CN107727026A - 面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法 - Google Patents

面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法 Download PDF

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CN107727026A CN201710972227.6A CN201710972227A CN107727026A CN 107727026 A CN107727026 A CN 107727026A CN 201710972227 A CN201710972227 A CN 201710972227A CN 107727026 A CN107727026 A CN 107727026A
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胡福文
李甜
李立
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

Abstract

本发明涉及一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,包括:分别获取工业机器人1虚拟工件坐标系{S1}和实际工件坐标系{R1}的特征点,工业机器人2虚拟工件坐标系{S2}的特征点;根据各个特征点获得坐标变换矩阵S1 R2T以及坐标变换矩阵S1 S2T;根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点;根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T。该方法实现双工业机器人从虚拟仿真‑现实环境‑相对位置的工件坐标校准。

Description

面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法
技术领域
本发明涉及工业机器人领域,具体为一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法。
背景技术
双工业机器人协同工作能有效的拓展工业机器人的应用领域,增大负载能力、优化操作能力。双工业机器人协同工作能够完成单工业机器人无法完成的工作任务,同时能够减少工业机器人运动的复杂性,提高工作效率。目前,双工业机器人协同工作已经在制造业中越来越得到重视,尤其在汽车制造、航空航天、电气电子等行业。
双工业机器人协同工作不但涉及工业机器人本身的运动控制还涉及到两个工业机器人之间的协调运动、与周边设备的协同控制、双工业机器人的协调路径规划、双工业机器人的协同位置校准等问题。在双机器人协同装配等操作中,双工业机器人的末端存在紧耦合关系,双工业机器人的末端工具通过工件形成闭合运动链。规划双工业机器人协同路径,使双工业机器人在协调运动过程中,机器人末端在每一时刻均满足双工业机器人末端工具之间的耦合关系。
双机器人在安装固定时,基座的相对位置存在安装误差,此外工业机器人自身运动也有定位误差,机器人抓取工件时也会产生装夹定位误差,从而使双工业机器人工件坐标系的相对位置与理论位置发生偏离,如果不进行标定和补偿,将导致双工业机器人的协同轨迹的相对关系变化。而现有技术中并未有对工件坐标系校准问题的相应解决方案。
实际生产实践中,单工业机器人的工件坐标系的标定是采用3对已知特征点,通过变换矩阵求解工件坐标系从离线编程到实际运动的坐标变换关系。如专利号为CN201310193066.2的专利文件公开的一种工件坐标系的标定方法,包括将工业机器人的工具坐标系原点分别运动至工业机器人的工件坐标系中不共线的任意三点,获得任意三点在工件坐标系中的工件坐标以及在工业机器人的基坐标系中的基坐标;根据任意三点的工件坐标以及基坐标分别获得三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量;根据三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量获得工件坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵,以完成工件坐标系的标定。然而,该方法无法直接运用于双工业机器人以解决工件坐标系校准问题,且其求解过程中需要求解工业机器人的基座标位置关系,操作繁琐,容易出错。
需要说明的,工业机器人的任务路径在工件坐标系中的位置不应随虚拟仿真空间和实际空间的改变而改变。因此,只需要确定工件坐标系的位置即可确定路径位置。
如图8所示,其中,OB-XBYBZB为基坐标系。OR-XRYRZR为实际单元的工件坐标系。OS-XSYSZS为仿真单元的工件坐标系。B RT为工业机器人基坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵。B ST为工业机器人基坐标系到仿真单元工件坐标系变换矩阵。S RT为仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵。
针对机器人虚拟-现实工件坐标系校准问题借鉴宋月娥的基于特征三点的校准方法。工件坐标系校准的实质就是利用B RT与B ST求解仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵S RT。
假设仿真单元中3个不共线特征点分别为PSo(xSo,ySo,zSo)、PSx(xSx,ySx,zSx)和PSy(xSy,ySy,zSy)。对应于实际单元的3个点分别为PRo(xRo,yRo,zRo)、PRx(xRx,yRx,zRx)和PRy(xRy,yRy,zRy)。则这6个点可以确定2个对应平面,平面方程为:
AS(x-xSo)+BS(y-ySo)+CS(z-zSo)=0 (3-3)
AR(x-xRo)+BR(y-yRo)+CR(z-zRo)=0 (3-4)
平面法向量为(AS,BS,CS),单位化为:
所以仿真单元工件坐标系的Z方向矢量为:
X轴方向向量为:
所以X轴方向矢量为:
Y轴方向矢量为:
从仿真单元基坐标系到工件坐标系的变换矩阵为:
同理可以得到从实际单元工业机器人基坐标系到实际单元工件坐标系的变化矩阵:
由式(2-20)可知,从仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系的变换矩阵为:
发明内容
本发明的目的在于提出一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,能够实现双工业机器人从虚拟仿真-现实环境-相对位置的工件坐标校准,无需求解双工业机器人的基坐标位置关系,对离线编程以及多机器人协同应用具有重要作用。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下所述。
一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,包括
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
步骤四、工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点,并记录此时的位置点;
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T。
在一些具体的改进技术方案中,所述步骤一具体为:
获取在虚拟仿真空间中,工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1
获取在虚拟仿真空间的工业机器人1基坐标系{B1}下,工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1
获取在实际空间中,工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1
其中,获得所述坐标变换矩阵S1 R2T的方法具体为:
将所述工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1代入方程式(1-1),获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;
所述方程式(1-1)为:
其中,获得所述坐标变换矩阵S1 S2T的具体方法为:
将工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1代入方程式(1-2),获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
所述方程式(1-2)为:
在一个改进方案中,所述步骤三具体为:
将工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点R1Po1R1Px1R1Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T代入方程式(1-3),获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}在工业机器人1基坐标系{B1}下的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1
所述方程式(1-3)为:
其中,所述方程式(3)中的所述工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T与工业机器人2的实际工件坐标系{R2}相对工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的坐标变换矩阵R1 R2T相同,即S1 S2T=R1 R2T。
在进一步的改进方案中,当工业机器人1的工件尖端与工业机器人1的工件尖端在三个特征点对应位置重合时,有S1 S2T=R1 R2T=E,所述E为单位向量,即为1。
进一步的,所述步骤四具体为:根据步骤三获得的工业机器人2的实际工件坐标系{R2}下的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1,所述工业机器人2移动至R2Po1R2Px1R2Py1,并记录。
进一步的,所述步骤五具体为:
将工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1代入方程式(1-4),获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T;
所述方程式(1-4)为:
本发明另一方面还公开了一种面向双工业机器人协同工作的工件加工处理方法,包括:
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
步骤四、工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点,并记录此时的位置点;
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T;
步骤六、根据所述坐标变换矩阵S1 S2T和S2 R2T对工件进行加工处理;
其中,所述特征点为对应工件坐标系中不共线的任意三点。
本发明标定方法根据双工业机器人虚拟-现实-相对位置的工件坐标系校准原理;通过双工业机器人虚拟-现实对应的6对特征点,求解双工业机器人从虚拟到现实空间的工件坐标系变换关系。该方法能够实现双工业机器人从虚拟仿真-现实环境-相对位置的工件坐标校准,无需求解双工业机器人的基坐标位置关系,对离线编程以及多机器人协同应用具有重要作用。
附图说明
图1为本发明的工件坐标系校准示意图;
图2为本发明的双工业机器人相对位置校准原理图;
图3为本发明标定方法的流程示意图;
图4为本发明工件加工处理方法的流程示意图;
图5为本发明实验验证的流程图;
图6为本发明实验中虚拟空间机器人校准位置图;
图7为本发明实验中现实空间机器人校准位置图;
图8为现有技术的单工业机器人虚拟-现实工件坐标系校准原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围;有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
本发明的一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,是基于特征单点的工件坐标系标定。在基于离线编程的双工业机器人协同系统中共有4个工件坐标系,2个为离线仿真空间的双工业机器人工件坐标系,2个为现实空间的双工业机器人工件坐标系,如图1所示:图中OS1、OS2分别为离线仿真空间中工业机器人1和工业机器人2的工件坐标系,OS1、OS2为现实空间中工业机器人1和工业机器人2的工件坐标系。在校准双工业机器人协同系统工件坐标系时,需要同时校准工业机器人离线仿真空间与现实空间的工件坐标系以及工业机器人1与工业机器人2在现实空间的工件坐标系的相对位置。
图1所示,S1为虚拟空间工业机器人1三个特征点所确定的校准平面;S2为虚拟空间工业机器人2三个特征点所确定的校准平面;R1为现实空间工业机器人1三个特征点所确定的校准平面;R2为现实空间工业机器人2三个特征点所确定的校准平面;S1 S2T为在虚拟空间中工业机器人1工件坐标系与工业机器人2工件坐标系的相对位置;S1 R1T为工业机器人1从虚拟空间到现实空间工件坐标系的变换关系;S2 R2T为工业机器人2从虚拟空间到现实空间工件坐标系的变换关系;R1 R2T为在现实空间中工业机器人1工件坐标系与工业机器人2工件坐标系的相对位置变换关系。所以对于从虚拟空间到现实空间的工件坐标系校准的实质就是求图1中从虚拟工件坐标系OS到现实工件坐标系OR的变换矩阵S RT。双工业机器人相对位置校准的实质就是使虚拟空间与现实空间的工件坐标系的相对位置关系相同,即使变换矩阵S1 S2T与R1 R2T相等。
双工业机器人的路径相对位置校准即为双工业机器人的工件坐标系校准,由图1可知:
由式(2-1)可知,在已知工业机器人的虚拟和实际工件坐标系的特征点和工业机器人2虚拟工件坐标系的特征点时,可以求出工业机器人2的坐标变换矩阵。
图2所示为双工业机器人相对校准原理图,基于该原理,本发明面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,如图3所示,包括
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
需要说明的是,该处所述获取的特征点分别为各个工件坐标系中不共线的任意三点。具体为获取在虚拟仿真空间中,工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1。获取在虚拟仿真空间的工业机器人1基坐标系{B1}下,工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1。获取在实际空间中,工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
(1)获得所述坐标变换矩阵S1 R2T的方法具体为:
将所述工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1代入方程式(1-1),获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;
(2)获得所述坐标变换矩阵S1 S2T的具体方法为:
将工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1代入方程式(1-2),获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
双工业机器人协同路径的相对位置关系即工件坐标系的相对位置关系。在虚拟仿真单元中为S1 S2T;在实际单元中为R1 R2T。双工业机器人系统相对位置校准的本质就是使工业机器人2虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的变换关系S1 S2T,工业机器人2实际工件坐标系{R2}相对于工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的变换关系R1 R2T相同。双工业机器人的虚拟工件坐标系{S1}、{S2}与{R1}、{R2}具有如下关系:
S1 S2T=R1 R2T (2-3)
其中,当工业机器人1的工件尖端与工业机器人1的工件尖端在三个特征点对应位置重合时,有S1 S2T=R1 R2T=E,所述E为单位向量,即为1,此时,代入式(1-2)得
代入式(1-1)得
所述工业机器人2实际工件坐标系{R2}在机器人1基坐标系{B1}下的三个特征点为R2Po1R2Px1R2Py1
将工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点R1Po1R1Px1R1Py1和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点R2Po1R2Px1R2Py1代入方程式(1-33),即可获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}在工业机器人1基坐标系{B1}下的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1
将式(2-3)代入式(1-5)得:
步骤四、工业机器人2移动至R2Po1R2Px1R2Py1并记录此时的位置点,即为实际工件坐标系{R2}在工业机器人2基坐标系{B1}下的三个对应特征点R2Po2R2Px2R2Py2
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T。
从虚拟仿真单元中读出虚拟工件坐标系{S2}在工业机器人2基坐标系{B2}下的位置点S2Po2S2Px2S2Py2。那么,已知工业机器人2实际工件坐标系{R2}的三个对应特征点为R2Po2R2Px2R2Py2和虚拟工件坐标系{S2}的特征点S2Po2S2Px2S2Py2。将工件坐标系{S2}的特征点S2Po2S2Px2S2Py2,工件坐标系{R2}的三个对应特征点为R2Po2R2Px2R2Py2代入式(1-4)即可计算出工业机器人2虚拟工件坐标系到实际单元工件坐标系的变换矩阵S2 R2T。
本发明另一方面的面向双工业机器人协同工作的工件加工处理方法,如图4所示,包括下述步骤:
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
步骤四、工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点,并记录此时的位置点;
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T;
步骤六、根据所述坐标变换矩阵S1 S2T和S2 R2T对工件进行加工处理;
其中,所述特征点为对应工件坐标系中不共线的任意三点。
实验验证
实验流程图如图5所示,实验步骤如下:
第一步:在虚拟仿真空间中选取双工业机器人的工件坐标系特征点。分别为S1Po1S1Px1S1Py1以及S2Po1S2Px1S2Py1
第二步:在实际空间中示教机器人1夹取校准工件。移动机器人1工具末端,使校准工件尖端与空间中工件上的3个对应位置重合。即与点R1Po1R1Px1R1Py1重合。
第三步:示教机器人2夹取校准工件。移动机器人1分别至点R1Po1R1Px1R1Py1,使机器人2的校准工件尖端与机器人1的校准工件尖端的在3个对应位置重合。
第四步:记录点R1Po1R1Px1R1Py1R2Po2R2Px2R2Py2的数据。将数据点S1Po1S1Px1S1Py1S2Po1S2Px1S2Py1以及R1Po1R1Px1R1Py1R2Po2R2Px2R2Py2代入式(3-8),分别计算出从仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系的变换矩阵。
图6-7所示,在双工业机器人系统中,取空间中相同的3个点作为工业机器人1与工业机器人2的实际校准点。由于在双工业机器人系统中工业机器人1与工业机器人2的特征点为相同的3个点。
因此:
所以:
在虚拟仿真空间中,工业机器人1的位置数据为:
表1工业机器人1虚拟空间校准点位置
在虚拟仿真空间中,工业机器人2的位置数据为:
表2工业机器人2虚拟空间校准点位置
在实际空间中,工业机器人1的位置数据为:
表3工业机器人1现实空间校准点位置
在实际空间中,工业机器人2的位置数据为:
表4工业机器人2现实空间校准点位置
将数据代入式(3-8)得:
将数据代入式(3-8)得:
通过式(3-8)可以实现实际作业对象与理论模型对象的定位匹配,即虚拟空间工件坐标系与现实空间工件坐标系的变换关系S RT。
上述计算所得的S1 R1T和S2 R2T的数值相等或近乎相等,即实现了双工业机器人协同工作的工件坐标校准。
综上所述,虽然本案已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本案。本案所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本案的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本案的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,包括
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
步骤四、工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点,并记录此时的位置点;
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T。
2.如权利要求1所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,所述步骤一具体为:
获取在虚拟仿真空间中,工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1
获取在虚拟仿真空间的工业机器人1基坐标系{B1}下,工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1
获取在实际空间中,工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1
3.如权利要求2所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,获得所述坐标变换矩阵S1 R2T的方法具体为:
将所述工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的三个对应特征点为R1Po1R1Px1R1Py1代入方程式(1-1),获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;
所述方程式(1-1)为:
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
4.如权利要求2所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,获得所述坐标变换矩阵S1 S2T的具体方法为:
将工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的三个特征点为S1Po1S1Px1S1Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1代入方程式(1-2),获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
所述方程式(1-2)为:
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
5.如权利要求4所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,所述步骤三具体为:
将工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点R1Po1R1Px1R1Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T代入方程式(1-3),获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}在工业机器人1基坐标系{B1}下的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1
所述方程式(1-3)为:
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
6.如权利要求5所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,其中,所述方程式(3)中的所述工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T与工业机器人2的实际工件坐标系{R2}相对工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的坐标变换矩阵R1 R2T相同,即S1 S2T=R1 R2T。
7.如权利要求6所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,当工业机器人1的工件尖端与工业机器人1的工件尖端在三个特征点对应位置重合时,有S1 S2T=R1 R2T=E,所述E为单位向量。
8.如权利要求5所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,所述步骤四具体为:根据步骤三获得的工业机器人2的实际工件坐标系{R2}下的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1,所述工业机器人2移动至R2Po1R2Px1R2Py1,并记录。
9.如权利要求5所述的面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法,其特征在于,所述步骤五具体为:
将工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的三个对应特征点R2Po1R2Px1R2Py1和工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的三个特征点为S2Po1S2Px1S2Py1代入方程式(1-4),获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T;
所述方程式(1-4)为:
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>2</mi> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>2</mi> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mmultiscripts> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mmultiscripts> <mi>P</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>2</mi> </mrow> </mmultiscripts> <mrow> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
10.一种面向双工业机器人协同工作的工件加工处理方法,包括:
步骤一、分别获取工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的特征点、实际工件坐标系{R1}的特征点以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点;
步骤二、根据所述步骤一的各个特征点获得工业机器人1的实际工件坐标系{R1}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 R2T;以及工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}相对工业机器人1的虚拟工件坐标系{S1}的坐标变换矩阵S1 S2T;
步骤三、根据工业机器人1的实际工件坐标系{R1}的特征点和坐标变换矩阵S1 S2T获得工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点;
步骤四、工业机器人2移动至实际工件坐标系{R2}的特征点,并记录此时的位置点;
步骤五、根据工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}的特征点和工业机器人2的实际工件坐标系{R2}的特征点获得工业机器人2的虚拟工件坐标系{S2}到实际工件坐标系{R2}的坐标变换矩阵S2 R2T;
步骤六、根据所述坐标变换矩阵S1 S2T和S2 R2T对工件进行加工处理;
其中,所述特征点为对应工件坐标系中不共线的任意三点。
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