CN107696031A - 一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，首先控制所述机械臂运动到托盘的一角之后，将所述机械臂的位置记录为原点；然后控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述托盘的一边运动，将所述机械臂沿所述一边的运动方向记录为X轴正方向；接着控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述一边的邻边运动，将所述机械臂沿所述邻边的运动方向记录为Y轴正方向；最后读取所述X轴正方向矢量和所述Y轴正方向矢量，根据右手螺旋法则得到Z轴正方向矢量。本发明还提供了一种基于机械臂构建空间坐标系的装置，能有效地缩小依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度。

Description

一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法和装置

技术领域

本发明涉及机械臂控制领域，尤其涉及一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法和装置。

背景技术

搬运和码垛作业在现代企业的物流管理中占有重要地位。在码垛工作中，码垛的精度尤为重要，目前码垛机械臂普遍采用世界坐标系辅助进行工作位置的确认。在实际码垛工作中，由于世界坐标系构成的数据空间和实际工作空间存在较大误差，所以依据所述世界坐标系进行码垛工作时，精度较低，容易产生实际码放位置与数据空间位置不相符的情况，导致码垛事故的发生。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，能有效地缩小依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，包括步骤：

S1、控制所述机械臂运动到托盘的一角之后，将所述机械臂的位置记录为原点；

S2、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述托盘的一边运动，将所述机械臂沿所述一边的运动方向记录为X轴正方向；

S3、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述一边的邻边运动，将所述机械臂沿所述邻边的运动方向记录为Y轴正方向；

S4、读取所述X轴正方向矢量和所述Y轴正方向矢量，根据右手螺旋法则得到Z轴正方向矢量。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，首先控制机械臂移动到承载垛件的托盘的一角，对所述空间坐标系进行原点定位；然后根据所述原点的位置和所述托盘的边缘轨迹，确定所述空间坐标系的X轴正方向和Y轴正方向；接着计算所述X轴正方向的矢量和所述Y轴正方向的矢量的外积，确定Z轴正方向；最后根据所述原点、所述X轴正方向、所述Y轴正方向和所述Z轴正方向确定所述空间坐标系。由于所述空间坐标系基于所述机械臂相对于所述托盘的运动构建而成，缩小了依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

作为上述方案的改进，在步骤S4之后，还包括步骤：

S5、控制所述机械臂根据所述空间坐标系运动到用户指定位置，在所述机械臂的实际位置与坐标位置误差超过用户预期时，对所述空间坐标系进行修正。

作为上述方案的改进，所述步骤S5具体包括：

S51、控制所述机械臂运动到所述原点，读取用户对所述原点的确认信息，在判断用户确认所述原点坐标无误的情况下进入步骤S52，否则返回步骤S1；

S52、控制所述机械臂从所述原点出发，沿所述X轴正方向运动，读取用户对所述X轴正方向的确认信息，在判断用户确认所述X轴正方向无误的情况下进入步骤S53，否则返回步骤S2；

S53、控制所述机械臂从所述原点出发，沿所述Y轴正方向运动，读取用户对所述Y轴正方向的确认信息，在判断用户确认所述Y轴正方向无误的情况下，确认所述所述空间坐标系构建完成，否则返回步骤S3。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，通过循所述空间坐标系的构建顺序，依次验证所述原点、所述X轴正方向和所述Y轴正方向是否满足用户预期，在所述原点、所述X轴正方向和所述Y轴正方向出现为满足用户预期情况时，返回相应的构建步骤进行修改。通过验证所述空间坐标系，减少了所述空间坐标系在工作过程中可能出现的误差。

作为上述方案的改进，步骤S2由所述机械臂的运动方向求取单位矢量X，将所述单位矢量X的方向记录为所述X轴正方向。

作为上述方案的改进，步骤S3由所述机械臂的运动方向求取单位矢量Y，将所述单位矢量Y的方向记录为所述Y轴正方向。

作为上述方案的改进，步骤S4由所述X轴正方向得到单位矢量X，由所述Y轴正方向得到单位矢量Y，通过求取所述单位矢量X和所述单位矢量Y的矢量叉积得到单位矢量Z，将所述单位矢量Z的方向记录Z轴正方向。

作为上述方案的改进，在步骤S4之后还包括步骤：

S6、对多个所述托盘依次循环所述步骤S1至步骤S4，得到多个所述空间坐标系，在对单个所述托盘进行码垛工作之前，调用单个所述托盘对应的所述空间坐标系。

作为上述方案的改进，通过比对所述托盘的一角的世界坐标与所述空间坐标系的原点的世界坐标，来实现判断所述空间坐标系是否对应所述托盘。

作为上述方案的改进，当所述托盘的一角的世界坐标与所述空间坐标系的原点的世界坐标的差值在误差范围内，则认定所述空间坐标系对应所述托盘。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，通过对多个所述托盘分别构建对应的空间坐标系，在对单个所述托盘进行码垛工作时，调用相应的所述空间坐标系辅助所述码垛工作。在相应的空间坐标系辅助下，提高了所述机械臂进行多托盘码垛工作时的智能程度和码垛精度。

本发明还提供了一种基于机械臂构建空间坐标系的装置，包括：原点存储模块，用于存储所述空间坐标系的原点位置；X轴方向存储模块，用于存储所述空间坐标系的X轴正方向矢量；Y轴方向存储模块，用于存储所述空间坐标系的Y轴正方向矢量；Z轴运算模块，用于计算所述空间坐标系的Z轴正方向矢量并进行存储。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于机械臂构建空间坐标系的装置，通过原点存储模块存储所述空间坐标系的原点位置数据；通过所述X轴方向存储模块存储所述空间坐标系的X轴正方向矢量；通过所述Y轴方向存储模块存储所述空间坐标系的Y轴正方向矢量；通过所述Z轴运算模块计算Z轴正方向矢量并存储所述Z轴正方向矢量。由于所述空间坐标系的基本参数均基于所述机械臂相对于所述托盘的运动构建而成，缩小了依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法的流程图。

图2是本发明实施例中一种基于机械臂的空间坐标系的步骤S5的具体流程图。

图3是本发明实施例中一种基于机械臂构建空间坐标系的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，所述机械臂为多关节机械臂，包括取件部和运动部。所述取件部用于取放垛件；所述运动部包括多个关节联动，用于带动所述机械臂的取件部实现三维位移。所述机械臂将所述垛件码放到托盘上，所述托盘为码垛用托盘，承载面为方形，包括但不限于平板托盘、柱式托盘和箱式托盘。

参见图1至图2，本发明实施例1提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法包括步骤：

S1、控制所述机械臂运动到托盘的一角之后，将所述机械臂的位置记录为原点。

具体地，控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部移动到所述托盘的一角。根据所述机械臂的所述取件部处在所述托盘的一角时，所述机械臂的姿态信息，确定所述托盘的一角的位置信息，并记录为空间坐标系的原点。在其他情况下，也可以是所述机械臂除了所述取件部之外的部位运动到所述托盘的一角，也可以通过机器视觉或距离感应等方法确定所述托盘的一角的位置信息，不影响发明取得的有益效果。

S2、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述托盘的一边运动，将所述机械臂沿所述一边的运动方向记录为X轴正方向。

具体地，控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部从所述托盘的一角，即所述空间坐标系的原点出发，沿着所述托盘的一边进行单向移动。通过所述机械臂的姿态变化获取所述取件部的进行的所述单向移动的移动方向，得到单位矢量X，将所述单位矢量X记录为所述空间坐标系的X轴正方向。在其他情况下，也可以是所述机械臂除了所述取件部之外的部位进行所述单向移动，也可以通过机器视觉或距离感应等方法获取所述单向移动的路径和方向，不影响本发明取得的有益效果。

S3、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述一边的邻边运动，将所述机械臂沿所述邻边的运动方向记录为Y轴正方向。

具体地，控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部从沿所述托盘的所述一边返回，即沿所述空间坐标系的X轴负方向返回到所述原点。然后再次从所述原点出发，沿着所述邻边进行单向移动。通过所述机械臂的姿态变化获取所述取件部的沿所述邻边的单向移动的移动方向，得到单位矢量Y，将沿所述单位矢量Y记录为所述空间坐标系的Y轴正方向。在其他情况下，也可以是所述机械臂除了所述取件部之外的部位进行所述单向移动，也可以通过机器视觉或距离感应等方法获取沿所述邻边的单向移动的路径和方向，不影响本发明取得的有益效果。

S4、读取所述X轴正方向矢量和所述Y轴正方向矢量，根据右手螺旋法则得到Z轴正方向矢量。

具体地，读取步骤S2记录的所述X轴正方向，得到所述单位矢量X；读取步骤S3记录的所述Y轴正方向，得到单位矢量Y。将所述单位矢量X和所述单位矢量Y进行矢量运算：X*Y＝Z，得到单位矢量Z。将所述单位矢量Z的方向记录为所述空间坐标系的所述Z轴正方向。根据所述原点的位置、所述X轴正方向、所述Y轴正方向和所述Z轴正方向构建并储存所述空间坐标系。

优选地，所述空间坐标系的构建方法还包括可选步骤S5。

S5、控制所述机械臂根据所述空间坐标系运动到用户指定位置，在所述机械臂的实际位置与坐标位置误差超过用户预期时，对所述空间坐标系进行修正。具体地，参见图2，步骤S5包括：

S51、控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部运动到所述原点，读取用户对所述原点位置的确认信息，若用户确认所述取件部的位置正确处在所述托盘的所述一角，则进入步骤S52；否则返回步骤S1。

S52、控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部从所述原点出发，沿着所述X轴正方向进行移动，读取用户对所述X轴正方向的确认信息，若用户确认所述取件部的正确沿着所述托盘的所述一边移动，则进入步骤S53；否则返回步骤S2。

S53、控制所述机械臂的运动部进行运动，由所述机械臂的运动部带动所述机械臂的取件部返回所述原点，并从所述原点出发，沿着所述Y轴正方向进行移动，读取用户对所述Y轴正方向的确认信息，若用户确认所述取件部正确沿着所述一边的所述邻边移动，则所述空间坐标系验证通过，所述空间坐标系构建完成；否则返回步骤S3。

本发明实施例1提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，首先控制机械臂移动到承载垛件的托盘的一角，对所述空间坐标系进行原点定位；然后根据所述原点的位置和所述托盘的边缘轨迹，确定所述空间坐标系的X轴正方向和Y轴正方向；接着计算所述X轴正方向的矢量和所述Y轴正方向的矢量的外积，确定Z轴正方向；最后根据所述原点、所述X轴正方向、所述Y轴正方向和所述Z轴正方向确定所述空间坐标系。由于所述空间坐标系基于所述机械臂相对于所述托盘的运动构建而成，缩小了依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

参见图2，本发明实施例2提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，适用于多个不同位置的托盘均需码放垛件的情况。假定所述托盘的数量为3，本实施例提供的空间坐标系的构建方法包括如本发明实施例1所述的构建空间坐标系的方法，对第一托盘、第二托盘和第三托盘分别构建对应的第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系，本实施例还包括步骤：

S6、对多个所述托盘依次循环所述步骤S1至步骤S4，得到多个所述空间坐标系，在对单个所述托盘进行码垛工作之前，调用单个所述托盘对应的所述空间坐标系。

在码垛工作开始前，控制所述机械臂的取件部移动到当前所述托盘的一角，读取所述取件部的当前世界坐标，并将所述当前世界坐标与所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系各自对应的原点的世界坐标进行比对，确定当前所述托盘对应的坐标系，根据所述托盘对应的坐标系控制所述机械臂开始进行码垛工作。

在本步骤中，将所述当前世界坐标依次与所述第一坐标系原点的世界坐标、所述第二坐标系原点的世界坐标和所述第三坐标系原点的世界坐标进行比对，得到第一比对结果、第二比对结果和第三比对结果，从所述第一比对结果、所述第二比对结果和所述第三比对结果中选择处于误差范围内的一项。例如所述第一比对结果处于所述误差范围内，则由所述第一比对结果，选择第一时间坐标系作为所述托盘对应的坐标系，控制所述机械臂开始进行码垛工作。

本发明实施例2提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，通过在实施例1的基础上，对多个不同位置的托盘分别构建一一对应的空间坐标系。所述机械臂在针对某一位置的所述托盘进行码垛工作之前，可以调用所述位置的所述托盘对应的所述空间坐标系，提高了所述机械臂对多位置码垛工作的工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

参见图3，是本发明实施例3提供的一种基于机械臂构建空间坐标系的装置的结构示意图。

本发明实施例3提供的一种构建空间坐标系的装置1包括：原点存储模块11，用于存储实施例1中获取的所述空间坐标系的原点位置；X轴方向存储模块12，用于存储实施例1中获取的所述空间坐标系的X轴正方向矢量；Y轴方向存储模块13，用于存储实施例1中获取的所述空间坐标系的Y轴正方向矢量；Z轴运算模块14，用于计算所述空间坐标系的Z轴正方向矢量并进行存储。

本发明实施例提供的一种基于机械臂构建空间坐标系的装置各个模块的工作原理及过程可参考上述实施例的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，在此不做赘述。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于机械臂构建空间坐标系的装置，通过原点存储模块存储所述空间坐标系的原点位置数据；通过所述X轴方向存储模块存储所述空间坐标系的X轴正方向矢量；通过所述Y轴方向存储模块存储所述空间坐标系的Y轴正方向矢量；通过所述Z轴运算模块计算Z轴正方向矢量并存储所述Z轴正方向矢量。由于所述空间坐标系的基本参数均基于所述机械臂相对于所述托盘的运动构建而成，缩小了依据所述空间坐标系进行的定位与现实空间的位置之间存在的偏移，提高了所述机械臂的位移精度和工作精度，减少由于误差导致的不必要损失和事故的发生。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，其特征在于，包括步骤：

S1、控制所述机械臂运动到托盘的一角之后，将所述机械臂的位置记录为原点；

S2、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述托盘的一边运动，将所述机械臂沿所述一边的运动方向记录为X轴正方向；

S3、控制所述机械臂根据从所述原点出发并沿所述一边的邻边运动，将所述机械臂沿所述邻边的运动方向记录为Y轴正方向；

S4、读取所述X轴正方向矢量和所述Y轴正方向矢量，根据右手螺旋法则得到Z轴正方向矢量。

2.如权利要求1所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括步骤：

S5、控制所述机械臂根据所述空间坐标系运动到用户指定位置，在所述机械臂的实际位置与坐标位置误差超过用户预期时，对所述空间坐标系进行修正。

3.如权利要求2所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

S51、控制所述机械臂运动到所述原点，读取用户对所述原点的确认信息，在判断用户确认所述原点坐标无误的情况下进入步骤S52，否则返回步骤S1；

S52、控制所述机械臂从所述原点出发，沿所述X轴正方向运动，读取用户对所述X轴正方向的确认信息，在判断用户确认所述X轴正方向无误的情况下进入步骤S53，否则返回步骤S2；

S53、控制所述机械臂从所述原点出发，沿所述Y轴正方向运动，读取用户对所述Y轴正方向的确认信息，在判断用户确认所述Y轴正方向无误的情况下，确认所述所述空间坐标系构建完成，否则返回步骤S3。

4.如权利要求1所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，步骤S2由所述机械臂的运动方向求取单位矢量X，将所述单位矢量X的方向记录为所述X轴正方向。

5.如权利要求1所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，步骤S3由所述机械臂的运动方向求取单位矢量Y，将所述单位矢量Y的方向记录为所述Y轴正方向。

6.如权利要求1所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，步骤S4由所述X轴正方向得到单位矢量X，由所述Y轴正方向得到单位矢量Y，通过求取所述单位矢量X和所述单位矢量Y的矢量叉积得到单位矢量Z，将所述单位矢量Z的方向记录Z轴正方向。

7.如权利要求1所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括步骤：

S6、对多个所述托盘依次循环所述步骤S1至步骤S4，得到多个所述空间坐标系，在对单个所述托盘进行码垛工作之前，调用单个所述托盘对应的所述空间坐标系。

8.如权利要求7所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，通过比对所述托盘的一角的世界坐标与所述空间坐标系的原点的世界坐标，来实现判断所述空间坐标系是否对应所述托盘。

9.如权利要求8所述的空间坐标系的构建方法，其特征在于，当所述托盘的一角的世界坐标与所述空间坐标系的原点的世界坐标的差值在误差范围内，则认定所述空间坐标系对应所述托盘。

10.一种基于机械臂构建空间坐标系的装置，其特征在于，包括：

原点存储模块，用于存储所述空间坐标系的原点位置数据；

X轴方向存储模块，用于存储所述空间坐标系的X轴正方向矢量；

Y轴方向存储模块，用于存储所述空间坐标系的Y轴正方向矢量；

Z轴运算模块，用于计算所述空间坐标系的Z轴正方向矢量并进行存储。