一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法技术

本发明专利技术提供一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，包括以下步骤：S1：建立机器人的工具坐标系，并将工具坐标系作为参考坐标系，分别将夹具的各部件拟合得到夹具模型；S2：建立机械臂的正运动学模型，实时获取机械臂各轴臂的坐标原点，并建立轴臂坐标系；S3：分别将各轴臂拟合得到轴臂模型；S4：分别将夹具模型投影到各个轴臂坐标系中进行表示；S5：分别在各个轴臂坐标系中对夹具模型与轴臂模型进行干涉检测，得到检测结果。本发明专利技术提供一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，通过对夹具模型和轴臂模型进行干涉检测，实现夹具与机械臂的干涉检测，解决了目前大部分的机器人抓取场景因未考虑夹具与机械臂的干涉情况而存在安全隐患的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法
本专利技术涉及机器人干涉检测
，更具体的，涉及一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法。
技术介绍
在工业机器人工件抓取场景，由于需要抓取工件所以机械臂的末端都会设计相应的夹具；在抓放的过程中，工业机械臂自身轴臂之间的干涉检测在机器人的控制器中已经有预防机制，但是机械臂的夹具作为机械臂本体以外的配件，并未做任何的干涉预防机制；且机械臂末端的夹具一般包括夹持装置和气动或电动阀，结构较为复杂，给夹具与机械臂的干涉检测带来难度。目前大部分的机器人抓取场景并未考虑夹具与机械臂的干涉问题，存在安全隐患；一旦夹具与机械臂的轴臂发生干涉，尤其在机械臂高速运动情况下，会损坏机械臂和夹具，导致安全事故。现有技术中，如2015年5月20日公开的中国专利，航天器机械臂辅助装配安全工作空间建立及干涉预警方法，公开号为CN104626208A，通过在虚拟环境中导入机械臂、待装配产品及工作环境中其他相关物体的三维模型，实际测量机械臂与待装配产品的相对位置和相对姿态，并根据测量值对应设置虚拟环境中机械臂与待装配产品的相对位置和相对位姿，使其与实际测量结果一致；在虚拟环境中通过三维模型干涉检查判断机械臂及其附带物体是否达到安全工作空间边界，实现干涉检测；但没有对机械臂与其附带物体之间的干涉进行检测。
技术实现思路
本专利技术为克服目前大部分的机器人抓取场景因未考虑夹具与机械臂的干涉情况而存在安全隐患的技术缺陷，提供一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，包括以下步骤：S1：建立机器人的工具坐标系，并将工具坐标系作为参考坐标系，分别将夹具的各部件拟合得到夹具模型；S2：建立机械臂的正运动学模型，实时获取机械臂各轴臂的坐标原点，并建立轴臂坐标系；S3：根据各个轴臂坐标系分别将各轴臂拟合得到轴臂模型；S4：分别将夹具模型投影到各个轴臂坐标系中进行表示；S5：分别在各个轴臂坐标系中对夹具模型与轴臂模型进行干涉检测，得到检测结果。优选的，在步骤S1中，夹具模型包括相机模型、夹爪模型和吸嘴模型；其中，相机模型通过将夹具的相机部件拟合成长方体得到；夹爪模型通过将夹具的夹爪部件拟合成长方体得到；吸嘴模型通过将夹具的吸嘴部件拟合成长方体得到。优选的，在步骤S1中，还包括以下步骤：以夹具模型的中心点为原点建立夹具坐标系；其中，夹具坐标系的x、y、z轴分别与夹具模型的长、宽、高三条棱边平行；因此，夹具模型的各个顶点在夹具坐标系中的坐标为：P1=（L/2，W/2，H/2）；P2=（-L/2，W/2，H/2）；P3=（L/2，-W/2，H/2）；P4=（-L/2，-W/2，H/2）；P5=（L/2，W/2，-H/2）；P6=（-L/2，W/2，-H/2）；P7=（L/2，-W/2，-H/2）；P8=（-L/2，-W/2，-H/2）；其中，L、W、H分别为夹具沿x、y、z轴方向的边长。优选的，在步骤S1中，还包括以下步骤：S1.1：通过实际测量得到P（x0，y0，z0）、、、、L、W、H；其中，P（x0，y0，z0）为夹具坐标系的原点到参考坐标系的原点的平移向量；、、分别为夹具坐标系的x、y、z轴相对于参考坐标系的x、y、z轴的旋转角度；S1.2：根据旋转角度计算夹具坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵R；S1.3：将旋转矩阵与平移向量结合，得到夹具坐标系与参考坐标系的转化矩阵：；S1.4：通过转化矩阵将夹具坐标系中的夹具模型的各个顶点坐标转换到参考坐标系下表示。优选的，在步骤S1.2中，旋转矩阵R为3*3矩阵，其第一行第一列的元素为：R(1,1)=cos()*cos()；第一行第二列的元素为：R(1,2)=sin()*sin()*cos()-cos()*sin()；第一行第三列的元素为：R(1,3)=cos()*sin()*cos()+sin()*sin()；第二行第一列的元素为：R(2,1)=cos()*sin()；第二行第二列的元素为：R(2,2)=sin()*sin()*sin()+cos()*cos()；第二行第三列的元素为：R(2,3)=cos()*sin()*sin()-sin()*cos()；第三行第一列的元素为：R(3,1)=-sin()；第三行第二列的元素为：R(3,2)=cos()*sin()；第三行第三列的元素为：R(3,3)=cos()*cos()。优选的，在步骤S2中，轴臂坐标系包括第一轴臂坐标系、第二轴臂坐标系、第三轴臂坐标系、第四轴臂坐标系、第五轴臂坐标系和第六轴臂坐标系。优选的，在步骤S2中，还包括根据各个轴臂坐标系之间的平移向量和旋转矩阵建立轴臂坐标系转化矩阵；轴臂坐标系转化矩阵包括、、、和；其中，为第一轴臂坐标系到第二轴臂坐标系的轴臂坐标系转化矩阵，为第二轴臂坐标系到第三轴臂坐标系的轴臂坐标系转化矩阵，为第三轴臂坐标系到第四轴臂坐标系的轴臂坐标系转化矩阵，为第四轴臂坐标系到第五轴臂坐标系的轴臂坐标系转化矩阵，为第五轴臂坐标系到第六轴臂坐标系的轴臂坐标系转化矩阵。优选的，在步骤S4中，具体包括以下步骤：S4.1：根据各个轴臂坐标系转化矩阵，计算由参考坐标系到各个轴臂坐标系的转化矩阵；S4.2：根据步骤S4.1得到的转化矩阵，分别将参考坐标系下的各个夹具模型投影到各个轴臂坐标系中进行表示。优选的，在步骤S5中，分别在各个臂轴坐标系中采用空间占据的方式对夹具模型与轴臂模型进行干涉检测；若至少在其中一个臂轴坐标系中，夹具模型与轴臂模型发生干涉，则夹具与机械臂发生干涉；若在六个轴臂坐标系中，夹具模型与轴臂模型均不发生干涉，则夹具与机械臂不发生干涉。优选的，采用空间占据的方式进行干涉检测具体为：将轴臂坐标系中的夹具模型和轴臂模型分别投影到所在轴臂坐标系的xy、yz和xz平面进行干涉检测；若夹具模型和轴臂模型在xy、yz和xz三个平面上的投影都相交，则夹具模型与轴臂模型发生干涉；否则，夹具模型与轴臂模型未发生干涉。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供了一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，对机器人夹具进行三维拟合得到夹具模型，对机械臂各个轴臂进行实时三维拟合得到轴臂模型，然后对夹具模型和轴臂模型进行干涉检测，实现夹具与机械臂的干涉检测，预防安全事故的发生。附图说明图1为本专利技术的技术方案实施步骤流程图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：建立机器人的工具坐标系，并将工具坐标系作为参考坐标系，分别将夹具的各部件拟合得到夹具模型；/nS2：建立机械臂的正运动学模型，实时获取机械臂各轴臂的坐标原点，并建立轴臂坐标系；/nS3：根据各个轴臂坐标系分别将各轴臂拟合得到轴臂模型；/nS4：分别将夹具模型投影到各个轴臂坐标系中进行表示；/nS5：分别在各个轴臂坐标系中对夹具模型与轴臂模型进行干涉检测，得到检测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立机器人的工具坐标系，并将工具坐标系作为参考坐标系，分别将夹具的各部件拟合得到夹具模型；
S2：建立机械臂的正运动学模型，实时获取机械臂各轴臂的坐标原点，并建立轴臂坐标系；
S3：根据各个轴臂坐标系分别将各轴臂拟合得到轴臂模型；
S4：分别将夹具模型投影到各个轴臂坐标系中进行表示；
S5：分别在各个轴臂坐标系中对夹具模型与轴臂模型进行干涉检测，得到检测结果。


2.根据权利要求1所述的一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，在步骤S1中，夹具模型包括相机模型、夹爪模型和吸嘴模型；其中，相机模型通过将夹具的相机部件拟合成长方体得到；夹爪模型通过将夹具的夹爪部件拟合成长方体得到；吸嘴模型通过将夹具的吸嘴部件拟合成长方体得到。


3.根据权利要求2所述的一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括以下步骤：
以夹具模型的中心点为原点建立夹具坐标系；其中，夹具坐标系的x、y、z轴分别与夹具模型的长、宽、高三条棱边平行；
因此，夹具模型的各个顶点在夹具坐标系中的坐标为：
P1=（L/2，W/2，H/2）；
P2=（-L/2，W/2，H/2）；
P3=（L/2，-W/2，H/2）；
P4=（-L/2，-W/2，H/2）；
P5=（L/2，W/2，-H/2）；
P6=（-L/2，W/2，-H/2）；
P7=（L/2，-W/2，-H/2）；
P8=（-L/2，-W/2，-H/2）；
其中，L、W、H分别为夹具沿x、y、z轴方向的边长。


4.根据权利要求3所述的一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括以下步骤：
S1.1：通过实际测量得到P（x0，y0，z0）、、、、L、W、H；
其中，P（x0，y0，z0）为夹具坐标系的原点到参考坐标系的原点的平移向量；、、分别为夹具坐标系的x、y、z轴相对于参考坐标系的x、y、z轴的旋转角度；
S1.2：根据旋转角度计算夹具坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵R；
S1.3：将旋转矩阵与平移向量结合，得到夹具坐标系与参考坐标系的转化矩阵：

；
S1.4：通过转化矩阵将夹具坐标系中的夹具模型的各个顶点坐标转换到参考坐标系下表示。


5.根据权利要求4所述的一种机器人夹具与机械臂干涉检测方法，其特征在于，在步骤S1.2中，旋转矩阵R为3*3矩阵，其第一行第一列的元素为：
R(1,1)=cos()*cos()；
第一行第二列的元素为：
R(1,2)=sin()*sin()*cos()-cos()*sin(...

【专利技术属性】
技术研发人员：候金良，盛国强，汪良红，王辉，王雪峰，
申请(专利权)人：佛山隆深机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44