用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法，将第一测量物体安装于机器人，确定第一测量物体相对于机器人的位姿，第一测量物体为具有圆柱面的物体；将至少三个测量球放置在机器人的工作范围内，任意三个测量球不在同一条直线上；使机器人运动，直到第一测量物体的圆柱面从至少四个不同的方向与测量球表面机械接触；读取当圆柱面与表面机械接触时机器人的位姿；得到每个测量球在机器人坐标系中的球心坐标，根据测量球位于工件坐标系中的球心坐标，及在机器人坐标系中的球心坐标，计算出工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。该方法可快速确定机器人坐标系与工件坐标系之间的关系，操作简单，准确性高，并且测量仪器价格低廉。

Method and system for determining the relationship between robot coordinate system and workpiece coordinate system

【技术实现步骤摘要】
用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法及系统
本专利技术涉及机器人定位
，具体地涉及一种用于确定机器人坐标系与操作对象的工件坐标系之间的关系的方法及系统。
技术介绍
随着机器人技术的发展，无论是在工业领域、服务领域或者医疗领域都有着越来越多的应用。通过对机器人编程利用机器人抓取末端工具对其工作范围内的对象进行操作能极大的减轻人员负担、提高工作效率、实现高精度的精细作业。机器人坐标系为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行的位置指标系统。坐标系包含：基坐标系(BaseCoordinateSystem)、大地坐标系(WorldCoordinateSystem)、工具坐标系(ToolCoordinateSystem)、工件坐标系(WorkObjectCoordinateSystem)。对机器人编程的一种方法是在机器人基坐标系中进行编程，由于机器人一般来说自由度多，对于编程人员来说无法很好的理解机器人与操作对象的关系，此外当操作对象与机器人底座的位置关系发生变化时程序需要重新进行编写。对机器人编程的另一种方法是在操作对象所在的坐标系(工件坐标系)中进行编程，这样编程人员能很好的理解机器人与操作对象的关系，此外当操作对象与机器人底座的位置关系发生变化时所编写的程序进行简单的坐标变化后就能很容易重新使用，另外通过离线生产的程序也能更容易且精确的被应用并能很好的对机器人对操作对象进行的相应操作进行准确仿真。在操作对象所在坐标系中进行编程的关键之一是如何快速、便捷、准确的确定被操作对象所在的坐标系相对于机器人底座坐标系之间的关系。现有技术中，用于确定操作对象所在坐标系(工件坐标系)与机器人底座坐标系(基坐标系)之间关系常利用外部先进的标定设备进行标定，例如CCD相机和激光跟踪仪或红外多目定位仪等。这些标定方法所得的变换矩阵较为精确，可靠性高，但是标定过程较为繁琐，耗时较长，正是由于使用外部先进设备，因此这些标定方法具有很强的条件性和依赖性，再者这些标定方法所用的先进仪器都非常昂贵，标定代价高不利于广泛使用。专利CN102015221A提出了“用于明确机器人坐标系与位于机器人工作范围内的本地坐标系之间的关系的方法和系统”，该专利为实现在操作对象所在的坐标系中的方法进行编程，通过一个固定在机械臂上的测量球触碰三个分别具有三个非平行表面的凹形物体，实现操作对象所在坐标系与机器人底座坐标系之间关系的确定。该方法的准确性主要取决于测量球与凹形物体的三个非平行表面同时接触，且只存在一个测量球与三个表面的接触位置，对于三个非平行表面的倾斜角度有很高的要求。若倾斜角度太陡，则测量变得不确定；若倾斜角度太平，则难以找到测量球与三个非平行表面接触的位置；即便倾斜角度适中，在生产中大量重复进行此过程，也会导致凹形物体的磨损，降低准确性。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术目的是：提供了一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法及系统，该方法可以快速确定机器人坐标系与工件坐标系之间的关系，操作简单，准确性高，并且测量仪器价格低廉。本专利技术的技术方案是：一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法，包括以下步骤：S01：将第一测量物体安装于机器人，确定所述第一测量物体相对于所述机器人的位姿，所述第一测量物体为具有圆柱面的物体；S02：将至少三个第二测量物体放置在所述机器人的工作范围内，所述第二测量物体为具有成形为球体的突出部分的凸形物体，任意三个第二测量物体不在同一条直线上；S03：使所述机器人运动，直到所述第一测量物体的圆柱面从至少四个不同的方向与第二测量物体的球体表面机械接触；S04：读取当所述圆柱面与所述第二测量物体的球体表面机械接触时所述机器人的位姿；S05：对另外的所述第二测量物体重复所述步骤S03-S04，得到每个第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标，根据位于工件坐标系中的球心坐标，及在机器人坐标系中的球心坐标，计算出工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。优选的技术方案中，所述步骤S05中得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标的方法包括：S51：根据第一测量物体与第二测量物体机械接触时机器人当前的位姿信息计算出保持当前姿态沿第一测量物体圆柱面的轴线前进一定距离的新的位置；S52：根据两位置的坐标计算出所述第一测量物体圆柱面的轴线当前所在的直线方向向量，得到第一测量物体圆柱面的轴线当前的直线方程；S53：重复步骤S51-S52，求出另外至少3个方向的直线方程；S54：根据第一测量物体圆柱面至少四次与第二测量物体的球体表面接触时，圆柱面轴线与球面球心之间的距离的关系得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标。本专利技术还公开了一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的系统，包括：将第一测量物体安装于机器人，确定所述第一测量物体相对于所述机器人的位姿，所述第一测量物体为具有圆柱面的物体；将至少三个第二测量物体放置在所述机器人的工作范围内，所述第二测量物体为具有成形为球体的突出部分的凸形物体，所有第二测量物体不在同一条直线上；机器人驱动装置，使所述机器人运动，直到所述第一测量物体的圆柱面从至少四个不同的方向与第二测量物体的球体表面机械接触；数据记录与处理单元，记录当所述圆柱面与所述第二测量物体的球体表面机械接触时所述机器人的位姿；计算得到每个第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标，根据位于工件坐标系中的球心坐标，及在机器人坐标系中的球心坐标，计算出工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。优选的技术方案中，所述数据记录与处理单元计算得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标的方法包括：S51：根据第一测量物体与第二测量物体机械接触时机器人当前的位姿信息计算出保持当前姿态沿第一测量物体圆柱面的轴线前进一定距离的新的位置；S52：根据两位置的坐标计算出所述第一测量物体圆柱面的轴线当前所在的直线方向向量，得到第一测量物体圆柱面的轴线当前的直线方程；S53：重复步骤S51-S52，求出另外至少3个方向的直线方程；S54：根据第一测量物体圆柱面至少四次与第二测量物体的球体表面接触时，圆柱面轴线与球面球心之间的距离的关系得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标。优选的技术方案中，所述第二测量物体设置在底座上，所述第二测量物体的底部连接传感器，所述数据记录与处理单元与机器人及传感器进行实时通讯，获取机器人的运动信息及传感器的信号。与现有技术相比，本专利技术的优点是：该方法可以快速确定工件坐标系与机器人坐标系之间的关系，操作简单，准确性高。并且测量仪器价格低廉，并以此为基础可以应用于多个机器人之间的坐标系统或机器人与其他外部设备的坐标系统中，具有广泛的应用前景。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术测量球的安装结构示意图；图2为本专利技术用于确定机器人坐标系与工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：将第一测量物体安装于机器人，确定所述第一测量物体相对于所述机器人的位姿，所述第一测量物体为具有圆柱面的物体；/nS02：将至少三个第二测量物体放置在所述机器人的工作范围内，所述第二测量物体为具有成形为球体的突出部分的凸形物体，任意三个第二测量物体不在同一条直线上；/nS03：使所述机器人运动，直到所述第一测量物体的圆柱面从至少四个不同的方向与第二测量物体的球体表面机械接触；/nS04：读取当所述圆柱面与所述第二测量物体的球体表面机械接触时所述机器人的位姿；/nS05：对另外的所述第二测量物体重复所述步骤S03-S04，得到每个第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标，根据位于工件坐标系中的球心坐标，及在机器人坐标系中的球心坐标，计算出工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将第一测量物体安装于机器人，确定所述第一测量物体相对于所述机器人的位姿，所述第一测量物体为具有圆柱面的物体；
S02：将至少三个第二测量物体放置在所述机器人的工作范围内，所述第二测量物体为具有成形为球体的突出部分的凸形物体，任意三个第二测量物体不在同一条直线上；
S03：使所述机器人运动，直到所述第一测量物体的圆柱面从至少四个不同的方向与第二测量物体的球体表面机械接触；
S04：读取当所述圆柱面与所述第二测量物体的球体表面机械接触时所述机器人的位姿；
S05：对另外的所述第二测量物体重复所述步骤S03-S04，得到每个第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标，根据位于工件坐标系中的球心坐标，及在机器人坐标系中的球心坐标，计算出工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。


2.根据权利要求1所述的用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的方法，其特征在于，所述步骤S05中得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标的方法包括：
S51：根据第一测量物体与第二测量物体机械接触时机器人当前的位姿信息计算出保持当前姿态沿第一测量物体圆柱面的轴线前进一定距离的新的位置；
S52：根据两位置的坐标计算出所述第一测量物体圆柱面的轴线当前所在的直线方向向量，得到第一测量物体圆柱面的轴线当前的直线方程；
S53：重复步骤S51-S52，求出另外至少3个方向的直线方程；
S54：根据第一测量物体圆柱面至少四次与第二测量物体的球体表面接触时，圆柱面轴线与球面球心之间的距离的关系得到第二测量物体在机器人坐标系中的球心坐标。


3.一种用于确定机器人坐标系与工件坐标系间关系的系统，其特征在于，包括：
将第一测...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立宁，王珏，孙玉宁，
申请(专利权)人：江苏工大博实医用机器人研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32