一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法和系统，在CATIA软件中，以机器人坐标系为顶层新建一个机器人与车身为父子关系的产品结构树；以视觉定位系统坐标系为顶层新建一个视觉定位系统坐标系与车身为父子关系的产品结构树；利用CATIA软件中的罗盘工具得到每台机器人从机器人坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数以及车身坐标系变换至视觉定位系统坐标系的坐标转换参数；最后得到“视觉定位系统

【技术实现步骤摘要】
一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法和系统


[0001]本专利技术属于离线示教坐标系变换
，具体涉及一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法和系统。

技术介绍

[0002]随着汽车制造行业自动化、智能化转型和发展，汽车涂装制造工艺中密封胶工程机器人的应用不断增多，如发动机舱、仪表台、内地板、四门两盖、顶棚、后围、底盘等部位的涂胶、UBC涂布等均已实现机器人自动化作业，自动化程度已达98％以上。
[0003]虽然机器人数量的增多大大降低了人工作业量和劳动强度，但也意味着新车型导入时需要占用生产线用于机器人示教的时间会不断增多，当产线生产任务忙、或多车型示教时间发生重叠时，就会发生产线难以提供足够的空闲时间用于新车型示教的问题，而离线示教技术为这一问题提供了解决方案。
[0004]所谓“离线示教”，是相对传统的用实车在生产线上进行示教而言的，是一种利用新车型的车身数模和现场的工程环境数模、用专业软件线下编写涂胶机器人作业程序的方法。使用离线示教方法进行机器人示教主要包含离线示教环境构筑、机器人的作业任务分配和作业性检证、设计每台机器人的涂胶作业顺序、编写机器人的涂胶点位程序和协同检证、示教程序导入、现场调试等步骤。其中，“构建离线示教环境”是最基础、也是最重要的步骤，因为后续所有的操作、程序编写都是在该环境下进行的，离线示教环境的构筑精度(与实际作业环境的一致性)会直接影响最终编写的机器人作业轨迹程序精度。如果构筑的离线示教环境精度不足，轻则造成机器人在进行实车涂胶(运行离线示教程序)时发生轨迹偏移、密封胶无法涂布到设定位置的品质不良，重则造成机器人与车身、轨道、室体发生碰撞造成设备、车身损坏等安全事故。
[0005]典型的涂胶机器人的离线示教环境如图3所示，主要由车身、工装治具、输送轨道、机器人(含滑轨)、胶枪等数模组成。
[0006]针对图3所示有多台机器人协同作业的工位，构筑离线示教环境时首先需要建立所有机器人统一的坐标系(比如大地坐标系)，然后才能在该统一的坐标系下进行各机器人之间的干涉和碰撞检证(只有在同一坐标系内，各机器人的位置数据基准才是一样的，每个机器人的位置、姿态数据才能实时互相共享)。但是，在绝大多数情况下，密封胶工序现场的机器人的大地坐标值都是缺省的，因而无法构建大地坐标系作为同工位所有机器人的统一坐标系。
[0007]对于机器人大地坐标值缺省、无法构建统一坐标系的问题，现有方法是基于密封胶工程现场配备的视觉定位系统设备工作时生成的坐标系，结合工件坐标系，通过公式、利用矩阵反向计算出视觉定位系统坐标系变换至机器人基坐标系的变换参数，从而求解出机器人在视觉定位系统坐标下的基坐标值，即确定每一台机器人在该坐标系下的位置，完成离线示教环境的构筑。
[0008]利用矩阵求解法计算各机器人在视觉定位系统坐标下的基坐标值的原理、运算过程如下：
[0009]1.计算原理、步骤说明
[0010](1)视觉定位系统坐标系经T
C
‑
>R
变换至机器人基坐标系＝视觉定位系统坐标系经T
C
‑
>B
变换至示教车身坐标系，再经T
B
‑
>R
变换至机器人基坐标系；其中：
[0011]T
c
：视觉定位系统坐标系(Camera)
[0012]T
R
：机器人基坐标系(Robot)
[0013]T
B
：车身坐标系(Body)
[0014](2)计算步骤
[0015]计算思路如图4所示，主要步骤如下：
[0016]基于点位坐标公式，可得出机器人在视觉定位系统坐标系下的基坐标的求解公式如下：
[0017]①
利用工件坐标T
R
‑
>B
求车身坐标系变换到基坐标系的变换参数；
[0018]对于XR按工件坐标变换为X
B
时，有：
[0019]X
B
＝B
R
→
B
+A
R
→
B
X
R
ꢀꢀ
式(1)
[0020]对于矩阵
[0021]若有AB＝C，则有
[0022][0023]基于上述原理，即可得反向计算出X
B
按T
B
‑
>R
变换为X
R
的方程：
[0024][0025]②
视觉定位系统坐标系利用车身坐标T
C
‑
>B
变换至车身坐标系；
[0026]X
C
按工件坐标变换为X
B
时，有
[0027]X
B
＝B
C
→
B
+A
C
→
B
X
C
ꢀꢀ
式(3)；
[0028]按路径
②
进行公示推导时，需要对基于工件坐标的旋转矩阵A
(R
→
B)
进行逆矩阵求解，当A
(R
→
B)
为奇异矩阵时，会出现逆矩阵无解的情况，需要利用工件坐标T
R
‑
>B
求车身坐标系变换到基坐标系的变换参数；
[0029]③
视觉定位系统坐标系变换至车身坐标系后利用T
B
‑
>R
变换至基坐标系；
[0030]X
B
按工件坐标变换为X
R
时，满足式(2)，将式(3)代入式(2)，得到X
C
通过基坐标变换为X
R
的方程：
[0031][0032]为基坐标对应的旋转矩阵，为基坐标对应的平移矩阵，即求得机器人的基坐标。
[0033]上述方案可以解决机器人大地坐标未知造成难以构建大地坐标系问题。但是实际应用过程中也存在不便之处，主要表现为矩阵运算过程非常繁琐，计算工作量过大、耗时长，以底盘4台机器人为例，构筑基于视觉定位系坐标系的离线示教环境需21小时，特别是出现奇异矩阵时，利用公式进行计算时需要对3
×
3矩阵进行复杂运算，耗时非常长。

技术实现思路

[0034]为了解决上述矩阵运算过程中计算工作量大、耗时长且过程繁琐的问题，本专利技术结合CATIA软件的相关功能和视觉定位系统的工作原理，提出一种更便捷、高效的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法和系统。
[0035]实现本专利技术目的之一的一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，包括如下步骤：
[0036]S1、在C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在CATIA软件中，建立机器人与车身为父子关系的产品结构树；根据所述机器人与车身为父子关系的产品结构树得到机器人从机器人坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数；在CATIA软件中，建立视觉定位系统坐标系与车身为父子关系的产品结构树，生成并保存车身文件；根据所述视觉定位系统坐标系与车身为父子关系的产品结构树得到视觉定位系统坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数；利用该坐标转换参数得到车身坐标系变换至视觉定位系统坐标系的坐标转换参数；S2、在CATIA软件中，根据步骤S1得到的机器人从机器人坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数，以及车身坐标系变换至视觉定位系统坐标系的坐标转换参数，得到机器人在视觉定位系统坐标系的位置坐标值，从而完成离线示教环境的构筑。2.如权利要求1所述的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到每台机器人在视觉定位系统坐标系的位置坐标值的方法包括：S201、将上述步骤S1生成的车身文件在CATIA软件的新窗口中打开得到车身结构树，并在该车身结构树下，根据步骤S1得到的机器人从机器人坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数，将所有机器人逐一布置到该车身结构树下。3.如权利要求2所述的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，其特征在于，所述步骤S201后，还包括如下步骤：S202、关闭上述在CATIA软件中打开的新窗口，回到步骤S1的视觉定位系统与车身的装配层级关系的窗口界面，得到“视觉定位系统
→
车身
→
机器人”三级产品结构树；所述三级产品结构树用于直接测量每台机器人在视觉定位系统坐标系的位置坐标值。4.如权利要求1所述的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到每台机器人在视觉定位系统坐标系的位置坐标值的方法包括：S201、将上述步骤S1生成的车身文件在CATIA软件的新窗口中打开，并在该车身结构树下，根据步骤S1得到的每台机器人从机器人坐标系变换到车身坐标系下的坐标转换参数，将所有机器人逐一布置到该车身结构树下；S202、关闭上述在CATIA软件中打开的新窗口，回到步骤S1的视觉定位系统与车身的装配层级关系的窗口界面，得到“视觉定位系统
→
车身
→
机器人”三级产品结构树；所述三级产品结构树用于直接测量每台机器人在视觉定位系统坐标系的位置坐标值。5.如权利要求1～4任一项所述的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算方法，其特征在于，所述步骤S1中，以视觉定位系统为顶层新建一个产品，建立视觉定位系统坐标系与车身为父子关系的产品结构树时，所述车身在CATIA软件中选择的类型为Product类型。6.一种如权利要求1所述方法的用于离线示教的基于CATIA的坐标系变换测算系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：史述龙，李十全，王龙，杨春伟，潘伟，
申请(专利权)人：东风本田汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：