋转关节135位于第一臂部120的远端DE1。第二旋转关节135的旋转轴线RA2名义上沿z轴线方向对准。第二臂部130在第二臂部130的近端PE2处安装到第二旋转关节135，使得第二臂部130在名义上垂直于z轴线的x-y平面中围绕第二旋转关节135运动。在各种实施方式中，位置传感器SEN和EN2(例如，旋转编码器)可用于分别确定第一和第二臂部120和130围绕第一和第二旋转关节125和135的角位置(即，在x-y平面中)。

在各种实施方式中，末端工具结构ETCN可以包括Z运动机构ZMM、Z臂部ZARM、位置传感器EN3和联接到末端工具ETL的末端工具联接部分ETCP。在各种实施方式中，末端工具ETL可以包括末端工具感测部分ETSN和带有测量点MP(例如，用于接触工件WP的表面)的末端工具触针ETST。Z运动机构ZMM位于第二臂部130的远端DE2附近。Z运动机构ZMM(例如，线性致动器)被配置为在Z轴线方向上让Z臂部ZARM上下移动。在一些实施方式中，Z臂部ZARM还可以被配置为围绕平行于Z轴线方向的轴线旋转。在任何情况下，末端工具ETL联接在末端工具联接部分ETCP，并且具有带有相应坐标(例如，x、y和z坐标)的相应末端工具位置ETP。在各种实施方式中，末端工具位置ETP可以对应于或接近于Z形臂部ZARM的远端DE3(例如，在末端工具联接部分ETCP处或附近)。

运动控制***140被配置为以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具ETL的末端工具位置ETP。更具体地，运动控制***140通常被配置为，至少部分地基于使用位置传感器SEN和EN2分别感测和控制第一和第二臂部120和130围绕第一和第二旋转关节125和135的角位置(即，在x-y平面中)，以按照机器人精度来控制末端工具位置ETP的x和y坐标。在各种实施方式中，运动控制和处理***140可以包括第一和第二旋转关节控制和感测部分141和142，其可以分别从位置传感器SEN和EN2接收信号，用于感测第一和第二臂部120和130的角位置，和/或可以在第一和第二旋转关节125和135中提供控制信号(例如，向马达等)，用于旋转第一和第二臂部120和130。

此外，运动控制***140通常被配置为，至少部分地基于使用Z运动机构ZMM和位置传感器EN3来感测和控制Z臂部ZARM的线性位置(即，沿着z轴线)，以按照机器人精度来控制末端工具位置ETP的z坐标。在各种实施方式中，运动控制和处理***140可以包括Z运动机构控制和感测部分143，其可以从位置传感器EN3接收信号以感测Z臂部ZARM的线性位置，和/或可以向Z运动机构ZMM(例如，线性致动器)提供控制信号，以控制Z臂部ZARM的z位置。

运动控制和处理***140也可以从末端工具感测部分ETSN接收信号。在各种实施方式中，末端工具感测部分ETSN可以包括与用于感测工件WP的末端工具ETL的操作相关的电路和/或结构。如下文将更详细描述的，在各种实施方式中，末端工具ETL(例如，接触探针、扫描探针、摄像头等)可用于接触或以其他方式感测工件WP上的表面部位/位置/点，对于这些表面本文/位置/点，各种相应的信号可由末端工具感测部分ETSN接收、确定和/或处理，该末端工具感测部分可向运动控制和处理***140提供相应的信号。在各种实施方式中，运动控制和处理***140可以包括末端工具控制和感测部分144，其可以向末端工具感测部分ETSN提供控制信号和/或从末端工具感测部分ETSN接收感测信号。在各种实施方式中，末端工具控制和感测部分144和末端工具感测部分ETSN可以合并和/或不可区分。在各种实施方式中，第一和第二旋转关节控制和感测部分141和142、Z运动机构控制和感测部分143以及末端工具控制和感测部分144都可以向机器人位置处理部分145提供输出和/或从机器人位置处理部分145接收控制信号，机器人位置处理部分145可以作为机器人运动控制和处理***140的一部分来控制和/或确定关节型机器人110的整体定位和相应的末端工具位置ETP。

在各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***150可以包括在关节型机器人110中或以其他方式添加到关节型机器人110中(例如，作为用于添加到现有关节型机器人110的改型结构的一部分，等等)。通常，辅助度量位置坐标确定***150可以用于为末端工具位置ETP的确定提供改进的精度水平。更具体地，如下文将更详细描述的，辅助度量位置坐标确定***150可用于确定相对位置，该相对位置给出末端工具位置ETP的度量位置坐标，至少对于垂直于z轴线的x-y平面中的x和y度量位置坐标，精度水平优于机器人精度。

如图1所示，辅助度量位置坐标确定***150包括第一成像结构160、XY标尺170、图像触发部分181和度量位置坐标处理部分185。第一成像结构160联接到固定元件STE。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括布置在关节型机器人110的可操作工作空间OPV的至少一部分上方的框架，并且为此第一成像结构160固定到可操作工作空间OPV的一部分上方的框架。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括一个或多个结构支撑元件SSP(例如，从地板、顶棚等延伸)，用于将固定元件STE相对于关节型机器人110保持在固定位置(例如，具有固定位置和/或取向)。

第一成像结构160包括第一摄像头CAM1，并且具有平行于z轴线对准的光轴线OA1(例如，基于机器人精度名义上对准，或者基于对准传感器信号更好地对准)。第一成像结构160沿着其光轴线OA1具有有效聚焦范围REFP。在各种实施方式中，范围REFP可以由第一和第二有效聚焦位置EFP1和EFP2限定，这将在下面更详细地描述。在给定时间，第一成像结构160具有落在REFP范围内的有效聚焦位置EFP。在使用可变焦距(VFL)透镜的实施方式中，范围REFP可以对应于VFL透镜的聚焦范围。

在各种实施方式中，所使用的VFL透镜可以是可调声学梯度折射率(TAG)透镜。关于这种TAG透镜的一般操作，在各种实施方式中，透镜控制器(例如，如包括在第一成像结构控制和图像处理部分180中的)可以周期性地快速调整或调制TAG透镜的光功率，以实现高速TAG透镜，其能够进行250kHz、70kHz或30kHz等的周期性调制(即，在TAG透镜谐振频率下)。在这样的结构中，第一成像结构160的有效聚焦位置EFP可以在范围REFP(例如，自动聚焦搜索范围)内(快速)移动。有效聚焦位置EFP1(或EFPmax)可以对应于TAG透镜的最大光功率，有效聚焦位置EFP2(或EFPmin)可以对应于TAG透镜的最大负光功率。在各种实施方式中，范围REFP的中间可以被指定为EFPnom，并且可以对应于TAG透镜的零光功率。

在各种实施方式中，可以有利地选择这样的VFL透镜(例如，TAG透镜)和相应的范围REFP，使得该结构能限制或消除对第一成像结构160的宏观机械调整和/或组件之间距离调整的需要，以便改变有效聚焦位置EFP。例如，在第二臂部130的远端DE2处可能出现未知量的倾斜或“下垂”(例如，由于第一和第二臂部120和130的重量和/或特定取向等)的实施方式中，从第一成像结构160到XY标尺170的精确聚焦距离可能是未知的和/或可能随着臂的不同取向而变化。在这样的结构中，可能希望使用能够扫描或以其他方式调整有效聚焦位置EFP的VFL透镜，以确定并精确聚焦在XY标尺170上。

在各种实施方式中，XY标尺170包括名义上平面的基板SUB(如图4所示)。标尺平面可以被定义为名义上与平面基板SUB重合，并且垂直于标尺平面的方向可以被定义为标尺成像轴线方向SIA。在所示的实施方式中，XY标尺170在操作结构中对准，其中标尺成像轴线方向SIA至少名义上与第一成像结构160的光轴线OA1对准(即，平行)。

在一些实施方式中，可以省略(或不使用)操作对准子***OAS的操作对准致动器结构AAct，并且对于关节型机器人110的一个或多个姿态(例如基于机器人精度)，标尺成像轴线方向SIA简单地名义上与光轴线OA1和/或z轴线对准。应当理解，这种对准是“被动的”或开环的，并且可能遭受与小的下垂/倾斜失准角MisAng(例如，如图2B所示)相关联的小对准误差，这是基于或由于针对图1所示关节型机器人110的各种姿态，机器人精度和/或由重力导致的不可避免的机器人变形所造成的。根据本文使用的惯例，在本文概述的各种实施方式中，这种小的对准误差可被认为落入“名义”操作结构的定义和/或“名义”对准的定义内。

然而，在其他实施方式中，操作对准致动器结构AAct(例如，图1所示的离散操作对准致动器结构AAct)被包括在操作对准子***OAS中并被使用。在这样的实施方式中，基于来自对准传感器(其相对于光轴线OA1具有已知和/或稳定的对准)的信号，在关节式机器人110的操作期间的任何期望的时间，操作对准致动器结构AAct可以针对关节式机器人110的一个或多个姿态来主动地将标尺成像轴线方向SIA与光轴线OA1对准。应当理解，这种对准是主动的或闭环的，并且在关节型机器人110的操作期间的任何期望的时间，根据上述小下垂/倾斜失准角MisAng的小对准误差可以被主动校正。在示出的实施方式中，可以通过使用在对准控制部分192中生成的对准控制信号ACont来主动校正对准误差，以控制离散操作对准致动器结构AAct，从而基于由对准传感器ASen提供的对准信号Asig来调整可动XY标尺170的对准，以提供XY标尺170和第一成像结构160的操作结构，其中光轴线OA1和标尺成像轴线方向SIA被布置为平行，如对准信号Asig所示。

如前所述，在图1所示的实施方式中，操作对准子***OAS包括对准传感器ASen、离散操作对准致动器AAct和操作对准子***处理电路/例程190。操作对准子***处理电路/例程190包括至少一个对准信号处理部分191，其可以提供信号处理，该信号处理可以为对准传感器Asen的对准信号Asig提供初级信号调节和/或校正，和/或提供一种分析，其能确定与对准信号Asig对应的未对准角度/矢量或残余未对准角度/矢量，如下面更详细描述的。

在操作对准子***OAS包括某种形式的操作对准致动器AAct的实施方式中，操作对准子***处理电路/例程190可以进一步包括对准控制部分192，该对准控制部分192通常被配置为基于由对准传感器ASen提供的对准信号Asig来调整XY标尺或第一成像结构中的可动那个的对准，以提供XY标尺和第一成像结构的操作结构，其中第一成像结构的光轴线(例如OA1)和标尺成像轴线方向SIA被布置为平行，如对准信号Asig所指示的(例如如上所述。

应当理解，图1所示和上面概述的操作对准子***处理电路/例程190的结构仅仅是示例性的，而不是限制性的。在各种实施方式中，对准子***处理电路/例程190的各种部分可以位于外部控制***ECS之外(例如在操作对准传感器ASen中)，或者可以与辅助度量位置坐标确定***150的其他部分(例如部分185和/或187)合并和/或不可区分。在一些实施方式中，操作对准子***处理电路/例程190可以与机器人运动和控制处理***140交换位置和/或对准信息和/或控制信号，如虚线193所示，以便实现本文公开的各种操作原理或特征。根据本文公开的原理的各种操作对准子***OAS的前述和其他方面将参考下面的附加附图进行更详细的描述。

XY标尺170可以包括分布在基板SUB上的多个相应可成像特征。相应可成像特征位于XY标尺170上相应的已知x和y标尺坐标处。在各种实施方式中，XY标尺170可以是增量标尺或绝对标尺，如下参考图4和5所述。

在各种实施方式中，图像触发部分181和/或度量位置坐标处理部分185可以被包括作为外部控制***ECS的一部分(例如，作为外部计算机的一部分，等等)。图像触发部分181可以被包括作为第一成像结构控制和处理部分180的一部分。在各种实施方式中，图像触发部分181被配置为输入与末端工具位置ETP相关的至少一个输入信号，并基于该至少一个输入信号确定第一成像触发信号的正时，并将第一成像触发信号输出到第一成像结构160。在各种实施方式中，第一成像结构160被配置为响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺170的数字图像。在各种实施方式中，度量位置坐标处理部分185被配置为输入所采集图像，并识别包括在XY标尺170的所采集图像中的至少一个相应的可成像特征和有关相应已知XY标尺坐标位置。在各种实施方式中，外部控制***ECS还可以包括标准机器人位置坐标模式部分147和辅助度量位置坐标模式部分187，用于实施相应的模式，这将在下面更详细地描述。

在各种实施方式中，第一成像结构160可以包括周期性地(例如，以设定的定时间隔)激活摄像头CAM1的图像积分的组件(例如，子电路、例程等)，对于该组件，第一成像触发信号可以激活闪光灯定时或其他机制，以有效地冻结运动并相应地确定积分周期内的曝光。在这样的实施方式中，如果在积分周期期间没有接收到第一成像触发信号，则可以丢弃所得图像，其中如果在积分周期期间接收到第一成像触发信号，则可以保存和/或以其他方式处理/分析所得图像以确定相对位置，这将在下面更详细地描述。

在各种实施方式中，不同类型的末端工具ETL可以提供能针对图像触发部分181使用的不同类型的输出。例如，在末端工具ETL是用于测量工件并且当其接触工件时输出接触信号的接触探针的实施方式中，图像触发部分181可以被配置为输入该接触信号或者从其导出的信号，作为确定第一成像触发信号的正时所基于的至少一个输入信号。作为另一个例子，在末端工具ETL是用于测量工件并提供与相应采样正时信号对应的相应工件测量采样数据的扫描探针的实施方式中，图像触发部分181可以被配置为输入该相应采样正时信号或从其导出的信号，作为该至少一个输入信号。作为另一个例子，在末端工具ETL是用于提供与相应工件图像采集信号对应的相应工件测量图像的摄像头的实施方式中，图像触发部分181可以被配置为输入该工件图像采集信号或从其导出的信号，作为该至少一个输入信号。

在图1的示例性实施方式中，辅助度量位置坐标确定***150被配置为让XY标尺170联接到第二臂部130(其接近第二臂部130的远端DE2)和如第一成像结构160联接到固定元件STE(例如，布置在关节式机器人110上方的框架)并限定第一参考位置REF1。在替代实施方式中(例如，如下面将参考图3更详细描述的那样)，辅助度量位置坐标确定***可以被配置为让第一成像结构160联接到第二臂部130(其靠近第二臂部130的远端DE2)，并且让XY标尺170联接到固定元件STE，并且限定第一参考位置REF1。

在任一情况下，如将在下面更详细描述的，XY标尺170沿着z轴线的位置在第一成像结构160的聚焦范围内(例如，聚焦位置可以通过VFL透镜或其他方式来调整)，并且辅助度量位置坐标确定***150被配置为使得，度量位置坐标处理部分185可操作为，基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置，按照优于机器人精度的精度水平，确定XY标尺170或第一成像结构160中的可动那个与第一参考位置REF1之间的相对位置(例如，包括x和y坐标)。经确定相对位置给出在图像采集时末端工具位置ETP的度量位置坐标，至少对于在垂直于z轴线的x-y平面中的x和y度量位置坐标，精度水平优于机器人精度。在各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***150可以被配置为，基于经确定相对位置和末端工具位置ETP和XY标尺170或第一成像结构160中可动那个个之间的已知坐标位置偏移(x和y坐标偏移)，来确定末端工具位置ETP在图像采集时间的度量位置坐标。应当理解，这种***可能比各种替代***具有某些优势。例如，在各种实施方式中，诸如本文公开的***与利用诸如激光***或摄影测量之类的技术来跟踪机器人运动/位置的替代***相比可以更小和/或更便宜，并且在一些实施方式中还可以具有更高的精度。所公开的***也不占用或遮蔽可操作的工作空间OPV的任何部分，例如可替换的***，其可以包括在地面或平台上的标尺或基准，或者在工件可以***作和/或检查的同一区域(例如，可操作的工作空间)中的标尺或基准，等等。

图2A和2B是类似于图1的机器人***100的机器人***200的第二示例性实施方式的轴测图，其中第一成像结构160和操作对准子***OAS的对准传感器ASen联接到固定元件STE(例如，图1的固定元件STE)。图2B是图2A的机器人***的轴测图，示出了对准传感器ASen可能指示的某些误差。

应当理解，图2A和2B的某些编号的组件(例如，1XX或2XX)可以对应于和/或具有与图1的相同或相似编号的对应组件(例如，1XX)相似的操作，并且可以被理解为与其相似或相同，并且可以通过类比来理解，如下所述。指示具有相似和/或相同设计和/或功能的元件的编号方案也适用于本文中包括相同或相似编号的对应部件的各种其他附图。在某些情况下，在后面的附图中，明显相似或相同的元件的附图标记被省略，以避免视觉混乱，并且更清楚地显示和强调在那些后面的附图中引入的新的或不同的元件。这种相似或相同的元件可以在各种附图中被认识到，并且可以通过类似于前面的描述来理解，除非描述或上下文另有指示。

在图2A和2B的结构中，省略了图1所示的操作对准致动器结构，并且XY标尺170在第二臂部130的远端DE2附近联接到第二臂部130。在各种实施方式中，如上文参照图1所述，与第一成像结构160联接的固定元件STE可以包括布置在关节型机器人110上方的框架。在各种实施方式中，可以指定不同的参考轴线和线来参考关节型机器人110的部件的特定运动、坐标和角度。例如，第一和第二臂部120和130可以各自分别具有指定的水平中心线CL1和CL2，其向下穿过相应臂部的中心。角度A1可以被指定为出现在第一臂部120的中心线CL1和x-z平面之间(例如，根据第一旋转关节125围绕第一旋转轴线RA1的旋转量)。角度A2可以被指定为出现在第一臂部120的水平中心线CL1和第二臂部130的水平中心线CL2之间(例如，根据第二旋转关节135绕第二旋转轴线RA2的旋转量)。

在各种实施方式中，末端工具构造ETCN可以在第二臂部130的远端DE2附近联接到第二臂部130，并且可以被指定为具有末端工具ETL的末端工具轴线EA，该末端工具轴线EA名义上与第二臂部130的中心线CL2相交，并且为此，末端工具轴线EA通常可以被假设为平行于旋转轴线RA2和z轴线。在各种实施方式中，末端工具轴线EA穿过末端工具位置ETP，并且具有相对于XY标尺170的已知坐标位置偏移(即，对于x和y坐标)。相应地，在末端工具位置ETP和XY标尺170之间可能存在已知的坐标位置偏移。例如，XY标尺170可以具有指定的参考点(例如，在XY标尺170的中心或边缘处)，该参考点在x-y平面中相对于末端工具轴线EA且相应地相对于末端工具位置ETP具有已知的坐标位置偏移(例如，已知的距离)。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的x偏移和已知的y偏移来表示。

在各种实施方式中，末端工具位置ETP和XY标尺170之间的已知坐标位置偏移可以用作确定末端工具位置ETP的度量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，辅助度量位置坐标确定***150可以被配置为使得，基于确定所采集图像中所识别的(即，XY标尺170的)至少一个相应可成像特征的图像位置，度量位置坐标处理部分185操作为确定XY标尺170和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构160定义)之间的相对位置。辅助度量位置坐标确定***150还可以被配置为，基于经确定相对位置以及末端工具位置ETP与可动XY标尺170之间的已知坐标位置偏移来确定末端工具位置ETP的度量位置坐标。在一个特定的示例实施方式中，已知坐标位置偏移(例如，以已知x偏移和已知y偏移表示)可以被添加到或以其他方式组合到经确定相对位置，以便确定末端工具位置ETP的度量位置坐标。

作为一个特定的示例位置坐标结构，XY标尺170可以被指定为在X0，Y0，Z0(例如，对于原点位置来说，它们可以具有0，0，0的值)处具有参考位置(例如，原点位置)。在这样的结构中，参考位置REF1(即，如由固定的第一成像结构160定义的)可以在X1、Y1、Z1的相对坐标处，并且对应的视场FOV1(例如，对应于所采集图像)的中心可以在X1、Y1、Z0的相对坐标处。从XY标尺170延伸的x-y平面中的末端工具轴线EA的位置可以被指定为具有X2、Y2、Z0的相对坐标。末端工具位置ETP可以被指定为具有X2、Y2、Z2的坐标。在各种实施方式中，末端工具ETL可以具有测量点MP(例如，在用于接触工件的末端工具触针ETST的末端)，其可以被指定为具有坐标X3、Y3、Z3。在末端工具ETL的测量点MP相对于末端工具的其余部分不在x或y方向上变化的实施方式中，X3坐标和Y3坐标可以分别等于X2坐标和Y2坐标。

在一个具体的示例性实施方式中，所采集图像可以由度量位置坐标处理部分185分析，以确定相对位置(例如，确定与固定的第一成像结构160的视场FOV1的中心对应的X1，Y1坐标)。这种确定可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行(例如，用于确定摄像头相对于标尺的位置)。这种技术的各种例子在美国专利No.6,781,694；6,937,349；5,798,947；6,222,940；和6，640，008，其中每一篇都在此全文引入作为参考。在各种实施方式中，这种技术可用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺170内)的视场位置(例如，对应于摄像头的位置)。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺170的所采集图像中包括的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定XY标尺170和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构160定义的)之间的相对位置。然后可以根据末端工具位置ETP和XY标尺170之间的已知坐标位置偏移来确定相对X2、Y2坐标(即末端工具位置ETP的坐标)(例如，将x和y位置偏移值加到X1和Y1上，以确定X2和Y2)。

如前所述，图2A和2B示出了一种实施方式，其中第一成像结构160和操作对准子***OAS的对准传感器ASen联接到固定元件STE，并且XY标尺170联接到可动第二臂部130。根据已知方法，对准传感器ASen位于第一摄像头CAM1附近，并且相对于第一摄像头CAM1和第一成像结构160以刚性结构安装。在这种刚性结构中，期望的是让由对准传感器Asen输出的对准光束ABeam与第一成像结构160的光轴线OA1平行或几乎平行地对准。在这种情况下，当对准光束ABeam垂直于XY标尺对准时，标尺成像轴线SIA根据需要平行于光轴线OA1对准，以根据本文公开和要求保护的原理建立期望的操作结构。然而，如果对准光束ABeam和光轴线OA1仅接***行，则实际结果是恒定的偏移误差，这在各种应用中可以是不相关的，或者被补偿。

为了解释，图2A示出了名义操作结构的理想化情况，根据先前在此解释的惯例，该结构是被动或开环对准结构，其中被定义为垂直于XY标尺170的标尺成像轴线SIA，且光轴线OA1在设置过程中被设置为彼此名义上平行，并且此后以结构进行操作。在图示的理想化情况下，机器人***200的各个臂部没有显著的下垂或扭曲，并且一旦建立了期望的操作结构(其中被定义为垂直于XY标尺170的标尺成像轴线SIA平行于光轴线OA1对准)，并且在没有由于下垂或扭曲等导致的任何残余未对准MisAng的情况下，期望的操作结构被保持在图示位置以及机器人***200的其他位置。

对准传感器ASen可以具有任何类型，其适合于在相对于名义或参考方向的残余未对准MisAng(如图2B所示)的有限范围内确定垂直于XY标尺的方向。在所示的实施方式中，期望的操作结构对应于反射的对准光束ABeamR从XY标尺170上的对准反射特征ARF沿着与输出对准光束ABeam相同的路径反射回到对准传感器Asen，以落在对准传感器Asen的检测器上且处于零位或参考位置。这为先前概述的对准信号ASig产生零信号或参考信号值，其表示示没有残余未对准(MisAng＝0)。下面参照图14进一步描述可用于对准传感器ASen的示例性结构。下面参考图4和5进一步描述可用于XY标尺170和对准特征ARF的示例性结构。

应当理解，可动XY标尺相对于末端工具安装结构ETMC、末端工具ETL、(例如末端工具位置ETP)和末端工具ETL的测量点MP以刚性关系结构。因此，XY标尺170和末端工具位置ETP和/或测量点MP之间的坐标偏移是恒定的，并且可以被校准。另外，应当理解，在可由对准传感器Asen定量地指示的残余未对准MisAng的有限范围内，末端工具ETL的残余未对准(例如，未对准角度或向量)可以是已知的，并且末端工具位置ETP和/或测量点MP的相应未对准或误差可以被确定，并且基于所指示的残余未对准至少部分地被校正或补偿，如参考图2B更详细描述的。

图2B示出了与图2A所示相同的结构，除了机器人***200的各种手臂部具有显著的下垂或扭曲(例如几十或几百微米)的非理想化或实际情况。根据先前概述的惯例，该结构仍可被描述为提供名义操作结构，该结构在机器人精度的预期或指定名义范围内提供定位和测量结果(例如，在各种现有技术机器人***中已经预期和/或容许的)。

在图2B所示的实际情况中，机器人***200的各个臂部具有显著的下垂和/或扭曲，这导致XY标尺170偏转到相应的残余未对准MisAng(例如，残余未对准角度)。对于许多实际的机器人***，这种残余未对准MisAng的角度很小，并且XY标尺170可以在Z方向上显著位移，而不会由于残余未对准MisAng而在X和Y方向上显著位移。因此，与图2A相比，光轴线OA1显示为在相同的X和Y坐标(X1，Y1)处与XY标尺相交，但在不同的Z坐标处(Z0'，而不是Z0)。

然而，可以观察到，“接触探针”末端工具ETL的测量点位置MP和末端工具位置ETP在Z方向上显著位移，并且在X和Y方向上显著位移，这是由于残余未对准MisAng的角度与它们各自相对于XY标尺170的标尺平面的偏移LoffEPT和LoffMP相互作用而造成的。可以看出，偏移LoffEPT和LoffMP沿着垂直于标尺平面(和/或名义Z轴线)的方向。偏移可以通过设计或校准得知。本领域的普通技术人员将认识到，测量点位置MP的坐标位移或误差(X3'-X3)可以近似为SIN(MisAngX)*LoffMP，并且(Y3'-Y3)可以近似为SIN(MisAngY)*LoffMP，其中MisAngX和MisAngY分别是XZ和YZ平面中残余未对准MisAng的角度分量。类似地，末端工具位置ETP(X2'-X2)的坐标位移或误差可以分别近似为SIN(MisAngX)*LoffETP，并且(Y2'-Y2)可以近似为SIN(MisAngY)*LoffETP。至少对于该组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个(例如，X和Y坐标))来说，基于残余未对准MisAng的这些经确定坐标位移或误差可用于至少部分地校正或补偿一组度量位置坐标，该组度量位置坐标给出当如上所述地存在残余未对准时末端工具的末端工具位置ETP或测量点位置MP。在一些实施方式中，可以基于由对准传感器ASen指示的残余未对准MisAng以及机器人***200的各种臂部和轴承的已知几何形状和方向以及机械特性(例如，光束特性)来近似与(Z2’-Z2)和/或(Z3’-Z3)相关联的坐标位移或误差。在这样的实施方式中，可能会出现在一组度量位置坐标的Z坐标中的误差也可以基于由对准传感器ASen指示的残余未对准而被至少部分地校正或补偿。在一些实施方式中，可以在操作对准子***OAS的操作中评估残余未对准MisAng的大小，并且如果该大小超过预定阈值(例如，与误差极限相关)，则可以执行与对XY标尺170在视场FOV1上的平移或位移进行补偿或校正相关的操作。例如，基于由对准传感器ASen指示的残余未对准MisAng以及机器人***200的各种臂部和轴承的已知几何形状和方向以及机械特性(例如，光束特性)，可以对由于大的残余未对准引起的XY标尺170的X和Y位移近似。在这样的实施方式中，基于与由对准传感器ASen指示的残余未对准相关的计算，可以至少部分地校正或补偿可能会出现在XY标尺170的可成像特征的X和Y图像位置坐标和/或相应的一组度量位置坐标中的误差。应当理解，是否将这种X和Y图像位置校正包括在一组度量位置坐标中的决定可以基于残余未对准的大小和特定应用中期望的精度来做出，该组度量位置坐标指示XY标尺或第一成像结构中的可动的那个与第一参考位置之间的相对位置。

图3A和3B是与图1的机器人***100和图2A和2B的机器人***200类似的机器人***300的第三示例性实施方式的轴测图，不同的是操作对准子***OAS的第一成像结构160和对准传感器ASen联接到靠近第二臂部130的远端DE2的可动第二臂部130，并且XY标尺170联接到固定元件STE并限定第一参考位置REF1。具体而言，图3B是图3A的机器人***的轴测图，示出了对准传感器ASen可以指示的某些误差。类似于图2A和2B的结构，图1所示的操作对准致动器结构被省略。

如前所述，图3A和3B的某些编号的部件(例如，3XX)可以对应于图1、2A和2B的相同或相似编号的对应部件(例如，1XX、2XX)，并且可以与其相似或相同，并且可以通过类比来理解，如下所述。在某些情况下，在后面的图中明显相似或相同的元件可以省略它们的附图标记，以避免视觉混乱，但是它们可以被理解为前面概述的。

图3A可以通过与图2A的先前描述进行类比来理解许多方面，因此下面仅强调显著的不同。关于图3A，第一成像结构160可以具有指定的参考点(例如，在第一成像结构160的有效透镜位置的中心)，其被示为具有坐标(X1，Y1，Z1)。

类似于图2A，为了解释，图3A示出了名义操作结构的理想化情况，根据先前参考图2A描述的相同惯例，该结构是被动或开环对准结构，其中标尺成像轴线SIA和光轴线OA1被设置为彼此名义上平行，并且此后在该结构中操作。在图示的理想化情况下，机器人***200的各个臂部没有显著的下垂或扭曲，并且保持了期望的名义操作结构。在所示的实施方式中，期望的操作结构对应于反射的对准光束ABeamR，其从XY标尺170上的对准反射特征ARF沿着与输出对准光束ABeam相同的路径反射回到对准传感器Asen，以产生用于先前概述的对准信号ASig的零信号或参考信号值，其表示没有残余未对准(MisAng＝0)，如先前参考图2A所述。

应当理解，可动第一成像结构160和对准传感器ASen相对于彼此以及相对于末端工具安装结构ETMC、末端工具ETL、(例如末端工具位置ETP)和末端工具ETL的测量点MP以刚性关系结构。因此，第一成像结构160的指定参考点与末端工具位置ETP和/或测量点MP之间的坐标偏移是恒定的，并且可以被校准。另外，应当理解，在可由对准传感器Asen定量地指示的残余未对准MisAng的有限范围内，末端工具ETL的残余未对准(例如，未对准角度或矢量)可以是已知的，并且末端工具位置ETP和/或测量点MP的相应未对准或误差可以被确定，并且基于所指示的残余未对准至少部分地被校正或补偿，这可以通过类似于前面参考图2B概述的补偿的类似确定和校正来理解。

图3B示出了与图3A所示相同的结构，除了机器人***300的各种手臂部具有显著的下垂或扭曲量(例如几十或几百微米的量级)的非理想化或实际情况。根据先前概述的惯例，该结构仍可被描述为提供名义操作结构，该结构在机器人精度的预期或指定名义范围内提供定位和测量结果(例如，在各种现有技术机器人***中已经预期和/或容许的)。可以通过与图2B的先前描述进行类比而在许多方面理解图3A，因此下面仅强调显著的不同。

关于图3B，由于残余未对准MisAng，可能会产生额外的误差，这在图2A和2B所示的结构中不存在。具体而言，第一成像结构160的视场FOV1将根据残余未对准MisAng从其期望或参考对准位置(例如，如图3A所示)平移穿过XY标尺170，导致FOV未对准误差。应当理解，第一成像结构160相对于XY标尺170的表观位置(至少在其X，Y坐标方面)通常是基于确定所采集图像中XY标尺170的至少一个相应可识别特征的图像位置来推断的。在缺少关于残余未对准MisAng的信息的情况下，上述FOV未对准误差通常是不可检测的，并且表现为XY标尺170的至少一个相应可识别特征的所确定图像位置中的相应误差。例如，图3A示出当MisAng＝0时，在所采集图像中沿着光轴线OA1定位的比例特征具有与第一成像结构160的指定参考点的位置坐标(X1，Y1)相同的X和Y位置坐标(X1，Y1)。相反，由于图3B所示的残余未对准误差，在所采集图像中沿光轴线OA1定位的标尺特征具有“经平移”的X和Y位置坐标(X1’，Y1’)，其不同于第一成像结构160的指定参考点的实际位置坐标(X1，Y1)，这在基于该所采集图像估计或确定第一成像结构的位置时导致相应误差(FOV未对准误差)。

然而，在可以由对准传感器Asen定量指示的残余未对准MisAng的有限范围内，残余未对准(例如，未对准角度或矢量)可以是已知的，并且可以基于所指示的残余未对准MisAng来确定和至少部分地校正或补偿相应的FOV未对准误差。本领域的普通技术人员将认识到，沿X方向的FOV未对准误差(X1’-X1)可以近似为SIN(MisAngX)*ID，沿Y方向的FOV未对准误差(Y1’-Y1)可以近似为正SIN(MisAngY)*ID，其中MisAngX和MisangY分别是XZ和YZ平面中残余未对准Misang的角度分量。应当理解，至少对于该度量位置坐标组的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向(例如，X和Y坐标)中的至少一个)，基于残余未对准MisAng的这种经确定FOV未对准位移或误差可以用于至少部分地校正或补偿图像位置误差和/或所得到的度量位置坐标组。

应该理解的是，上面刚刚概述的图像位置校正可以与之前概述的以下情况的校正相结合，即由于它们各自的偏移以及残余未对准误差而引起的与末端工具位置ETP和/或测量点MP相关所引发的情况，以确定一组度量位置坐标，该组度量位置坐标指示在图像采集时间的末端工具位置ETP或末端工具的测量点位置，至少对于第二组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。在一些实施方式中，可以基于由对准传感器ASen指示的残余未对准以及机器人***300的各种臂部和轴承的已知几何形状和方向以及机械特性(例如，光束特性)来近似与(Z2’-Z2)和/或(Z3’-Z3)相关联的坐标位移或误差。在这样的实施方式中，可能会出现在一组度量位置坐标的Z坐标中的误差也可以基于对准传感器ASen所指示的残余未对准而被至少部分地校正或补偿。

上面参考图2A、2B、3A和3B概述的各种结构和操作(其中操作对准子***OAS不包括操作对准致动器结构AAct)可以总结如下。机器人***200、300包括机器人，该机器人包括可动臂结构MAC和运动控制***。可动臂结构MAC包括末端工具安装结构ETMC，其位于可动臂结构MAC的远端附近，并且机器人被配置为移动可动臂结构MAC，以便沿着末端工具工作空间中的至少两个维度来让安装到末端工具安装结构ETMC的末端工具ETL的至少一部分移动。运动控制***被配置为，至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器SEN感测和控制可动臂结构MAC的位置，按照定义为机器人精度的精度水平，控制末端工具ETL的末端工具位置ETP或测量点位置MP。机器人***还包括辅助度量位置坐标确定***150，其包括第一成像结构160和XY标尺170、操作对准子***OAS、图像触发部分181、度量位置坐标处理部分185。第一成像结构160包括第一摄像头CAM1，并且具有光轴线OA1。如下文更详细描述的，XY标尺170包括名义平面基板和分布在基板上的多个相应的可成像特征，其中相应的可成像特征位于XY标尺上相应的已知XY标尺坐标处，标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义地重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向SIA。操作对准子***OAS包括至少一个对准传感器ASen，其中对准传感器ASen位于第一摄像头CAM1附近，并且相对于第一摄像头CAM1以刚性结构安装，并且对准传感器ASen被配置为提供表示标尺成像轴线方向SIA的对准信号Asig。所述图像触发部分被配置为输入与末端工具ETL的末端工具位置ETP或测量点位置MP相关的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号确定第一成像触发信号的正时，并且将第一成像触发信号输出到第一成像结构160，其中第一成像结构160被配置为响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺的数字图像。度量位置坐标处理部分被配置为输入所采集图像，并识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应的可成像特征，以及相关的相应已知XY标尺坐标位置。

在这样的结构中，辅助度量位置坐标确定***150被配置为具有：XY标尺170或第一成像结构160和对准传感器Asen中的、联接到可动臂结构MAC的那一个，以及XY标尺170或第一成像结构160和对准传感器Asen中的、联接到机器人附近的固定元件STE的另一个，其中XY标尺170或第一成像结构160中固定的那个限定第一参考位置。机器人***被配置为至少提供辅助度量位置坐标确定***150的名义操作结构，其中在辅助度量位置坐标确定***150的名义操作结构中，XY标尺170和第一成像结构160被布置成，第一成像结构160的光轴线OA1名义上平行于标尺成像轴线方向SIA的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构160的聚焦范围内。机器人***还被配置为操作该操作对准子***OAS，以确定光轴线OA1和标尺成像轴线SIA之间的残余未对准MisAng，如由对准传感器ASen提供的对准信号ASig所指示的。辅助度量位置坐标确定***150还被配置为使得，当XY标尺170或第一成像结构160中可动的那个和XY标尺170或第一成像结构160中固定的那个被布置在名义操作结构中，且可动臂结构MAC被定位成使得XY标尺170处于第一成像结构160的视场FOV1中时，则度量位置坐标处理部分150可操作为在图像采集时间采集XY标尺170的数字图像，并确定相应的残余未对准MisAng。基于所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置和相应的残余未对准MisAng，辅助度量位置坐标确定***然后可以确定第一组度量位置坐标，该第一组度量位置坐标给出XY标尺170或第一成像结构160中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置，至少对于第一组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线中的至少一个)，精度水平来说优于机器人精度。度量位置坐标处理部分150还可操作为，基于第一组度量位置坐标和相应的残余未对准MisAng确定第二组度量位置坐标，该第二组度量位置坐标给出在图像采集时末端工具ETL的末端工具位置ETP或测量点位置MP，至少对于第二组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向SIA中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。

图4是增量XY标尺170A的示例性实施方式的轴测图。如图4所示，增量XY标尺170A包括均匀间隔的增量可成像特征IIF阵列。在各种实施方式中，增量XY标尺170A可以具有小于100微米的周期性(例如，沿着各自的x轴线和y轴线在增量可成像特征IIF之间的周期性间隔XP1和YSP1可以各自小于100微米)。在各种实施方式中，利用增量XY标尺170A确定的位置信息可以具有至少10微米的精度。与在某些实施方式中可能约为100微米或更高的机器人精度相比，利用这种XY标尺170A确定的精度可偶比机器人精度好约10倍。在一个具体的示例实施方式中，增量XY标尺170A可以具有大约10微米的更高的周期性，对于该周期性，如果第一成像结构160的放大率大约为1x并且插值以10x的因子执行，则可以实现大约1微米的精度。这种结构的精度比大约100微米的机器人精度提高了大约100倍。

在各种实施方式中，第一成像结构160的视场FOV在增量XY标尺170A内的位置可以提供XY标尺170A和第一参考位置REF1之间的相对位置的指示。在各种实施方式中，第一成像结构160可以与增量XY标尺170A结合使用，作为摄像头/标尺图像处理结构的一部分。例如，度量位置坐标处理部分185可以基于视场FOV在增量XY标尺170A内的位置来确定XY标尺170A和第一参考位置REF1之间的相对增量位置，如由所采集图像中的XY标尺170A的部分所指示的，并且是如摄像头/标尺图像处理技术领域中已知的那样(例如，如先前结合的参考文献中所述)。在各种实施方式中，增量XY标尺170A可以相对于视场FOV具有各种尺寸(例如，增量XY标尺170A可以比视场FOV大至少4倍、10倍、20倍等)。

在各种实施方式中，由XY标尺170A指示的增量位置可以与来自关节型机器人110的位置信息相结合，以确定相对精确和/或绝对的位置。例如，关节式机器人110的传感器SEN和EN2(例如，旋转编码器)可以以机器人精度来指示末端工具位置ETP，对于该末端工具位置，由XY标尺170A指示的增量位置可以用于进一步细化经确定末端工具位置ETP，以具有比机器人精度更好的精度。在一个这样的结构中，度量位置坐标处理部分185可以被配置为，基于所采集图像中的一个或多个可成像特征IFF的图像位置，并且基于从对应于图像采集时间的运动控制***140导出的关节型机器人的位置数据，来识别包括在XY标尺170A的所采集图像中的一个或多个相应可成像特征IIF。

在这样的结构中，XY标尺170A的相应可成像特征IFF可以包括分布在基板上的一组相似的可成像特征IFF，使得它们以规则的间隔彼此隔开一段距离，该距离大于机器人精度内允许的最大位置误差。如图4所示，可成像特征IFF的间隔(例如，在间隔XP1和YSP1处)大于最大位置误差MPE，最大位置误差MPE由围绕代表性可成像特征IFF的圆表示。应当理解，在这种结构中，用于位置确定的机器人精度足以以大于可成像特征IFF之间的间距的精度来确定位置。更具体地，在各种实施方式中，XY标尺170A上的单个可成像特征IFF(也就是说，根据标尺上的均匀间隔，其中可成像特征都在XY标尺170A上已知的x和y度量位置坐标处)因此可以由关节型机器人位置数据以足够的精度来识别，使得没有两个可成像特征IFF可以彼此混淆。在这样的结构中，单个可成像特征IFF在所采集图像中的位置随后可以用于进一步细化末端工具位置ETP，至少对于末端工具位置ETP在垂直于z轴线的x-y平面中的x和y度量位置坐标，精度优于机器人精度。

如上针对图2所述，在一个特定的示例性实施方式中，XY标尺170A可以被指定为在X0，Y0，Z0处具有参考位置(例如，原点位置)(例如，对于原点位置，其可以具有0，0，0的值)。在这样的结构中，参考位置REF1(即，如由固定的第一成像结构160定义的)可以处于X1、Y1、Z1的相对坐标处，并且相应视场FOV的中心(例如，如在所采集图像中捕获的)可以处于X1、Y1、Z0的相对坐标处。从XY标尺170延伸的x-y平面中的末端工具轴线EA的位置可以被指定为具有X2、Y2、Z0的相对坐标。末端工具位置ETP可以被指定为具有X2、Y2、Z2的坐标。

在操作中，可以由度量位置坐标处理部分185分析所采集图像，以确定与固定的第一成像结构160的视场FOV中心对应的X1，Y1坐标。在各种实施方式中，这种确定可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行，用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺170A内)的视场位置(例如，对应于摄像头的位置)。应当理解，根据标准摄像头/标尺图像处理技术，参考位置/原点位置X0，Y0，Z0不需要位于FOV的视场中来进行这样的确定(即，相对位置可以根据沿XY标尺170A的任何位置处的标尺信息来确定，部分地由包括均匀间隔的增量可成像特征IIF的标尺元件来提供)。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺170的所采集图像中包括的至少一个相应的可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定XY标尺170和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构160定义的)之间的相对位置。然后可以根据末端工具位置ETP和XY标尺170之间的已知坐标位置偏移来确定相对X2、Y2坐标(即末端工具位置ETP的坐标)(例如，将x和y位置偏移值加到X1和Y1上以确定X2和Y2)。

将来自关节型机器人110的位置信息与由XY标尺170A指示的增量位置信息相结合以确定相对精确和/或绝对位置的具体示例如下。如图4所示，所采集图像可以表明视场FOV的中心在四个增量可成像特征IIF的中间，但是不能表明XY标尺170的哪四个特定增量可成像特征IIF被包括在图像中。来自关节型机器人110的位置信息可以足够精确以提供这样的信息，对于该信息，可以识别XY标尺170A的特定四个增量可成像特征IIF(例如，部分基于上述原理，通过该原理，可成像特征IFF被间隔开大于由代表性圆形区域MPE表示的最大位置误差，使得每个可成像特征IFF可以被唯一地识别)。然后，可以由度量位置坐标处理部分185分析所采集图像，以精确地确定视场中心(即，在坐标X1，Y1，Z0处)出现在XY标尺的该部分(即，其包括特定的四个增量可成像特征IIF)内的何处。该过程然后可以如上所述继续(例如，用于相应地确定末端工具位置ETP的X2和Y2坐标)。

对于XY标尺170A等与对准传感器ASen的使用，如图2A-3B所示，对准光束ABeam从平行于标尺平面的表面上的对准反射特征ARF反射。在各种实施方式中，反射特征ARF可以是可成像特征IFF，并且对准光束ABeam可以被定位成反射这些特征(基于让机器人运动以实现反射)(使用机器人精度就足够了)。应当理解，对准传感器不需要在XY标尺170A上的任何地方操作，并且不需要连续操作。例如，对准光束ABeam可以间歇地操作，以避免在所采集的标尺图像中的相关“噪声”。

为了对准传感器的最佳性能，会希望对准反射特征ARF大于对准光束Abeam的光斑尺寸。如果这与可成像特征IFF的期望尺寸相冲突，则可以在XY标尺上的不同位置提供额外的更大特征ARF，如图4所示的可选对准反射特征ARF示意性表示。应当理解，在其他实施方式中，对准光束Abeam可以具有对第一成像结构160不可见的波长(例如基于摄像头灵敏度或波长滤波)，并且XY标尺170A可以在任何位置包括针对特定波长的反射层，这允许对准传感器ASen在XY标尺170A上的任何为在操作和/或连续地操作。

图5是绝对XY标尺170B的示例性实施方式的轴测图。对于XY标尺170B等与对准传感器ASen的使用，应该理解的是，这些考虑与之前参考图4概述的那些相同。在图5的示例中，类似于增量XY标尺170A，绝对XY标尺170B包括均匀间隔的增量可成像特征IIF阵列，并且还包括具有独特可识别图案(例如，16位图案)的一组绝对可成像特征AIF。在操作中，第一成像结构160的视场FOV在绝对XY标尺170B内的位置(即，被包括在捕获的图像中)提供了XY标尺170B和第一参考位置REF1之间的绝对位置的指示。在图5的实施方式中，该组绝对可成像特征AIF分布在基板SUB上，使得它们间隔开(例如，按照间隔XSP2和YSP2)的距离小于与穿过第一成像结构160的视场FOV的距离对应的距离(即，使得至少一个绝对可成像特征AIF将总是被包括在视场中)。在操作中，度量位置坐标处理部分185被配置为基于相应绝对可成像特征AIF的独特可识别图案来识别包括在XY标尺170B的所采集图像中的至少一个相应绝对可成像特征AIF。应当理解，至少对于垂直于z轴线的x-y平面中的末端工具位置ETP的x和y度量位置坐标，这种实施方式能够以优于机器人精度的精度独立地确定表示末端工具位置ETP的绝对位置(例如，与增量XY标尺170B相反，这可能不需要结合来自关节式机器人110的位置信息来确定绝对位置)。

利用绝对可成像特征AIF来确定相对精确和绝对位置的具体示例如下。如图5所示，所采集图像可以表明视场FOV的中心位于多个增量可成像特征IIF的中间。来自所包括的两个绝对可成像特征AIF的位置信息指示图像包括XY标尺170B的哪个部分，对于该部分，还可以识别XY标尺170的所包括的增量可成像特征IIF。因此，所采集图像可以由度量位置坐标处理部分185进行分析，以精确地确定视场中心(即，在坐标X1，Y1，Z0处)出现在XY标尺的那个部分(即，其包括两个绝对可成像特征和增量可成像特征IIF)中的什么位置。该过程然后可以如上所述继续(例如，用于相应地确定末端工具位置ETP的X2和Y2坐标)。

图6是示出用于操作机器人***的例程600的示例性实施方式的流程图，该机器人***包括机器人和辅助度量位置坐标确定***，该辅助度量位置坐标确定***包括不具有操作对准致动器结构的操作对准子***。如图6A所示，在判定框610，确定机器人***是否将在辅助度量位置坐标模式下操作。在各种实施方式中，辅助度量位置坐标模式或标准机器人位置坐标模式的选择和/或激活可以由用户做出和/或可以由***响应于某些操作和/或指令自动做出。例如，在一个实施方式中，当关节型机器人移动到特定位置时(例如，将末端工具从执行组装或其他操作的一般区域移动到通常执行工件检查操作的更具体区域，并且在该区域将利用辅助度量位置坐标模式)，可以进入辅助度量位置坐标模式(例如，自动地或根据用户的选择)。在各种实施方式中，这种模式可以由外部控制***ECS实施(例如，如图1的外部控制***ECS利用标准机器人位置坐标模式部分147和辅助度量位置坐标模式部分187)。在各种实施方式中，混合模式可以独立操作或者作为辅助度量位置坐标模式的一部分操作，和/或可以作为模式之间的切换来实现，如下面将参考图7更详细描述的。

如果在判定框610确定机器人***不在辅助度量位置坐标模式下操作，则例程前进到框615，在该处在标准机器人位置坐标模式下操作机器人***。作为标准机器人位置坐标模式的一部分，关节式机器人的位置传感器(例如，旋转编码器)被用来按机器人精度(例如，其至少部分地基于关节式机器人的位置传感器的精度)控制和确定关节式机器人的运动以及相应末端工具位置。如上所述，第一和第二旋转编码器可以以比利用XY标尺确定的位置信息更低的精确度来指示第一和第二臂部的位置。通常，机器人位置坐标模式可以对应于关节式机器人的独立和/或标准操作模式(例如，关节式机器人独立操作的模式，例如当辅助度量位置坐标确定***不活动或不提供时)。

如果机器人***将在辅助度量位置坐标模式下操作，则例程前进到框620，在该处，机器人和辅助度量位置坐标确定***被设置成提供辅助度量位置坐标确定***的“名义”操作结构。“名义”操作结构先前已经根据本文使用的惯例进行了定义。标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义上重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向。在“名义”操作结构中，XY标尺或第一成像结构中的至少一个被布置成使得第一成像结构的光轴线名义上平行于标尺成像轴线方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向位于第一成像结构的聚焦范围内。

在框630，接收至少一个输入信号(即，在图像触发部分)，该输入信号与关节型机器人的末端工具的测量点位置或末端工具位置相关。基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将第一成像触发信号输出到第一成像结构。第一成像结构响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺的数字图像。

在框635，操作对准子******作(例如由机器人***操作)，以确定光轴线和标尺成像轴线之间的残余未对准，如由对准传感器提供的对准信号所指示的，残余未对准对应于所采集的数字图像。在各种实施方式中，与所采集的数字图像对应的残余未对准可能取决于情况。为了获得最佳精度，可能希望在框630的操作期间，在机器人的可动臂结构处于相同(或几乎相同)位置和/或姿态的情况下，建立残余未对准。然而，如果机器人臂结构足够刚硬，和/或在框635的操作期间使用的位置和/或姿势接近在框630的操作期间使用的位置和/或姿势，和/或在特定情况下的精度要求不太严格，则框635和630的操作可以在不同的位置和/或时间执行，并且在框635确定的残余未对准可以充分对应于在框630采集的数字图像。

在框640，接收所采集图像(例如，在度量位置坐标处理部分)，并且识别包括在XY标尺的所采集图像中的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。

在框650，确定第一组度量位置坐标，该第一组度量位置坐标指示XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置，至少对于第一组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度优于机器人精度。第一组度量位置坐标是基于所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置和相应的残余未对准确定的(例如，如前面参考图2A、2B、3A和/或3B所概述的)。

在可选框655处，可以基于第一组度量位置坐标和相应的残余未对准，确定第二组度量位置坐标，该第二组度量位置坐标给出在图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于第二组度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。应当理解，在框650确定的第一组度量坐标指示XY标尺或第一成像结构中可动的那个的局部参考位置。该框655的操作与校正误差有关，该误差与残余未对准对末端工具的测量点位置或末端工具位置与XY标尺或第一成像结构中可动那个的参考位置之间的已知偏移的影响有关，例如在图2A和2B的描述中强调的那样。在框650(或655)的操作之后，例程可以结束。

或者，在框650(或655)的操作之后，例程可以部分或完全重复。例如，经确定位置信息(例如，来自框655)可以对应于或以其他方式用于确定工件上的第一表面位置，并且可以重复该例程，然后可以为其确定工件上的第二表面位置(例如，作为工件测量的一部分，例如测量工件的特征)。在重复例程的过程中，在各种实施方式中，不需要重复框620处的操作。在任何情况下，通过重复例程600确定的、表示第一和第二相对位置和/或相关位置信息的第一和第二经确定度量位置坐标可用于确定工件的尺寸，该尺寸对应于工件上的第一和第二表面位置之间的距离，该距离对应于当在相应的图像采集时间接触工件上的相应第一和第二表面位置时末端工具的相应末端工具位置或测量点位置，等等。应当理解，不是使用机器人的位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)来以机器人精度确定工件上的第一和第二表面位置，而是可以利用本文描述的技术来确定更精确的位置信息。更具体地，第一和第二表面位置的确定(即，对应于第一和第二经确定度量位置坐标，该坐标对应于XY标尺上的相应第一和第二位置，可以根据XY标尺的精度利用上述技术来确定这些坐标/位置之间的精确距离)允许以高精度确定第一和第二表面位置之间的工件(例如，工件特征)的相应尺寸。

图7是示出用于确定末端工具位置的例程700的一个示例性实施方式的流程图，其中在运动正时的不同部分期间可以使用不同的技术。通常，在运动正时期间，关节型机器人的一个或多个臂部从第一旋转位置移动到第二旋转位置(例如，这可以包括围绕旋转关节将臂部从第一旋转方位旋转到第二旋转方位)。如图7所示，在判定框710，确定在运动正时期间是否将使用混合模式来确定末端工具位置。在各种实施方式中，混合模式也可以代表包括在辅助度量位置坐标模式和标准机器人位置坐标模式之间切换的过程。如果不使用混合模式，则例程继续到框720，在该处，关节型机器人的位置传感器(例如，旋转编码器)仅用于在运动正时期间确定末端工具位置。

如果要使用混合模式，则例程前进到框730，在运动正时的第一部分期间，关节型机器人中包括的位置传感器用于确定末端工具位置。在这样的操作期间，辅助度量位置坐标确定***的相对位置可能不被确定和/或不被用于确定末端工具位置。在框740处，在运动正时的第一部分之后发生的运动正时的第二部分期间，利用辅助度量位置坐标确定***的经确定相对位置来确定末端工具位置。应当理解，这样的操作使得***能够在运动正时的第一部分期间执行末端工具位置的初始/快速/粗略运动，并且在运动正时的第二部分期间执行末端工具位置的更精确的最终/更慢/精细运动。

图8是包括机器人810和辅助度量位置坐标确定***850的机器人***800的第四示例性实施方式的框图。辅助度量位置坐标确定***850被示出为包括操作对准子***OAS的第二示例性实施方式，该操作对准子***OAS包括对准传感器ASen和操作对准致动器结构AAct，该操作对准致动器结构AAct包括机器人***800的可动臂结构MAC’和机器人运动控制和处理***840中包括的元件，如下文更详细描述的。对准传感器ASen和操作对准致动器结构AAct连接到操作对准子***处理电路/例程890(或与之互操作)。

机器人810(例如，关节型机器人)包括可动臂结构MAC’和机器人运动控制和处理***840。辅助度量位置坐标确定***850包括第一成像结构860、XY标尺870、图像触发部分881和度量位置坐标处理部分885。在图8的结构中，XY标尺870联接到可动臂结构MAC’。如下文将更详细描述的，第一成像结构860具有第一光轴线OA1，当处于操作结构时，该第一光轴线OA1可以平行于标尺成像轴线方向SIA。

在图8的示例中，可动臂结构MAC’包括下基座部分BSE’、臂部821-825、运动机构831-835、位置传感器SEN1’-SEN5’和末端工具安装结构ETMC。如下文将更详细描述的以及图9中进一步示出的，每个臂部821-825可以具有相应的近端PE1-PE5和相应的远端DE1-DE5。在各种实施方式中，一些或所有臂部821-825可以在相应臂部821-825的相应近端PE1-PE5处安装到相应运动机构831-835。在图8的示例中，运动机构831-835中的一些或全部(例如，旋转关节和/或具有相应马达的线性致动器等)可以实现相应臂部821-825的运动(例如，旋转、线性运动等)(例如，围绕或沿着相应旋转轴线RA1’-RA5等)。在各种实施方式中，位置传感器SEN1’-SEN5’(例如，旋转编码器、线性编码器等)可以用于确定相应臂部821-825的位置(例如，角度取向，直线位置等)。

在各种实施方式中，可动臂结构MAC’可以具有被指定为终端部分的部分(例如，第五臂部825)。在图8的示例结构中，末端工具安装结构ETMC位于第五臂部825(例如，指定为终端部分)的远端DE5附近(例如，位于该处)，该远端DE5对应于可动臂结构MAC’的远端。在各种实施方式中，XY标尺870可以联接到可动臂结构MAC’以便接近可动臂结构MAC’的远端。在图8的实施方式中，XY标尺870在靠近可动臂结构MAC’的远端的位置联接到第五臂部825。在根据本文公开的原理的一些实施方式中，辅助度量位置坐标确定***被配置为XY标尺(例如870)或第一成像结构(例如860)中可动的那个联接到操作对准致动器结构AAct，操作对准致动器结构AAct联接到可动臂结构(例如MAC’)或作为可动臂结构的一部分。图8、9和10中所示的实施方式对应于该描述，因为操作对准致动器结构AAct包括可动臂结构MAC’中包括的第一旋转元件835/825和第二旋转元件834/824。

在各种实施方式中，末端工具安装结构ETMC可以包括各种元件，用于将末端工具ETL连接并保持在可动臂结构MAC’的远端附近。例如，在各种实施方式中，末端工具安装构造ETMC可以包括自动关节连接、磁联接部分和/或本领域已知的用于将末端工具ETL安装到相应元件的其他联接元件。末端工具安装结构ETMC还可以包括电连接(例如，电源连接、一条或多条信号线等)，用于向和/或从末端工具ETL的至少一部分(例如，向和从末端工具感测部分ETSN)提供电力和/或发送信号。

在各种实施方式中，末端工具ETL可以包括末端工具感测部分ETSN和末端工具触针ETST，末端工具的测量点MP(例如，用于接触工件WP的表面)。第五运动机构835位于第四臂部824的远端DE4附近。在各种实施方式中，第五运动机构835(例如，具有相应马达的旋转关节)可以被配置为让第五臂部825绕旋转轴线RA5旋转。在任何情况下，末端工具ETL被安装到(例如，联接到)末端工具安装结构ETMC，并且具有带有相应度量位置坐标(例如，x、y和z坐标)的相应末端工具位置ETP。在各种实施方式中，末端工具位置ETP可以对应于或接近末端工具安装结构ETMC的位置(例如，在或接近第五臂部825的远端DE5，其可以对应于可动臂结构MAC’的远端)。

运动控制***840被配置为以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具ETL的末端工具位置ETP。更具体地，运动控制***840通常被配置为至少部分地基于利用运动机构831-835和位置传感器SEN1'-SEN5'来感测和控制臂部821-825的位置，以机器人精度来控制末端工具位置ETP的度量位置坐标(例如，x、y和z坐标)。在各种实施方式中，运动控制和处理***840可以包括运动机构控制和感测部分841-845，其可以分别从相应的位置传感器SEN1'-SEN5'接收信号，用于感测相应臂部821-825的位置(例如，角位置、线性位置等)，和/或可以向相应运动机构831-835(例如，包括旋转关节、线性致动器、马达等)提供控制信号，用于如相应臂部821-825运动。

运动控制和处理***840也可以从末端工具感测部分ETSN接收信号。在各种实施方式中，末端工具感测部分ETSN可以包括与用于感测工件WP的末端工具ETL的操作相关的电路和/或结构。如下文将更详细描述的，在各种实施方式中，末端工具ETL(例如，接触探针、扫描探针、摄像头等)可用于接触或以其他方式感测工件WP上的表面位置/位置/点，为此，末端工具感测部分ETSN可接收、确定和/或处理各种相应的信号，其可向运动控制和处理***840提供相应的信号。在各种实施方式中，运动控制和处理***840可以包括末端工具控制和感测部分846，其可以向末端工具感测部分ETSN提供控制信号和/或从该末端工具感测部分ETSN接收感测信号。在各种实施方式中，末端工具控制和感测部分846和末端工具感测部分ETSN可以合并和/或不可区分。在各种实施方式中，运动机构控制和感测部分841-845和末端工具控制和感测部分846都可以向机器人位置处理部分847提供输出和/或从机器人位置处理部分847接收控制信号，机器人位置处理部分847可以控制和/或确定机器人810的可动臂结构MAC’和相应的末端工具位置ETP(作为机器人运动控制和处理***840的一部分)的整体定位。

在各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***850可以包括在机器人810中或者以其他方式添加到机器人810中(例如，作为用于添加到现有机器人810的改型结构的一部分，等等)。通常，辅助度量位置坐标确定***850可以用于为末端工具位置ETP的确定提供改进的精度水平。更具体地，如将在下文中更详细描述的，辅助度量位置坐标确定***850可用于确定表示末端工具位置ETP的度量位置坐标，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向SIA中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。在各种实施方式中(例如，在标尺成像轴线方向SIA和末端工具触针ETST平行于z轴线的情况下)，至少对于垂直于z轴线的x-y平面中的x和y度量位置坐标而言，这可以对应于水平优于机器人精度的精度水平。

如图8所示，第一成像结构860联接到机器人810附近的固定元件STE。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括布置在末端工具工作空间ETWV’的至少一部分上方的框架，并且为此第一成像结构860固定到末端工具工作空间ETWV’的一部分上方的框架。在各种实施方式中，固定元件STE可以包括一个或多个结构支撑元件SSP(例如，从地板、顶棚等延伸)，用于将固定元件STE保持在相对于机器人810的固定位置(例如，具有固定位置和/或取向)。

在各种实施方式中，末端工具工作空间ETWV’包括一空间，末端工具ETL和/或XY标尺870中的至少一个的至少一部分可以在该空间中运动。在图8的例子中，末端工具工作空间ETEV’被示为包括一空间，当检查工件时末端工具ETL的测量点MP可以在该空间中运动。作为一个替代示例，末端工具工作空间可替代地包括一空间，当末端工具ETL移动用于检查工件时XY标尺870可在该空间中运动。在各种实施方式中，机器人810被配置为让可动臂结构MAC’运动，以便让末端工具ETL’的至少一部分(例如，末端工具ETL’的测量点MP)运动，该至少一部分沿着末端工具工作空间ETWV’中的至少两个维度(例如，x和y维度)安装到末端工具安装结构ETMC。在图8的示例中，末端工具ETL的部分(例如，末端工具ETL’的测量点MP)可由机器人810沿三个维度(例如，x、y和z维度)运动。

第一成像结构860包括第一摄像头CAM1，并且具有光轴线OA1。在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，第一成像结构860的光轴线OA1平行于标尺成像轴线方向SIA的方向。第一成像结构860沿着其光轴线OA1具有有效聚焦范围REFP。在各种实施方式中，范围REFP可以由第一和第二有效聚焦位置EFP1和EFP2限定，这将在下面更详细地描述。在给定时间，第一成像结构860具有落在REFP范围内的有效聚焦位置EFP。在使用可变焦距(VFL)透镜的实施方式中，范围REFP可以对应于VFL透镜的聚焦范围。

在各种实施方式中，所使用的VFL透镜可以是可调声学梯度折射率(TAG)透镜。关于这种TAG透镜的一般操作，在各种实施方式中，透镜控制器(例如，如被包括在第一成像结构控制和处理部分880中的)可以周期性地快速调整或调制TAG透镜的光功率，以实现能够以250kHz、70kHz或30kHz等的周期调制(即，在TAG透镜谐振频率下)的高速TAG透镜。在这样的结构中，第一成像结构860的有效聚焦位置EFP可以(例如，快速地)在范围REFP(例如，自动聚焦搜索范围)内移动。有效聚焦位置EFP1(或EFPmax)可以对应于TAG透镜的最大光功率，且有效聚焦位置EFP2(或EFPmin)可以对应于TAG透镜的最大负光功率。在各种实施方式中，范围REFP的中间可以被指定为EFPnom，并且可以对应于TAG透镜的零光功率。

在各种实施方式中，可以有利地选择这样的VFL透镜(例如，TAG透镜)和/或相应的距离REFP，使得该结构能限制或消除对第一成像结构860的宏观机械调整和/或部件之间的距离调整(以便改变有效聚焦位置EFP)的需要。例如，在第五臂部825的远端DE5(例如，对应于可动臂结构MAC’的远端)可能发生未知量的倾斜或“下垂”的实施方式中(例如，由于臂部821-825的重量和/或特定方位等)，距第一成像结构860到XY标尺870的精确聚焦距离可以是未知的和/或可以随着臂部的不同取向而变化，等等。还应该理解，在图8的示例结构中，XY标尺870和第一成像结构860之间的距离通常可以根据可动臂结构MAC’的一般操作而改变，该可动臂结构MAC’可以将末端工具位置ETP沿着标尺成像轴线方向SIA移动到与第一成像结构860不同的位置/距离(例如，作为扫描工件WP的表面的操作的一部分，等等)。在这样的结构中，可能希望使用能够扫描或以其他方式调整有效聚焦位置EFP的VFL透镜，以确定并精确聚焦在XY标尺870上。在各种实施方式中，利用VFL透镜的这种技术可以与其他聚焦调节技术结合使用(例如，与也可以包括在第一成像结构860中的可变物镜结合使用，等等)

如前所述，在图8所示的实施方式中，操作对准子***OAS包括对准传感器ASen、操作对准致动器AAct(其包括可动臂结构MAC’的元件)和操作对准子***处理电路/例程890。操作对准子***处理电路/例程890包括对准信号处理部分891，其可以提供信号处理，该信号处理可以为对准传感器Asen的对准信号Asig提供初级信号调节和/或校正，和/或用于确定与对准信号Asig对应的未对准角度/矢量或残余未对准角度/矢量的分析，如下面更详细描述的。操作对准子***处理电路/例程890还包括对准控制部分892，其通常被配置为基于由对准传感器ASen提供的对准信号Asig来调整XY标尺或第一成像结构中可动那个的对准，以提供XY标尺和第一成像结构的操作结构，其中第一成像结构的光轴线(例如OA1)和标尺成像轴线方向SIA被布置为平行，如对准信号Asig所指示的，如上所述。

应当理解，图8所示和上面概述的操作对准子***处理电路/例程890的结构仅是示例性的，而不是限制性的。在各种实施方式中，对准子***处理电路/例程890的各种部分可以位于外部控制***ECS之外(例如在操作对准传感器ASen中)，或者可以与辅助度量位置坐标确定***850的其他部分(例如部分885和/或887)合并和/或不可区分。在图示的实施方式中，操作对准子***处理电路/例程890与机器人运动和控制处理***840交换位置和/或对准信息和/或控制信号，如虚线893所示，以便实施本文公开的各种操作原理或特征。下面将更详细地描述上述各种元件和操作。

在各种实施方式中，XY标尺870可以与上面参照图4和5描述的XY标尺170相同，或者根据本文公开的原理以其他方式结构。在各种实施方式中，机器人***800可操作为提供辅助度量位置坐标确定***850的操作结构，如下面参考图9和10更详细描述的。在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，可动XY标尺870被布置成使得标尺成像轴线方向SIA的方向平行于第一成像结构860的光轴线OA1，如对准传感器ASen的对准信号Asig所指示的，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的焦点REFP的范围内。应当理解，为了将辅助度量位置坐标确定***850置于具有上述特征的操作结构中，可以基于对准传感器ASen的对准信号Asig和被视为操作对准子***OAS的操作对准致动器AAct的一组致动器，对可动臂结构MAC’的臂部821-825的位置/取向进行各种调整，如下文参考图9所述。换句话说，机器人***800被配置为操作操作对准子***OAS和操作对准致动器结构AAct，以基于由对准传感器ASen提供的对准信号来调整XY标尺870或第一成像结构860中可动那个的对准，以提供辅助度量位置坐标确定***850的操作结构，其中，在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，XY标尺870和第一成像结构860被布置成第一成像结构860的光轴线OA1平行于由对准信号Asig指示的标尺成像轴线方向SIA。

在各种实施方式中，图像触发部分881和/或度量位置坐标处理部分885可以被包括作为外部控制***ECS’的一部分(例如，作为外部计算机的一部分，等等)。图像触发部分881可以被包括作为第一成像结构控制和处理部分880的一部分。在各种实施方式中，图像触发部分881被配置为输入与末端工具位置ETP相关的至少一个输入信号，并基于该至少一个输入信号确定第一成像触发信号的正时，并将第一成像触发信号输出到第一成像结构860。在各种实施方式中，第一成像结构860被配置为响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺870的数字图像。在各种实施方式中，度量位置坐标处理部分885被配置为输入所采集图像，并识别包括在XY标尺870的所采集图像中的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。在各种实施方式中，外部控制***ECS’还可以包括标准机器人位置坐标模式部分849和辅助度量位置坐标模式部分887，用于实施相应的模式，这将在下面更详细地描述。

在各种实施方式中，第一成像结构860可以包括周期性地(例如，以设定的定时间隔)激活摄像头CAM1的图像积分的组件(例如，子电路、例程等)，为此，来自图像触发部分881的第一成像触发信号可以激活闪光灯定时或其他机制，以有效地冻结运动并相应地确定积分周期内的曝光。在这样的实现中，如果在积分周期期间没有接收到第一成像触发信号，则可以丢弃结果图像，其中如果在积分周期期间接收到第一成像触发信号，则可以保存结果图像和/或以其他方式处理/分析结果图像以确定度量位置坐标，这将在下面更详细地描述。

在各种实施方式中，不同类型的末端工具ETL可以提供针对图像触发部分881使可以用的不同类型的输出。例如，在末端工具ETL是用于测量工件并且当其接触工件时(例如，当测量点MP接触工件时)输出接触信号的接触探针的实施方式中，图像触发部分881可以被配置为输入该接触信号或从其导出的信号，以作为确定第一成像触发信号的正时所基于的至少一个输入信号。在末端工具ETL是接触探针的各种实施方式中，接触探针的中心轴线可以沿着标尺成像轴线方向SIA定向(例如，接触探针的中心轴线对应于末端工具轴线EA)。作为另一个例子，在末端工具ETL是用于测量工件并提供与相应采样正时信号对应的相应工件测量采样数据的扫描探针的实施方式中，图像触发部分881可以被配置为输入该相应采样正时信号或从其导出的信号，以作为至少一个输入信号。作为另一个例子，在末端工具ETL是用于提供与相应工件图像采集信号对应的相应工件测量图像的摄像头的实施方式中，图像触发部分881可以被配置为输入该工件图像采集信号或从其导出的信号，作为至少一个输入信号。

在图8的示例性实施方式中，辅助度量位置坐标确定***850被配置为具有联接到操作对准致动器结构AAct的XY标尺870，该操作对准致动器结构AAct联接到可动臂结构(例如MAC’)或作为其一部分。图8、9和10中所示的实施方式对应于该描述，因为操作对准致动器结构AAct包括可动臂结构MAC’中包括的第一旋转元件835/825和第二旋转元件834/824。此外，第一成像结构860和对准传感器ASen联接到固定元件STE(例如，布置在机器人810上方和附近的框架)，并且限定第一参考位置REF1。在替代实施方式中(例如，如下面参照图10所述)，辅助度量位置坐标确定***可以构造为具有第一成像结构860和联接到操作对准致动器结构AAct的对准传感器ASen，操作对准致动器结构AAct联接到可动臂结构(例如，MAC’)或作为其一部分，接近可动臂结构MAC’的远端，并且XY标尺870联接到固定元件STE并限定第一参考位置REF1。

在任一情况下，如将在下面更详细描述的，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为使得，XY标尺870或第一成像结构860中可动的那个和XY标尺870或第一成像结构860中固定的那个被布置在基于来自对准传感器ASen的对准信号Asig(或由对准传感器AsEn指示)的操作结构中，通过可动臂结构MAC'，XY标尺870位于第一成像结构860的视场FOV和聚焦范围内。基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应的可成像特征的图像位置，度量位置坐标处理部分885然后***作以确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出XY标尺870或第一成像结构860中可动的那个与第一参考位置REF1之间的相对位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向SIA中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。经确定度量位置坐标给出在图像采集时末端工具的末端工具位置ETP和/或测量点位置MP，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向SIA中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。在各种实施方式中，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为，基于经确定度量位置坐标(所述度量位置坐标给出XY标尺870或第一成像结构860中可动一个的相对位置)以及末端工具的末端工具位置ETP和/或测量点位置MP与XY标尺870或第一成像结构860中可动的那个之间的已知坐标位置偏移，确定在图像采集时间的末端工具位置ETP的度量位置坐标和/或末端工具的测量点位置MP。

应当理解，诸如图1和图8所示的机器人***相对于各种替代***可能具有某些优势。例如，在各种实施方式中，诸如在此公开的***可以比利用诸如激光***或摄像测量之类的技术来跟踪机器人运动/位置的替代***更小和/或更便宜，并且在一些实施方式中还可以具有更高的精度。所公开的***也不占用或遮蔽末端工具工作空间的任何部分，例如可替换的***，其可以包括在地面或平台上的标尺或基准，或者在相同的区域(例如，在末端工具工作空间的末端工具工作空间或末端工具工作空间中)，在该区域中工件可以以其他方式被加工和/或检查，等等

图9和图10是相似的，因为它们都示出了使用主动对准来消除先前参考图2B和3B概述的X和X误差的实施方式。主动对准基本上消除了这些误差。该主动对准是基于来自对准传感器ASen的信号ASig的“闭环”对准过程。应当理解，在这些图中所示的可动臂结构MAC’中存在下垂和扭曲(例如，类似于图2B和3B所示)，但是为了避免视觉混乱，没有示出下垂和扭曲。应当理解，根据本文公开的原理，由于基于对准传感器信号的主动对准，下垂和扭曲的影响可以被补偿或抵消(至少相对于X和Y坐标来说)，以便实现期望的操作结构。主动对准可以在机器人***900(1000)的操作期间在期望的时间手动或自动执行至少一次，以便建立期望的操作结构，或者在任何期望的时间间歇地执行(例如当机器人姿态改变时)，或者在一些实现中频繁地或连续地执行。

关于在操作结构期间由可动臂结构MAC’中的下垂和扭曲导致的Z误差，可以至少近似地校正Z误差，如前面参考图2B和3B所述。例如，可以理解的是，为了实现操作结构而校正下垂和扭曲所必需的操作对准致动器AAct的调节幅度可以是已知的，并且记录在操作对准子***电路/例程890(或190)中。或者，可以知道并记录在这种调整之前处于已知或参考状态的操作对准致动器AAct的残余未对准MisAng的大小。在任一情况下，靠近对准传感器ASen、可动臂结构MAC’的远端和/或末端工具ETL的下垂/扭曲未对准(例如，下垂/扭曲未对准角度或向量)可以至少是近似的或已知的或推断的。

在一些实施方式中，可以基于如上所述结合机器人***900(或1000)的各种臂部和轴承的已知几何形状和方向以及机械特性(例如，光束特性)确定的下垂/扭曲未对准来近似与图9和10中所示的Z2和/或Z3坐标相关联的坐标位移或误差。在这样的实施方式中，应当理解，上面概述的下垂/扭曲未对准确定最终可追溯到并基于由对准传感器ASen指示的残余未对准。因此，根据一种类型的描述，在这样的实施方式中，可以基于如上所述确定的下垂/扭曲未对准来至少部分地校正或补偿可能会出现在一组度量位置坐标的Z坐标中的误差，这最终应基于由对准传感器ASen指示的残余未对准。

在图9和10所示的实施方式中，操作对准致动器结构AAct包括运动机构834和835，它们被包括在可动臂结构MAC’中，并用于操作对准子***OAS中。在这样的实施方式中，在关节式机器人110的操作期间的任何期望的时间，对于关节式机器人110的一个或多个姿态，标尺成像轴线方向SIA可以主动地与光轴线OA1对准。应当理解，这种对准是有效的(即，基于来自对准传感器ASen的对准信号以“闭环”方式建立)，并且在关节型机器人110的操作期间，可以在任何期望的时间主动校正根据本文先前概述的小下垂/倾斜未对准角度MisAng的小对准误差。在图示的实施方式中，可以通过使用在对准控制部分892中生成的对准控制信号来主动校正对准误差，以控制操作对准致动器结构AAct，从而基于由对准传感器ASen提供的对准信号Asig来调整可动XY标尺870的对准，以提供XY标尺870和第一成像结构860的操作结构，其中光轴线OA1和标尺成像轴线方向SIA被布置为平行，如对准信号Asig所示。例如，操作对准子***处理电路/例程890可以与机器人运动和控制处理***840交换某些位置和/或对准信息和/或控制信号，如虚线893所示，以便实现本文公开的各种操作原理或特征。图9和10中所示的许多方面和特征通常可以基于前面对各种先前附图中类似方面和特征的解释和描述来理解。某些其他方面和特征将在下面更详细地描述。

图9是类似于图8的机器人***800的机器人***900的第五示例性实施方式的一部分的立体图，其中第一成像结构860和操作对准子***OAS的对准传感器ASen联接到固定元件STE。对准传感器ASen控制位于运动元件上的XY标尺870的操作对准。应当理解，类似于上述编号方案，图9的某些命名或编号的组件(例如，8XX、8XX’或9XX)可以对应于和/或具有与图8或其他图的相同或相似命名或编号的对应组件(例如，8XX)相同和/或相似的操作，并且可以被理解为与其相似或相同，并且可以通过类比来理解，如下所述。如上所述，表示具有类似和/或相同设计和/或功能的元件的命名和编号方案通常应用于本申请的各种附图(例如，图1-5、8、9和10)。

在图9的结构中，与第一成像结构860联接的固定元件STE可以包括布置在机器人810上方的框架。可动臂结构MAC’包括臂部821-825。在图9所示的实施方式中，操作对准致动器结构AAct包括运动机构834和835，它们被包括在可动臂结构MAC’中，并用在操作对准子***OAS中。XY标尺870联接到臂部或支架825，并由此联接到操作对准致动器结构AAct，并由此联接到可动臂结构MAC’的残余部分。在其他结构中，可以利用其他联接结构来将XY标尺870联接到可动臂结构MAC’。在各种实施方式中，联接到可动臂结构MAC’的XY标尺870的位置和/或取向可以是可调的，但是也可以临时锁定或以其他方式固定在给定的位置/取向(例如，用于一系列测量等)。在任何情况下，在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，第一成像结构860可以被布置成使得第一成像结构860的光轴线OA1平行于标尺成像轴线方向SIA的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的聚焦范围内。

本文简单描述机器人810，因为它是已知的类型。如图9所示，第一臂部821(例如，上基部)在第一臂部821的近端PE1处安装到第一运动机构831(例如，旋转关节)。第一运动机构831位于下支撑基部BSE’的上端，并具有沿Z轴线对准的旋转轴线RA1’。应当理解，光轴线OA1和标尺成像轴线方向SIA可以与Z轴线对准，使得当它们被布置在期望的操作结构中时，第一臂部821在垂直于光轴线OA1和标尺成像轴线方向SIA的平面中旋转。位置传感器SEN′(例如，旋转编码器)可用于确定第一臂部821的角位置(例如，角方位)。第二运动机构832位于第一臂部821的远端DE1附近。第二运动机构832具有名义上垂直于Z轴线的旋转轴线RA2’。第二臂部822在第二臂部822的近端PE2处安装到第二运动机构832，使得第二臂部822围绕旋转轴线RA2’移动。位置传感器EN2’可用于确定第二臂部822的角位置A2’。第三运动机构833位于第二臂部822的远端DE2。第三运动机构833具有名义上垂直于Z轴线的旋转轴线RA3’。第三臂部823在第三臂部823的近端PE3处安装到第三运动机构833，使得第三臂部823围绕旋转轴线RA3’运动。位置传感器EN3’可用于确定第三臂部823的角位置A3’。第四运动机构834位于第三臂部823的远端DE3。第四运动机构834具有名义上垂直于Z轴线的旋转轴线RA4。第四臂部824在第四臂部824的近端PE4处安装到第四运动机构834，使得第四臂部824围绕旋转轴线RA4旋转。位置传感器EN4可用于确定第四臂部824的角位置(例如，在平行于Z轴线的平面中)。第五运动机构835可以位于第四臂部824的远端DE4，并且具有旋转轴线RA5，在各种实施方式中，旋转轴线RA5可以名义上垂直于旋转轴线RA4。第五臂部825(例如支架)在第五臂部825的近端PE5处安装到第五运动机构835，使得第五臂部825围绕旋转轴线RA5旋转。位置传感器EN5可用于确定第五臂部825和/或XY标尺870围绕旋转轴线RA5的角位置。在一些实施方式中，可能希望平行于旋转轴线RA5布置XY标尺870的标尺平面，如下面更详细描述的。如图9所示，第二和第三臂部822和823可以各自分别具有指定的中心线CL2’和CL3，它们沿着各自臂部的中心向下延伸。角度A2’(例如，其可以对应于第二运动机构832的旋转量)可以被指定为出现在第二臂部822的中心线CL2’和平面(例如，在操作结构中平行于标尺平面，当光轴线OA1平行于z轴线时，其可以在x-y平面中)之间。角度A3’可以被指定为出现在第二臂部822的中心线CL2’和第三臂部823的中心线CL3之间(例如，根据第三运动机构833绕第三旋转轴线RA3’的旋转量)。应当理解，其他臂部可以类似地具有对应的参考线和/或轴线等，用于参考可动臂结构MAC’的组件的某些运动、坐标和角度。

在各种实施方式中，可动XY标尺870(例如，如图8和9所示)可以被描述为通过远端子部分联接到可动臂结构MAC’的中心子部分(例如，包括臂部823和至少一些近端元件)，该远端子部分包括围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构834的臂部824)和围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构835的支架或臂部825)。如前所述，运动机构834和835可被视为操作对准致动器结构AAct，并且可用于提供上面概述的和下面更详细描述的期望的操作对准。在图9所示的示例性操作对准致动器结构中，旋转轴线RA5名义上平行于XY标尺870的标尺平面，名义上垂直于标尺成像轴线SIA。旋转轴线RA4名义上垂直于旋转轴线RA5。根据在此使用的惯例，定向成使得二者方向矢量的点积为零的两个轴线将被理解为正交或垂直的，而不管它们是否相交。应当理解，旋转轴线的这种布置允许简单方便的运动控制和传感器处理，但是它仅仅是示例性的而非限制性的。尽管在该实施方式中，操作对准致动器结构AAct的旋转元件被包括在可动臂结构MAC’中，但是在其他实施方式中，旋转元件(典型地，第一和第二旋转元件)可以被包括在位于可动臂结构MAC的远端附近的离散操作对准致动器结构中(例如，如下面参考图12和13所述)。

在图9(和10)所示的实施方式中，旋转轴线RA4平行于可动臂结构MAC’的一个或多个其他旋转轴线(例如，RA2、RA3)。应当理解，在这种情况下，如果旋转轴线RA4在与可动臂结构MAC’中的平行旋转轴线的角旋转相反且相等的方向上反向旋转，则如果需要，辅助度量位置坐标确定***850的期望操作结构可以在机器人810的各种运动或定位中保持。更一般地，XY相对于可动臂结构MAC’锁定或可调节/旋转到不同的固定方位/位置，以便实现用于特定测量的期望取向/位置。

在各种实施方式中，末端工具ETL可以安装(例如，联接)到靠近第五臂部825的远端DE5的末端工具安装构造ETMC。末端工具ETL可以被指定为具有末端工具轴线EA(例如，穿过触针ETST的中间和/或中心轴线)。在示出的实施方式中，末端工具轴线EA穿过末端工具位置ETP，并且具有从XY标尺870偏移的已知坐标位置(例如，对于Z坐标位置偏移分量，如偏移量LoffMP所示)，并且在操作结构中平行于标尺成像轴线方向SIA(例如，使得具有触笔ETST的末端工具ETL平行于标尺成像轴线方向SIA取向)。如先前参考图2A-2B所概述的，在末端工具位置ETP和XY标尺870之间可能存在已知的坐标位置偏移。例如，XY标尺870可以具有指定的参考点(例如，在XY标尺870的中心或边缘)，该参考点具有从末端工具轴线EA(例如，相应地从末端工具位置ETP)偏移的已知坐标位置(例如，在平行于标尺平面或其他平面的平面中的已知距离)。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的偏移分量来表示。

如前所述，末端工具位置ETP和XY标尺870之间的已知坐标位置偏移可以用作确定末端工具位置ETP的度量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为使得，度量位置坐标处理部分885基于确定所采集图像中所识别的(即，XY标尺870的)至少一个相应可成像特征的图像位置，来确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出XY标尺870和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构860定义)之间的相对位置。辅助度量位置坐标确定***850还可以被配置为基于经确定度量位置坐标(所述度量位置坐标给出相对位置(即，在XY标尺870和第一参考位置REF1之间))以及末端工具位置ETP和/或末端工具的测量点位置MP和可动XY标尺870之间的已知坐标位置偏移来确定末端工具位置ETP和/或末端工具的测量点位置MP的度量位置坐标。在一个具体的示例实施方式中，已知坐标位置偏移(例如，以已知偏移分量表示，例如已知x偏移和已知y偏移以及已知z偏移)可以被添加到经确定度量位置坐标或以其他方式与经确定度量位置坐标组合，所述度量位置坐标指示相对位置(即，在XY标尺870和第一参考位置REF1之间)，以便确定末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标。

作为一个特定的示例位置坐标结构，在操作结构中标尺成像轴线方向SIA平行于z轴线的实施方式中，XY标尺870可以被指定为具有在Z0 X0，Y0的原点(例如，对于标尺中心的原点位置，其可以具有0，0，0的标尺坐标值)。参考位置REF1(即，如由固定的第一成像结构860定义的)可以具有X1、Y1、Z1的度量坐标，并且对应的视场FOV1(例如，对应于所采集图像)的中心可以在X1、Y1、Z0的度量坐标处。从XY标尺870延伸的x-y平面中的末端工具轴线EA的位置可以被指定为具有X2、Y2的相对度量位置坐标。末端工具位置ETP可以被指定为具有X2、Y2、Z2的度量位置坐标。在各种实施方式中，末端工具ETL可以具有测量点MP(例如，在用于接触工件的末端工具触针ETST的末端)，其可以被指定为具有度量位置坐标X3、Y3、Z3。在末端工具ETL的测量点MP相对于末端工具的其余部分不沿x或y方向变化并且在操作结构中末端工具轴线EA平行于z轴线的实施方式中，X3坐标和Y3坐标可以分别等于X2坐标和Y2坐标。

在一个具体的示例性实施方式中，可以由度量位置坐标处理部分885分析所采集图像，以确定对应于度量位置坐标X1、Y1的标尺坐标，度量位置坐标X1、Y1对应于固定的第一成像结构860的视场FOV1的中心。这种确定可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行(例如，用于确定摄像头相对于标尺的位置)。这种技术的各种例子在美国专利No.6,781,694；6,937,349；5,798,947；6,222,940和6,640,008，它们中的每一个在此全部引入作为参考。在各种实施方式中，这种技术可用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺870内)的视场FOV1的位置(例如，对应于摄像头的位置)，如以上参考图4和5所述。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺870的所采集图像中包括的至少一个相应的可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定度量位置坐标，该坐标给出XY标尺870和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构860定义的)之间的相对位置。然后可以根据末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与XY标尺870之间的已知坐标位置偏移来确定相对X2、Y2坐标(即末端工具位置ETP的坐标)(例如，将已知的x和y以及z位置偏移值加到X1和Y1以及Z0上，以便确定X2、Y2、Z2和/或X3、Y3和Z3)。

总结图9所示的实施操作，在如上所述提供的期望操作结构中，基于未对准传感器ASen并由其指示，残余未对准MisAng被减小到零。因此，基本上防止了依赖于残余未对准MisAng(例如，先前参考图2A-3B概述的)的误差，并且不需要校正或补偿。例如，各种部件之间的各种偏移量和/或未对准误差可以被确定和/或保存为校准数据，并如本文所概述的那样使用，而不需要额外的校正或补偿，否则会由于非零的残余未对准而产生额外的校正或补偿。

图10是类似于图9的机器人***900的机器人***1000的第六示例性实施方式的一部分的轴测图，但是第一成像结构860和操作对准子***OAS的对准传感器ASen联接到可动臂结构MAC’的移动元件，对准传感器ASen控制第一成像结构860相对于位于固定元件STE上的XY标尺870的操作对准。

在图10的结构中，与XY标尺870联接的固定元件STE可以包括布置在机器人810上方的框架。在图10所示的实施方式中，操作对准致动器结构AAct包括运动机构834和835，它们被包括在可动臂结构MAC’中，并用于操作对准子***OAS，如前面参考图9所述。第一成像结构860和对准传感器ASen联接到臂部或支架825，并由此联接到操作对准致动器结构AAct，并由此联接到可动臂结构MAC’的残余部分。在其他结构中，可以利用其他联接结构来将第一成像结构860联接到可动臂结构MAC’。在各种实施方式中，联接到可动臂结构MAC’的第一成像结构860的位置和/或取向可以是可调的，但是也可以临时锁定或以其他方式固定在给定的位置/取向(例如，用于一系列测量等)。在任何情况下，在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，第一成像结构860可以被布置成使得第一成像结构860的光轴线OA1平行于标尺成像轴线方向SIA的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的聚焦范围内。

机器人810可以基本上如先前参考图9所述。在各种实施方式中，可动第一成像结构860(例如，如图10所示)可以被描述为通过远端子部分联接到可动臂结构MAC’的中心子部分(例如，包括臂部823和至少一些近端元件)，该远端子部分包括围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构834的臂部824)和围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构835的支架或臂部825)。如前所述，运动机构834和835可被视为操作对准致动器结构AAct，并且可用于提供上面概述的和下面更详细描述的期望的操作对准。在一些实施方式中，会希望将第一成像结构860的光轴线OA1布置成垂直于旋转轴线RA5，例如如图10所示，并且在下面更详细地描述。旋转轴线RA4名义上垂直于旋转轴线RA5。根据在此使用的惯例，定向成使得方向矢量的点积为零的两个轴线将被理解为正交或垂直的，而不管它们是否相交。应当理解，旋转轴线的这种布置允许简单方便的运动控制和传感器处理，但是它仅仅是示例性的而非限制性的。尽管在该实施方式中，操作对准致动器结构AAct的旋转元件被包括在可动臂结构MAC’中，但是在其他实施方式中，旋转元件(典型地，第一和第二旋转元件)可以被包括在位于可动臂结构MAC的远端附近的离散操作对准致动器结构中(例如，如下面参考图12和13所述)。

在图10所示的实施方式中，旋转轴线RA4平行于可动臂结构MAC’的一个或多个其他旋转轴线(例如，RA2、RA3)。应当理解，在这种情况下，如果旋转轴线RA4在与可动臂结构MAC’中的平行旋转轴线的角旋转相反且相等的方向上反向旋转，则如果需要，可以在机器人810的各种运动或定位中保持辅助度量位置坐标确定***850的期望操作结构。更一般地，XY标尺相对于可动臂结构MAC’锁定或可调节/可旋转到不同的固定取向/位置，以便实现用于特定测量的期望取向/位置。

在各种实施方式中，末端工具ETL可以安装(例如，联接)在第五臂部825的远端DE5附近，其结构具有基本上如前面参考图9所述的功能特点和特征(除了各种偏移尺寸的各种微小差异等)。如先前参考图3A-3B所概述的，在末端工具位置ETP和第一成像结构860之间可能存在已知的坐标位置偏移(例如，对于Z坐标位置偏移分量，如偏移量LoffMP所示)。例如，第一成像结构860可以具有指定的参考点(例如，在其透镜的中心，在度量坐标位置标记X1，Y1，Z1处)，该参考点具有相对于末端工具位置ETP偏移的已知坐标位置。在各种实施方式中，这种已知的坐标位置偏移可以用已知的偏移分量来表示。

如前所述，末端工具位置ETP和第一成像结构860之间的已知坐标位置偏移可以用作确定末端工具位置ETP的度量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为使得度量位置坐标处理部分885基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征(即，XY标尺870)的图像位置，来确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出第一成像结构860和第一参考位置REF1(即，由固定XY标尺870定义)之间的相对位置。辅助度量位置坐标确定***850还可以被配置为基于经确定度量位置坐标(所述度量位置坐标给出相对位置(即，在第一成像结构860和第一参考位置REF1之间))以及末端工具的末端工具位置ETP和/或测量点位置MP与可动第一成像结构860之间的已知坐标位置偏移来确定末端工具的末端工具位置ETP和/或测量点位置MP的度量位置坐标。在一个特定的示例实施方式中，已知坐标位置偏移(例如，以已知偏移分量表示，例如已知x偏移和已知y偏移以及已知z偏移)可以被添加到经确定度量位置坐标或以其他方式与经确定度量位置坐标组合，所述度量位置坐标指给出相对位置(即，在第一成像结构860和第一参考位置REF1之间)，以便确定末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标。

作为一个特定的示例位置坐标结构，在操作结构中光轴线OA1平行于标尺成像轴线SIA和Z轴线的实施方式中，XY标尺870可以被指定为具有在REF1位置X0，Y0，Z0处的原点。标尺中心的原点位置可以具有0，0，0的标尺坐标值，这使得标尺坐标系和度量坐标系在该特具体实施方式中重合。沿着第一成像结构860的光轴线在视场FOV1(例如，对应于所采集图像)的中心的位置可以位于度量坐标X1，Y1，Z0。然后，第一成像结构860的参考点可以被理解为在期望的操作结构中具有度量坐标X1，Y1，Z1。末端工具位置ETP可以被指定为具有度量位置坐标X2、Y2、Z2。在各种实施方式中，末端工具ETL可以具有测量点MP(例如，在用于接触工件的末端工具触针ETST的末端)，其可以被指定为具有度量位置坐标X3、Y3、Z3。在末端工具ETL的测量点MP和末端工具位置ETP相对于第一成像结构860的参考点不沿x或y方向变化的实施方式中，X2、Y2和X3、Y3坐标可以分别等于X1、Y1坐标。

在一个具体的示例性实施方式中，可以由度量位置坐标处理部分885分析所采集图像，以确定对应于度量位置坐标X1、Y1的标尺坐标，度量位置坐标X1、Y1对应于固定的第一成像结构860的视场FOV1的中心。可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行这种确定(例如，用于确定摄像头相对于标尺的位置)。这种技术的各种例子在美国专利No.6,781,694；6,937,349；5,798,947；6,222,940和6,640,008中描述，它们中的每一个在此全部引入作为参考。在各种实施方式中，这种技术可用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺870内)的视场FOV1的位置(例如，对应于摄像头的位置)，如以上参考图4和5所述。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺870的所采集图像中包括的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定度量位置坐标，该坐标给出第一成像结构860和第一参考位置REF1(即，由固定的XY标尺870定义的)之间的相对位置。然后可以根据末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与第一成像结构860之间的已知坐标位置偏移来确定末端工具ETL的相对X、Y坐标(即末端工具位置ETP)和/或测量点位置MP(例如，将已知的X、Y和Z位置偏移值加到X1和Y1和Z1上，以便确定X2、Y2、Z2和/或X3、Y3和Z3)。

总结图10所示的实施方式操作，在如上所述提供的期望操作结构中，基于未对准传感器ASen并让其所指示的，残余未对准MisAng被减小到零。因此，基本上防止了依赖于残余未对准MisAng(例如，先前参考图2A-3B概述的)的误差，并且不需要校正或补偿。例如，各种部件之间的各种偏移量和/或未对准误差可以被确定和/或保存为校准数据，并如本文所概述的那样使用，而不需要额外的校正或补偿，否则会由于非零的残余未对准而产生额外的校正或补偿。

上面参照图9和10描述的实施方式使用可操作的对准致动器AAct，该对准致动器AAct被包括在可动臂结构MAC中。应当理解，如果需要，操作对准子***OAS可以替代地提供一组离散的操作对准致动器AAct(例如，如果相关联的可动臂结构还没有包括由操作对准子***OAS使用的适当致动器)。这种离散的一组操作对准致动器可以基本上如上面参考图9和10所概述的那样操作，并且可以根据本文公开的原理提供类似的益处。图12和13显示了这样的实施方式。

图12是示出类似于图2A和2B的机器人***的机器人***1200的一部分实施方式的轴测图，其中XY标尺870和对准传感器ASen以及操作对准子***OAS的对准致动器结构AAct联接到移动元件，并且对准传感器ASen和对准致动器结构AAct用于控制XY标尺870相对于位于固定元件STE上的成像结构860的操作对准。与操作对准子***OAS相关的特征和操作类似于上面参考图9概述的那些。应当理解，类似于上述编号方案，图12的某些命名或编号的组件(例如，1XX、8XX、8XX’)可以对应于和/或具有与图2A、2B和9或其他图的相同或相似命名或编号的对应组件(例如，1XX、8XX)相同和/或相似的操作，并且可以被理解为与其相似或相同，并且可以通过类比来理解，如下所述。如上所述，表示具有类似和/或相同设计和/或功能的元件的命名和编号方案通常应用于本申请的各种附图(例如，图1-5、8、9、10、12和13)。

在图12的结构中，与第一成像结构860联接的固定元件STE可以包括布置在机器人810上方的框架。活动臂结构MAC可以与图2A所示相同。在图12所示的实施方式中，操作对准致动器结构AAct包括离散运动机构834’和835’，它们可以是操作对准子***OAS的一部分。例如，操作对准致动器结构AAct可以联接到臂部或支架825，该臂部或支架825可以联接到末端工具结构ETCN中的末端工具ETL和XY标尺870，该末端工具结构ETCN机械地和电气地连接到末端工具安装结构ETMC处的可动臂结构MAC。在图示的实施方式中，离散运动机构834’和835’仅需要分别满足围绕旋转轴线RA4’和RA5’的相对小角度范围内的运动。因此，它们可以集成在如图12示意性示出的低矮轮廓和紧凑的双轴线致动器中。与这种致动器相关的教导例如公开在美国专利No.5,583,691和9,323,025，其全部内容通过引用结合于此。应当理解，来自离散运动机构834’和835’的控制和位置信号可以与机器人***的控制和位置信号相结合，该机器人***包括如前所述和/或本领域公知的可动臂结构MAC。

在各种实施方式中，XY标尺870的位置和/或取向，如联接到操作对准致动器结构AAct并由此联接到可动臂结构MAC，可以是可调节的，但是它也可以临时锁定或以其他方式固定在给定的位置/取向(例如，用于一系列测量等)。在任何情况下，在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，第一成像结构860可以被布置成使得第一成像结构860的光轴线OA1平行于标尺成像轴线方向SIA的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的聚焦范围内。

如图12所示，运动机构834’具有旋转轴线RA4，在一些实施方式中，旋转轴线RA4可以名义上垂直于Z轴线(例如，在没有显著下垂或扭曲的情况下)。运动机构834’可以包括联接到运动机构834’的致动器部分AP824(例如板)，使得致动器部分AP824围绕旋转轴线RA4旋转。运动机构834’的位置传感器可用于确定致动器部分AP824的角位置(例如，在平行于Z轴线的平面中)。

运动机构835’可以联接到致动器部分AP824，并且具有旋转轴线RA5，在各种实施方式中，旋转轴线RA5可以名义上垂直于旋转轴线RA4。运动机构835’可以包括联接到运动机构835’的致动器部分AP825(例如板)，使得致动器部分AP825围绕旋转轴线RA5旋转。臂部825’(例如支架)可以安装到致动器部分AP825。运动机构835’的位置传感器可用于确定致动器部分AP825、臂部825’和/或XY标尺870围绕旋转轴线RA5的角位置。在一些实施方式中，会希望平行于旋转轴线RA5布置XY标尺870的标尺平面。

在各种实施方式中，可动XY标尺870可以被描述为通过离散操作对准致动器结构AAct联接到可动臂结构MAC的中心子部分(例如，包括臂部130和至少一些与其邻近的元件)，其包括围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构834’的致动器部分AP824)和围绕旋转轴线RA5旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构835’的致动器部分AP825和/或支架或臂部825’)。在图12所示的示例性操作对准致动器结构AAct中，旋转轴线RA5名义上平行于XY标尺870的标尺平面，名义上垂直于标尺成像轴线SIA。旋转轴线RA4名义上垂直于旋转轴线RA5。应当理解，旋转轴线的这种布置允许简单方便的运动控制和传感器处理，但是它仅仅是示例性的而非限制性的。

在图12所示的实施方式中，可动臂结构MAC被配置为使得一旦通过使用对准传感器ASen和操作对准致动器AAct建立了辅助度量位置坐标确定***850的期望操作结构，则如果期望的话，该期望操作结构可以在机器人810的各种移动或定位期间被名义上保持。如果希望在操作结构中确保最佳可能的对准，则可以通过调整操作对准致动器AAct的位置而在任何期望的时间调整操作对准，以基于对准传感器ASen且按其指示来提供期望的操作对准。

如前所述，末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与XY标尺870之间的已知坐标位置偏移可以用作确定末端工具位置ETP的度量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为使得度量位置坐标处理部分885基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征(即，XY标尺870的)的图像位置，来确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出XY标尺870和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构860定义)之间的相对位置。辅助度量位置坐标确定***850还可以被配置为，基于经确定度量位置坐标(所述度量位置坐标给出相对位置(即，在XY标尺870和第一参考位置REF1之间))以及末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与可动XY标尺870之间的已知坐标位置偏移，确定末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标。在一个具体的示例实施方式中，已知坐标位置偏移(例如，以已知偏移分量表示，例如已知x偏移和已知y偏移以及已知z偏移)可以被添加到经确定度量位置坐标或以其他方式与经确定度量位置坐标组合，所述度量位置坐标给出相对位置(即，在XY标尺870和第一参考位置REF1之间)，以便确定末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标。

在一个具体的示例性实施方式中，可以由度量位置坐标处理部分885分析所采集图像，以确定对应于度量位置坐标X1、Y1的标尺坐标，度量位置坐标X1、Y1对应于固定的第一成像结构860的视场FOV1的中心。这种确定可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行(例如，用于确定摄像头相对于标尺的位置)。在各种实施方式中，这种技术可用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺870内)的视场FOV1的位置(例如，对应于摄像头的位置)，如以上参考图4和5所述。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺870的所采集图像中包括的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出XY标尺870和第一参考位置REF1(即，由固定的第一成像结构860定义)之间的相对位置。然后可以根据末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与XY标尺870之间的已知坐标位置偏移来确定相对X2、Y2坐标(即末端工具位置ETP的坐标)(例如，将已知的x和y以及z位置偏移值加到X1和Y1和Z0上，以便确定X2、Y2、Z2和/或X3、Y3和Z3)。

总结图12中所示的实施方式操作，在如上所述提供的期望操作结构中，残余未对准MisAng基于未对准传感器ASen且如其指示地被减小到零。因此，基本上防止了依赖于残余未对准MisAng(例如，先前参考图2A-3B概述的)的误差，并且不需要校正或补偿。例如，各种部件之间的各种偏移量和/或未对准误差可以被确定和/或保存为校准数据，并如本文所概述的那样使用，而不需要额外的校正或补偿，否则会由于非零的残余未对准而产生额外的校正或补偿。

图13是示出类似于图12和3A以及3B的机器人***的机器人***1300的一部分实施方式的轴测图，其中成像结构860和操作对准子***OAS的对准传感器ASen和对准致动器结构AAct联接到移动元件，并且对准传感器ASen和对准致动器结构AAct用于控制成像结构860相对于位于固定元件STE上的XY标尺870的操作对准。

与操作对准子***OAS相关联的特征和操作类似于上面参考图10和12概述的那些。应当理解，类似于上述编号方案，图13的某些命名或编号的组件(例如，1XX、8XX、8XX’)可以对应于和/或具有与图3A、3B、10和12的相同或类似命名或编号的对应组件(例如，1XX、8XX)或其他附图相同或类似的操作，并且可以被理解为与其相似或相同，并且可以通过类比来理解，如下所述。

在图13的结构中，与XY标尺870联接的固定元件STE可以包括布置在机器人810上方的框架。活动臂结构MAC可以与图2A或3B所示相同。在图13所示的实施方式中，操作对准致动器结构AAct包括离散运动机构834’和835’，它们可以是操作对准子***OAS的一部分。例如，操作对准致动器结构AAct可以联接到臂部或支架825，该臂部或支架825可以联接到第一成像结构860和在末端工具结构ETCN中的末端工具ETL，该末端工具结构ETCN机械地和电气地连接到末端工具安装结构ETMC处的可动臂结构MAC。在所示的实施方式中，离散运动机构834’和835’仅需要分别满足围绕旋转轴线RA4’和RA5’的相对小角度范围内的运动。因此，它们可以集成在如图13示意性示出的低矮轮廓和紧凑的双轴线致动器中。与这种致动器相关的教导公开在例如美国专利No.55,583,691和9,323,025，其全部内容通过引用结合于此。应当理解，来自离散运动机构834’和835’的控制和位置信号可以与机器人***的控制和位置信号相结合，该机器人***包括如前所述和/或本领域公知的可动臂结构MAC。

在各种实施方式中，第一成像结构860的位置和/或取向(如联接到操作对准致动器结构AAct并由此联接到可动臂结构MAC)可以是可调节的，但是它也可以临时锁定或以其他方式固定在给定的位置/取向(例如，用于一系列测量等)。在任何情况下，在辅助度量位置坐标确定***850的操作结构中，第一成像结构860可以被布置成使得第一成像结构860的光轴线OA1平行于标尺成像轴线方向SIA的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的聚焦范围内。

如图13所示，运动机构834’具有旋转轴线RA4，在一些实施方式中，旋转轴线RA4可以名义上垂直于Z轴线(例如，在没有显著下垂或扭曲的情况下)。运动机构834’可以包括联接到运动机构834’的致动器部分AP824(例如板)，使得致动器部分AP824围绕旋转轴线RA4旋转。运动机构834’的位置传感器可用于确定致动器部分AP824的角位置(例如，在平行于Z轴线的平面中)。

运动机构835’可以联接到致动器部分AP824，并且具有旋转轴线RA5，在各种实施方式中，旋转轴线RA5可以名义上垂直于旋转轴线RA4。运动机构835’可以包括联接到运动机构835’的致动器部分AP825(例如板)，使得致动器部分AP825围绕旋转轴线RA5旋转。臂部825’(例如支架)可以安装到致动器部分AP825。运动机构835’的位置传感器可用于确定致动器部分AP825、臂部825’和/或XY标尺870围绕旋转轴线RA5的角位置。在一些实施方式中，会希望将第一成像结构860的光轴线OA1布置成垂直于旋转轴线RA5。

在各种实施方式中，可动第一成像结构860可以被描述为通过离散操作对准致动器结构AAct联接到可动臂结构MAC的中心子部分(例如，包括臂部130和至少一些与其邻近的元件)，其包括围绕旋转轴线RA4旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构834’的致动器部分AP824)和围绕旋转轴线RA5旋转的旋转元件(例如，联接到运动机构835’的致动器部分AP825和/或支架或臂部825’)。在图13所示的示例性操作对准致动器结构AAct中，旋转轴线RA5名义上垂直于第一成像结构860的光轴线OA1并与之对准。旋转轴线RA4名义上垂直于旋转轴线RA5。应当理解，旋转轴线的这种布置允许简单方便的运动控制和传感器处理，但是它仅仅是示例性的而非限制性的。

在图13所示的实施方式中，可动臂结构MAC被配置为使得一旦通过使用对准传感器ASen和操作对准致动器AAct建立了辅助度量位置坐标确定***850的期望操作结构，则如果期望的话，可以在机器人810的各种移动或定位期间名义上保持该期望操作结构。如果希望在操作结构中确保最佳可能的对准，则可以通过调整(一个或多个)操作对准致动器AAct的位置而在任何期望的时间调整操作对准，以基于对准传感器ASen且如其指示地提供期望的操作对准。

如前所述，末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与第一成像结构860之间的已知坐标位置偏移可以用作确定末端工具位置ETP的度量位置坐标的过程的一部分。更具体地，如上所述，辅助度量位置坐标确定***850可以被配置为使得，度量位置坐标处理部分885基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征(即，XY标尺870)的图像位置，来确定度量位置坐标，该度量位置坐标给出第一成像结构860和第一参考位置REF1(即，由固定XY标尺870定义)之间的相对位置。辅助度量位置坐标确定***850还可以被配置为，基于经确定度量位置坐标以及末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与可动第一成像结构860之间的已知坐标位置偏移来确定末端工具的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标，所述度量位置坐标给出相对位置(即，在第一成像结构860和第一参考位置REF1之间)。在一个特定的示例实施方式中，已知坐标位置偏移(例如，以已知偏移分量表示，例如已知x偏移和已知y偏移以及已知z偏移)可以被添加到经确定度量位置坐标或以其他方式与经确定度量位置坐标组合，所述度量位置坐标给出相对位置(即，在第一成像结构860和第一参考位置REF1之间)，以便确定末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP的度量位置坐标。

在一个具体的示例性实施方式中，可以由度量位置坐标处理部分885分析所采集图像，以确定对应于度量位置坐标X1、Y1的标尺坐标，度量位置坐标X1、Y1对应于固定的第一成像结构860的视场FOV1的中心。这种确定可以根据标准摄像头/标尺图像处理技术进行(例如，用于确定摄像头相对于标尺的位置)。在各种实施方式中，这种技术可用于确定标尺范围内(例如，在XY标尺870内)的视场FOV1的位置(例如，对应于摄像头的位置)，如以上参考图4和5所述。在各种实施方式中，这种确定可以包括识别XY标尺870的所采集图像中包括的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。这种确定可以对应于确定度量位置坐标，该坐标过程第一成像结构860和第一参考位置REF1(即，由固定的XY标尺870定义的)之间的相对位置。然后，可以根据末端工具ETL的测量点位置MP和/或末端工具位置ETP与XY标尺870之间的已知坐标位置偏移来确定相对X2、Y2和/或X3 Y3坐标(例如，将已知的x和y以及z位置偏移值加到X1和Y1以及Z0，以便确定X2、Y2、Z2和/或X3、Y3和Z3。

总结图13所示实施方式的操作，在如上所述提供的期望操作结构中，残余未对准MisAng基于未对准传感器ASen并如其指示地被减小到零。因此，基本上防止了依赖于残余未对准MisAng(例如，先前参考图2A-3B概述的)的误差，并且不需要校正或补偿。例如，各种部件之间的各种偏移量和/或未对准误差可以被确定和/或保存为校准数据，并如本文所概述的那样使用，而不需要额外的校正或补偿，否则会由于非零的残余未对准而产生额外的校正或补偿。

图11是示出用于操作机器人***的例程1100的示例性实施方式的流程图，该机器人***包括机器人和辅助度量位置坐标确定***，该辅助度量位置坐标确定***包括操作对准子***，该操作对准子***包括操作对准致动器结构AAct。如图11所示，在判定框1110，确定机器人***是否将在辅助度量位置坐标模式下操作。在各种实施方式中，辅助度量位置坐标模式或标准机器人位置坐标模式的选择和/或激活可以由用户做出和/或可以由***响应于某些操作和/或指令自动做出。例如，在一个实施方式中，当机器人移动到特定位置时(例如，将末端工具从执行组装或其他操作的一般区域移动到通常执行工件检查操作和/或使用辅助度量位置坐标模式的更具体区域)，可以进入辅助度量位置坐标模式(例如，自动地或根据用户的选择)。在各种实施方式中，这种模式可以由外部控制***来实现(例如，如图1的外部控制***ECS，其利用标准机器人位置坐标模式部分147和辅助度量位置坐标模式部分187；或者图8的外部控制***ECS′，其利用标准机器人位置坐标模式部分849和辅助度量位置坐标模式部分887)。在各种实施方式中，混合模式可以独立操作，或者作为辅助度量位置坐标模式的一部分操作，和/或可以作为模式之间的切换来实现，如前面参考图7所述。

如果在判定框1110确定机器人***不在辅助度量位置坐标模式下操作，则例程前进到框1115，在该处机器人***在标准机器人位置坐标模式下操作。作为标准机器人位置坐标模式的一部分，机器人的位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)被用来按机器人精度(例如，其至少部分基于机器人的位置传感器的精度)控制和确定机器人运动以及末端工具的相应末端工具位置或测量点位置。如前所述，机器人的位置传感器可以以比利用XY标尺确定的位置信息更低的精确度来指示可动臂结构MAC或MAC'的位置(例如臂部的位置)。一般而言，机器人位置坐标模式可以对应于机器人的独立和/或标准操作模式(例如，这样的模式：例如当辅助度量位置坐标确定***未激活或未被提供时，机器人独立操作)。

如果机器人***将在辅助度量位置坐标模式下操作，则例程前进到框1120，在该处，机器人和辅助度量位置坐标确定***被配置为操作所述操作对准子***和操作对准致动器结构，以基于对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准，从而提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构。标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义上重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向。在操作结构中，XY标尺和第一成像结构被布置成使得，第一成像结构的光轴线平行于由对准信号指示的标尺成像轴线方向的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向位于第一成像结构的聚焦范围内。

如前所述，在各种实施方式中，用于提供操作结构的该过程可以包括使用操作对准致动器AAct进行各种位置调整，操作对准致动器AAct可以包括操作对准子***OAS的离散致动器和/或包括在可动臂结构MAC’或MAC’中的致动器。作为一个具体示例，在图8、9和10的实施方式中，第四和第五运动机构834和835可以***作为旋转第四和第五臂部824和825，从而旋转XY标尺870，以使标尺成像轴线方向SIA平行于光轴线OA1，如对准传感器ASen的对准信号所示。在某些实施方式中，这种调整可以自动进行或者由用户或检查程序等指导进行。在各种实施方式中，可以对第一成像结构860进行各种调整(例如，可以调整放大率和/或聚焦范围等)，以便使标尺平面沿着标尺成像轴线方向SIA位于第一成像结构860的聚焦范围内。

在框1130，接收至少一个输入信号(例如，在图像触发部分，例如图像触发部分181或881等)，该输入信号与机器人的末端工具的测量点位置或末端工具位置相关。基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将第一成像触发信号输出到第一成像结构。第一成像结构响应于接收到第一成像触发信号，在图像采集时间采集XY标尺的数字图像。在各种实施方式中，不同类型的末端工具可以提供可以针对至少一个输入信号使用的不同类型的输出。例如，在末端工具是用于测量工件并在其接触工件时输出接触信号的接触探针的实施方式中，该接触信号或从其导出的信号可以作为至少一个输入信号输入，以基于该至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时。作为另一个例子，在末端工具是用于测量工件并提供对应于相应采样正时信号的相应工件测量采样数据的扫描探针的实施方式中，相应采样正时信号或从其导出的信号可以作为至少一个输入信号输入。作为另一个例子，在末端工具是用于提供对应于相应工件图像采集信号的相应工件测量图像的摄像头的实施方式中，该工件图像采集信号或从其导出的信号可以作为至少一个输入信号输入。

在框1140，接收所采集图像(例如，在度量位置坐标处理部分，例如度量位置坐标处理部分185或885，等等)，并且识别包括在XY标尺的所采集图像中的至少一个相应可成像特征和相关的相应已知XY标尺坐标位置。在框1150，基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置，以优于机器人精度的精度水平来确定度量位置坐标，其给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置。经确定度量位置坐标给出在图像采集时的末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量(该矢量分量横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个)，精度水平优于机器人精度。在框1160，经确定位置信息(例如，给出相对位置的经确定度量位置坐标、末端工具的测量点位置或末端工具位置的经确定度量位置坐标、和/或其他相关的经确定位置信息)被用于指定的功能(例如，工件测量、机器人的可动臂结构的定位控制等)。在框1160的操作之后，例程可以结束。作为这种操作的一部分或其他，例程随后可以前进到点A，在该处，在各种实施方式中，例程可以结束。或者，在框1160的操作之后，例程可以部分或完全重复。例如，经确定位置信息(例如，来自框1160)可以对应于或以其他方式被用于确定工件上的第一表面位置，并且可以重复该例程，然后可以为其确定工件上的第二表面位置(例如，作为工件测量的一部分，例如测量工件的特征)。在重复该例程时，是否要重复框1120处的操作可能取决于具体情况。为了获得最佳精度，会希望建立在框1120处概述的操作对准，机器人的可动臂结构处于将在框1130和/或1140的操作期间使用的相同(或几乎相同)位置和/或姿势，且该操作基于对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准。然而，如果机器人臂结构足够刚硬，和/或在第二表面位置使用的位置和/或姿势接近在第一表面位置使用的位置和/或姿势，和/或在特定情况下的精度要求不太严格，则如果需要，在一些这样的情况下可以省略在框1120重复操作。

在任何情况下，通过重复该例程1100确定的给出第一和第二相对位置和/或相关位置信息的第一和第二经确定度量位置坐标被用于确定工件的尺寸，该尺寸对应于工件上的第一和第二表面位置之间的距离，该距离对应于当在相应的图像采集时间接触工件上的相应第一和第二表面位置时末端工具的相应末端工具位置或测量点位置，等等。应当理解，并非使用机器人的位置传感器(例如，旋转编码器、线性编码器等)来按机器人精度确定工件上的第一和第二表面位置，而是可以利用本文描述的技术来确定更精确的位置信息。更具体地，第一和第二表面位置的确定(即，对应于第一和第二经确定度量位置坐标，该坐标对应于XY标尺上的相应第一和第二位置，可以根据XY标尺的精度利用上述技术来确定这些坐标/位置之间的精确距离)允许以高精度确定第一和第二表面位置之间的工件相应尺寸(例如，工件特征)。

注意到上述各种技术不同于利用基准点或其他参考标记的技术(例如，与XY标尺170或870相比，对于XY标尺170或870，在每个图像中需要相同的基准点或参考标记，可以针对XY标尺170或870的整个范围确定其位置信息，并且相应地用于被包含在与成像结构160或860的视场FOV或视场1对应的图像中的XY标尺170或870的任何部分)。

应当理解，上面参照图6概述的例程可以与相应的操作对准子***OAS一起使用(例如，如参照图1-3B所述)，或者上面参照图11概述的例程可以与相应的操作对准子***OAS一起使用(例如，如下面参照图8-10和/或图12-13所述)，以实现上面参照图7所述的混合模式。特别地，这样的例程和相应的操作对准子***可以用于图7的框740的操作中。

图14是根据本文公开原理的可用于操作对准子***OAS的各种实施方式中的对准传感器ASen的第一示例性结构的图1400。根据一种类型的描述，它可以被视为激光自动准直器，用于使用对准光束束来检测XY标尺170或870等的残余未对准MisAng。如图14所示，对准传感器ASen通常可以包括激光束光源LD(例如激光二极管和透镜)、偏振分束器PBS、与激光束光源LD波长对应的四分之一波片PX、物镜L和位置传感器PSD。光源LD的发光点位于物镜L的焦点处。偏振分束器PBS位于由光源LD发射的光束的光路上，并且与光源LD相距距离“b”。偏振分束器PBS使得对准光束光束中的光偏振。如前所述，四分之一波片PX根据已知原理让对准光束光束束中的光的偏振旋转，然后对准光束ABeam通过物镜L输出到XY标尺170(870)。

如前所述，XY标尺170(870)将对准光束ABeam反射为反射的对准光束ABeamR。如图所示，反射的对准光束ABeamR通过物镜L和四分之一波片PX返回，并从偏振分束器PBS反射到位置传感器PSD。位置检测器PSD与偏振分束器PBS间隔距离“b”。

应当理解，如果XY标尺相对于对准光束ABeam具有残余未对准角θ，则反射的对准光束ABeamR将以2*θ的角度被反射，如本文前面描述的各种图中的残余未对准2*MisAng所示。因此，可以理解，聚焦在位置检测器PSD上的最终反射对准光束ABeamR的位移或位置“d”将遵循以下关系

θ＝d/2f

对于图示的结构，其中f(＝a+b)是物镜L的焦距。

应当理解，尽管前面的描述描述了一个平面中的未对准检测，但是当位置检测器PSD具有两个敏感轴线和相应的输出信号时，相同的检测器和相同的检测原理可以应用于两个平面。例如，在各种实施方式中，位置检测器PSD可以是已知类型的象限检测器，其可以为反射的对准光束ABeamR提供给出沿着相应的“X”和“Y”轴线的位移或位置“d”的已知类型差分信号。这种信号可以被视为对准传感器ASen的先前概述的对准信号ASig。

应当理解，尽管在本公开中已经参照元件170、170A、170B、870等使用了元件名称“XY标尺”，但是该元件名称仅是示例性的，而不是限制性的。它被称为参考笛卡尔坐标系的“XY标尺”，并且其描述包括名义上平面的基板(例如，名义上垂直于标尺成像轴线方向布置，在某些实施方式中可以平行于z轴线)。然而，更一般地，元件名称XY标尺应该被理解为指包括多个特征或标记的任何参考标尺，这些特征或标记对应于该参考标尺上的已知二维坐标(例如，二维中的精确和/或精确校准的位置)，只要该标尺能够如本文所公开的那样操作。例如，这样的标尺特征可以被表达和/或标记为在该参考标尺上的笛卡尔坐标系中，或在极坐标***中，或任何其他方便的坐标系中。此外，这种特征可以包括在整个操作刻度区域均匀或不均匀分布的特征，并且可以包括有刻度或无刻度的刻度标记，只要这种特征对应于刻度上已知的二维坐标并且能够如本文所公开的那样操作。

应当理解，尽管本文公开和示出的机器人***和相应的可动臂结构通常参照一定数量的臂部(例如，3个臂部、5个臂部等)来示出和描述，但是这种***不限于此。在各种实施方式中，假设机器人***包括诸如本文描述和/或要求保护的臂部，如果需要，机器人***可以包括更少或更多的臂部。

应当理解，根据机器人***的运动和/或位置，XY标尺或参考标尺和用于对标尺成像的摄像头可以相对于彼此旋转。应当理解，可以使用本领域已知的方法(例如，在所结合的参考文献中公开的方法)来精确地确定任何这种相对旋转和/或执行任何所需的坐标变换，和/或根据本文公开的原理分析摄像头和标尺的相对位置，而不管这种相对旋转如何。应当理解，在各种实施方式中，这里提到的度量位置坐标可以考虑任何这样的相对旋转。此外，应当理解，在一些实施方式中，如果需要，这里所指的度量位置坐标可以包括一组坐标，该组坐标包括任何这种相对旋转的精确确定和/或指示。

虽然已经示出和描述了本公开的优选实施方式，但是基于本公开，特征和操作顺序的示出和描述的布置中的许多变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。可以使用各种替代形式来实现本文公开的原理。此外，上述各种实施方式可以被组合以提供进一步的实现。本说明书中提及的所有美国专利和美国专利申请都通过引用整体结合于此。如果有必要，可以修改实现的各方面，以采用各种专利和申请的概念来提供进一步的实现。

根据以上详细描述，可以对实施方式进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求中公开的具体实施方式，而是应被解释为包括所有可能的实施方式以及这些权利要求被赋予的等同物的全部范围。

Claims (23)

1.一种机器人***，包括：

机器人，包括：

可动臂结构，其中，可动臂结构包括位于可动臂结构的远端附近的末端工具安装结构，并且机器人被配置为使可动臂结构运动，以便沿着末端工具工作空间中的至少两个维度让安装到末端工具安装结构的末端工具的至少一部分运动；和

运动控制***，其被配置为至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器来感测和控制可动臂结构的位置，以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具的测量点位置或末端工具位置；并且

其中：

机器人***还包括辅助度量位置坐标确定***，包括：

第一成像结构，具有第一摄像头，该第一成像结构具有光轴线；

XY标尺，包括名义平面基板和分布在基板上的多个相应可成像特征，其中，所述相应可成像特征位于XY标尺上相应的已知XY标尺坐标处，标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向；

操作对准子***OAS，包括至少一个对准传感器ASen和操作对准致动器结构，其中，对准传感器位于第一摄像头附近，并且相对于第一摄像头以刚性结构安装，并且对准传感器被配置为提供表示标尺成像轴线方向的对准信号Asig；

图像触发部分，被配置为输入与末端工具的测量点位置或末端工具位置相关的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将所述第一成像触发信号输出到所述第一成像结构，其中所述第一成像结构被配置为响应于接收到所述第一成像触发信号，在图像采集时间采集所述XY标尺的数字图像，以及

度量位置坐标处理部分，被配置为输入所采集图像，并且识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应可成像特征，以及相关的相应已知XY标尺坐标位置，并且

其中：

辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到操作对准致动器结构，该操作对准致动器结构联接到可动臂结构或作为其一部分，以及XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件，其中XY标尺或第一成像结构中固定的那个限定第一参考位置；

机器人***被配置为操作该操作对准子***和所述操作对准致动器结构，以基于所述对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准，从而提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构，其中，在所述辅助度量位置坐标确定***的操作结构中，所述XY标尺和所述第一成像结构被布置成使得，所述第一成像结构的光轴线平行于由所述对准信号指示的所述标尺成像轴线方向的方向，并且所述标尺平面沿着所述标尺成像轴线方向位于所述第一成像结构的聚焦范围内；

所述辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，当所述XY标尺或第一成像结构中可动的那个与所述XY标尺或第一成像结构中固定的那个被布置在所述操作结构中，且所述可动臂结构被定位成使所述XY标尺处于所述第一成像结构的视场中时，所述度量位置坐标处理部分可操作为基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置来确定度量位置坐标，按比机器人精度更好的精度水平，所述度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置；和

所确定的度量位置坐标给出在图像采集时末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度水平优于机器人精度。

2.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述操作对准致动器结构至少包括第一旋转元件，所述第一旋转元件围绕第一旋转轴线旋转，如果所述XY标尺是可动的那个，则所述第一旋转轴线名义上平行于所述标尺平面，如果所述第一成像结构是可动的那个，则所述第一旋转元件名义上垂直于所述光轴线。

3.根据权利要求2所述的机器人***，其中，所述操作对准致动器结构至少包括第二旋转元件，所述第二旋转元件围绕名义上垂直于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。

4.根据权利要求3所述的机器人***，其中，所述第一和第二旋转元件包括在所述可动臂结构中。

5.根据权利要求3所述的机器人***，其中，所述第一和第二旋转元件包括在离散的操作对准致动器结构中，所述操作对准致动器结构位于所述可动臂结构的远端附近。

6.根据权利要求2所述的机器人***，其中，所述中心子部分包括至少第一中心子部分旋转元件，所述第一中心子部分旋转元件围绕名义上平行于所述第一旋转轴线的旋转轴线旋转。

7.根据权利要求2所述的机器人***，其中，对于将所述XY标尺或所述第一成像结构中可动的那个联接到所述中心子部分的所述远端子部分，如果所述XY标尺是可动的那个，则不包括名义上垂直于所述标尺平面的远端子部分旋转轴线，如果所述第一成像结构是可动的那个，则不包括名义上平行于所述光轴线的远端子部分旋转轴线。

8.根据权利要求2所述的机器人***，其中，所述远端子部分包括支架，所述支架将所述XY标尺或所述第一成像结构中可动的那个联接到所述第一旋转元件。

9.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述XY标尺或所述第一成像结构中可动的那个配置为与所述末端工具安装结构和安装到所述末端工具安装结构的末端工具中的至少一个成刚性关系。

10.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述对准传感器被配置为向所述XY标尺输出对准光束，并且在所述对准传感器的位置敏感检测器上从其接收反射的对准光束，并且基于来自所述位置敏感检测器的至少一个输出来提供所述对准信号。

11.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述机器人被配置为在平行于所述标尺平面的平面中让所述XY标尺或所述第一成像结构中可动的那个运动，同时所述辅助度量位置坐标确定***处于所述操作结构中。

12.根据权利要求1所述的机器人***，其中：

当末端工具是用于测量工件并且当其接触工件时输出接触信号的接触探针时，图像触发部分被配置为输入该接触信号或从其导出的信号，作为其至少一个输入信号；或者

当末端工具是用于测量工件并提供对应于相应采样正时信号的相应工件测量采样数据的扫描探针时，图像触发部分被配置为输入该相应采样正时信号或从其导出的信号，作为其至少一个输入信号；或者

当末端工具是用于提供与相应工件图像采集信号对应的相应工件测量图像的摄像头时，图像触发部分被配置为输入该工件图像采集信号或从其导出的信号，作为其至少一个输入信号。

13.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述辅助度量位置坐标确定***被配置为，基于表示XY标尺或第一成像结构中可动那个的相对位置的经确定度量位置坐标以及末端工具的测量点位置或末端工具位置与XY标尺或第一成像结构中可动那个之间的已知坐标位置偏移，确定在图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置的度量位置坐标。

14.根据权利要求1所述的机器人***，其中，所述第一成像结构和所述对准传感器联接到所述可动臂结构，并且所述XY标尺联接到所述固定元件。

15.根据权利要求14所述的机器人***，其中，所述固定元件包括布置在所述末端工具工作空间的至少一部分上方的框架，并且所述XY标尺在所述末端工具工作空间的一部分上方固定到所述框架。

16.根据权利要求1所述的机器人***，其中：

XY标尺的相应可成像特征包括具有独特可识别图案的一组可成像特征，其中该一组可成像特征分布在基板上，使得它们间隔开的距离小于与跨经第一成像结构的视场距离对应的距离；并且，所述度量位置坐标处理部分被配置为基于其所述独特可识别图案来识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应可成像特征；或者

度量位置坐标处理部分被配置为基于其在所采集图像中的图像位置和基于对应于图像采集时间的从运动控制***导出的机器人位置数据来识别包括在XY标尺的所采集图像中的至少一个相应可成像特征，其中XY标尺的相应可成像特征包括分布在基板上的一组相似的可成像特征，使得它们彼此间隔开的距离大于机器人精度内允许的最大位置误差。

17.一种用于操作与机器人一起使用的辅助度量位置坐标确定***的方法，

该机器人包括：

可动臂结构，其中可动臂结构包括位于可动臂结构的远端附近的末端工具安装结构，并且机器人被配置为让可动臂结构运动，以便沿着末端工具工作空间中的至少两个维度让安装到末端工具安装结构的末端工具的至少一部分运动；和

运动控制***，被配置为至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器来感测和控制可动臂结构的位置，以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具的测量点位置或末端工具位置；

所述辅助度量位置坐标确定***包括：

第一成像结构，包括第一摄像头，该第一成像结构具有光轴线；

XY标尺，包括名义平面基板和分布在基板上的多个相应可成像特征，其中相应可成像特征位于XY标尺上的相应已知XY标尺坐标处，标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向；

操作对准子***OAS，包括至少一个对准传感器ASen和操作对准致动器结构，其中对准传感器位于第一摄像头附近，并且相对于第一摄像头以刚性结构安装，并且对准传感器被配置为提供表示标尺成像轴线方向的对准信号；

图像触发部分；和

度量位置坐标处理部分，

其中：

辅助度量位置坐标确定***结构配置为使得，XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到操作对准致动器结构，该操作对准致动器结构联接到可动臂结构或作为其一部分，以及XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件，其中XY标尺或第一成像结构中固定的那个限定第一参考位置；

机器人***被配置为操作该操作对准子***和所述操作对准致动器结构，以基于对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准，从而提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构，其中，在所述辅助度量位置坐标确定***的操作结构中，所述XY标尺和所述第一成像结构被布置成使得，所述第一成像结构的光轴线平行于由所述对准信号指示的所述标尺成像轴线方向的方向，并且所述标尺平面沿着所述标尺成像轴线方向位于所述第一成像结构的聚焦范围内；

该方法包括：

操作所述操作对准子***和所述操作对准致动器结构，以提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构，第一成像结构的光轴线平行于由对准信号指示的标尺成像轴线方向的方向，并且标尺平面沿着标尺成像轴线方向位于第一成像结构的聚焦范围内；

在所述图像触发部分处接收至少一个输入信号，所述输入信号与所述末端工具的测量点位置或末端工具位置相关，并且基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将所述第一成像触发信号输出到所述第一成像结构，其中所述第一成像结构响应于接收到所述第一成像触发信号，在图像采集时间采集所述XY标尺的数字图像，并且对于所述第一成像结构，当采集所述数字图像时，所述辅助度量位置坐标确定***至少名义上处于所述操作结构中；

在所述度量位置坐标处理部分接收所采集图像，并且识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应可成像特征，以及相关的相应已知XY标尺坐标位置；和

基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置，确定度量位置坐标，所述度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置，其中经确定度量位置坐标给出在图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度水平优于机器人精度。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括利用给出相对位置的经确定度量位置坐标来测量工件的特征。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述相对位置是对应于工件上的第一表面位置的第一相对位置，并且所述方法还包括：

在所述图像触发部分处接收与所述末端工具的测量点位置或末端工具位置相关的至少一个第二输入信号，并且基于所述至少一个第二输入信号确定第二成像触发信号的正时，并且将所述第二成像触发信号输出到所述第一成像结构，其中所述第一成像结构响应于接收到所述第二成像触发信号，在第二图像采集时间采集所述XY标尺的第二数字图像，并且当采集所述第二数字图像时，所述辅助度量位置坐标确定***至少名义上处于所述操作结构中；

在所述度量位置坐标处理部分接收所述第二所采集图像，并且识别包括在所述第二采集的XY标尺图像中的至少一个第二相应可成像特征，以及相关的相应第二已知XY标尺坐标位置；

基于确定第二所采集图像中所识别的至少一个第二相应可成像特征的第二图像位置，确定度量位置坐标，所述度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个和第二参考位置之间的第二相对位置，其中经确定度量位置坐标指示在第二图像采集时间的末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度水平优于机器人精度，并且第二相对位置不同于第一相对位置，并且对应于工件上不同于第一表面位置的第二表面位置；和

利用给出第一和第二相对位置的经确定度量位置坐标来确定工件的尺寸，该尺寸对应于工件上第一和第二表面位置之间的距离。

20.一种用于机器人***的辅助度量位置坐标确定***，包括：

可动臂结构，其中可动臂结构包括位于可动臂结构的远端附近的末端工具安装结构，并且机器人被配置为让可动臂结构运动，以便沿着末端工具工作空间中的至少两个维度让安装到末端工具安装结构的末端工具的至少一部分运动；和

运动控制***，被配置为至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器来感测和控制可动臂结构的位置，以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具的测量点位置或末端工具位置；

该辅助度量位置坐标确定***包括：

第一成像结构，具有第一摄像头，该第一成像结构具有光轴线；

XY标尺，包括名义平面基板和分布在基板上的多个相应可成像特征，其中相应可成像特征位于XY标尺上相应的已知XY标尺坐标处，标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向；

操作对准子***，包括至少一个对准传感器和操作对准致动器结构，其中对准传感器位于第一摄像头附近，并且相对于第一摄像头以刚性结构安装，并且对准传感器被配置为提供表示标尺成像轴线方向的对准信号；

图像触发部分，被配置为输入与末端工具的测量点位置或末端工具位置相关的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将所述第一成像触发信号输出到所述第一成像结构，其中所述第一成像结构被配置为响应于接收到所述第一成像触发信号，在图像采集时间采集所述XY标尺的数字图像，并且

度量位置坐标处理部分，被配置为输入所采集图像，并且识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应可成像特征，以及相关的相应已知XY标尺坐标位置；

其中所述辅助度量位置坐标确定***被配置为使得当其可操作地连接到机器人***时：

辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到操作对准致动器结构，该操作对准致动器结构联接到可动臂结构或作为其一部分，以及XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件，其中XY标尺或第一成像结构中固定的那个限定第一参考位置；

机器人***被配置为操作该操作对准子***和所述操作对准致动器结构，以基于对准传感器提供的对准信号来调整XY标尺或第一成像结构中可动的那个的对准，从而提供辅助度量位置坐标确定***的操作结构，其中，在所述辅助度量位置坐标确定***的操作结构中，所述XY标尺和所述第一成像结构被布置成使得，所述第一成像结构的光轴线平行于由所述对准信号指示的所述标尺成像轴线方向的方向，并且所述标尺平面沿着所述标尺成像轴线方向位于所述第一成像结构的聚焦范围内；

所述辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，当所述XY标尺或第一成像结构中可动的那个与所述XY标尺或第一成像结构中固定的那个被布置在所述操作结构中，且所述可动臂结构被定位成使所述XY标尺处于所述第一成像结构的视场中时，所述度量位置坐标处理部分可操作为基于确定所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置来确定度量位置坐标，按比机器人精度更好的精度水平，所述度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置；和

经确定度量位置坐标给出在图像采集时末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度水平优于机器人精度。

21.一种机器人***，包括：

机器人，包括：

可动臂结构，其中可动臂结构包括位于可动臂结构的远端附近的末端工具安装结构，并且机器人被配置为让可动臂结构运动，以便沿着末端工具工作空间中的至少两个维度让安装到末端工具安装结构的末端工具的至少一部分运动；和

运动控制***，被配置为至少部分地基于使用机器人中包括的至少一个位置传感器来感测和控制可动臂结构的位置，以被定义为机器人精度的精度水平来控制末端工具的测量点位置或末端工具位置；和

其中：

机器人***还包括辅助度量位置坐标确定***，包括：

第一成像结构，具有第一摄像头，该第一成像结构具有光轴线；

XY标尺，包括名义平面基板和分布在基板上的多个相应可成像特征，其中相应可成像特征位于XY标尺上相应的已知XY标尺坐标处，标尺平面被定义为与XY标尺的平面基板名义重合，并且垂直于标尺平面的方向被定义为标尺成像轴线方向；

操作对准子***OAS，包括至少一个对准传感器ASen和操作对准致动器结构，其中对准传感器位于第一摄像头附近，并且相对于第一摄像头以刚性结构安装，并且对准传感器被配置为提供表示标尺成像轴线方向的对准信号Asig；

图像触发部分，被配置为输入与末端工具的测量点位置或末端工具位置相关的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号来确定第一成像触发信号的正时，并且将所述第一成像触发信号输出到所述第一成像结构，其中所述第一成像结构被配置为响应于接收到所述第一成像触发信号，在图像采集时间采集所述XY标尺的数字图像，并且

度量位置坐标处理部分，被配置为输入所采集图像，并且识别包括在所采集的XY标尺图像中的至少一个相应可成像特征，以及相关的相应已知XY标尺坐标位置，并且

其中：

辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，的XY标尺或第一成像结构中可动的那个联接到可动臂结构，以及XY标尺或第一成像结构中的另一个联接到机器人附近的固定元件，其中XY标尺或第一成像结构中固定的那个定义第一参考位置；

机器人***被配置为至少提供辅助度量位置坐标确定***的名义操作结构，其中在辅助度量位置坐标确定***的名义操作结构中，XY标尺和第一成像结构被布置成使得第一成像结构的光轴线名义上平行于标尺成像轴线方向的方向，并且使得标尺平面沿着标尺成像轴线方向位于第一成像结构的聚焦范围内；

机器人***被配置为操作所述操作对准子***，以确定光轴线和标尺成像轴线之间的残余未对准，其由对准传感器提供的对准信号所指示；

所述辅助度量位置坐标确定***被配置为使得，当所述XY标尺或第一成像结构中可动的那个和所述XY标尺或第一成像结构中固定的那个被布置在名义操作结构中，且所述可动臂结构被定位成使所述XY标尺处于所述第一成像结构的视场中时，度量位置坐标处理部分可操作为在图像采集时间采集XY标尺的数字图像，并确定相应的残余未对准，以及基于所采集图像中所识别的至少一个相应可成像特征的图像位置和相应的残余未对准，确定第一组度量位置坐标，该第一组度量位置坐标给出XY标尺或第一成像结构中可动的那个与第一参考位置之间的相对位置，至少对于第一组度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度优于机器人精度。

22.根据权利要求21所述的机器人***，其中，所述度量位置坐标处理部分还被配置为，基于所述第一组度量位置坐标和相应的残余未对准来确定第二组度量位置坐标，所述第二组度量位置坐标给出在所述图像采集时间所述末端工具的测量点位置或末端工具位置，至少对于第二组度量位置坐标的矢量分量，该矢量分量是横向于或垂直于标尺成像轴线方向中的至少一个，精度水平优于所述机器人精度。

23.根据权利要求21所述的机器人***，其中，所述对准传感器被配置为向所述XY标尺输出对准光束，并且在所述对准传感器的位置敏感检测器上从其接收反射的对准光束，并且基于来自所述位置敏感检测器的至少一个输出来提供所述对准信号。

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