CN111660289A - 一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质，涉及工业机器人技术领域，在两台协作机器人的法兰盘末端安装标定工具，两台机器人的工具末端在末端尖端处相接触，通过几组动作来获取标定所需的位置信息，通过特定的标定方程来求解协作机器人基坐标系之间的相对位姿关系，从而完成双机协作机器人基坐标系的标定；解决了机器人在无通信和multimove协同组件的情况下可以很好地进行协同工作；操作步骤简单，无需添加额外的传感器和测量装置，标定精度较高；本方法可以应用于各类协作机器人中，具有一定的通用性。

Description

一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质。

背景技术

在现代工业生产过程中，有些大型工件的搬运需要多台机器人进行协同搬运，所以机器人协作成为目前机器人领域的一个研究热点，特别是在复杂装配、重物搬运以及柔性化制造中发挥着越来越重要的作用。

在机器人协同工作的过程中，每个机器人在工作时需要知道其他机器人的位置，也就是确定其他机器人的基坐标系和自己的基坐标系之间的相对位姿；这就是协作机器人基坐标系标定问题；目前的协作机器人系统的基坐标系标定方法，一般都是利用传感器或者测量装置，标定的方法步骤比较复杂，而且精度也不是特别精确，可能会在一定程度上无法满足对精度的需求；由于存在误差，这样在机器人协同工作的过程中误差会逐渐累积，最终严重影响机器人的工作的准确性。

发明内容

本发明针对背景技术的问题提供一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质，简化操作、提高标定精度、实现满足大多数工业机器人的要求。

为了实现上述目的，本发明提出一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，所述的双机协作机器人系统包括：呈主从关系的两个协作机器人，主机器人和从机器人的末端均设置有标定工具；

所述基坐标系标定方法，包括如下步骤：

S10、驱动从机器人的第一轴分别转动三个角度且其他轴保持不变，同时驱动主机器人使其末端标定工具与各转动角度时的从机器人末端标定工具相接触，标记三个接触点；

S20、读取主机器人六个轴的角位移数值，获得主机器人基坐标系下三个接触点的位置坐标；

S30、根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系；

S40、获得新坐标系相对于主机器人基坐标系的变换矩阵；

S50、根据新坐标系原点与从机器人基坐标系原点之间的几何关系，获得主机器人与从机器人的相对基坐标关系，完成两个协作机器人的基坐标系标定。

优选地，所述的标定工具设置于机器人第六轴法兰盘的末端。

优选地，步骤S30所述的根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系，具体为：获得三个接触点所在圆的圆心位置，构建以圆心作为原点的坐标系。

优选地，所述的新坐标系，其单位方向矢量根据O₃P₁、P₁P₂、P₂P₃之间的向量几何关系获得，其中，O₃表示新坐标系的原点，P₁表示第一转角对应的接触点，P₂表示第二转角对应的接触点，P₃表示第三转角对应的接触点。

优选地，所述的新坐标系，其x、y、z三个轴方向与从机器人基坐标系x、y、z三个轴方向相同。

优选地，所述的第一转角为0。

优选地，步骤S50所述的根据新坐标系原点与从机器人基坐标系原点之间的几何关系，具体为：新坐标系原点相对于从机器人基坐标系原点之间在z轴上的距离差。

本发明还提出一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质存储有双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的应用程序，所述应用程序实现如所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的步骤。

本发明提出一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法及介质，在两台协作机器人的法兰盘末端安装标定工具，两台机器人的工具末端在末端尖端处相接触，通过几组动作来获取标定所需的位置信息，通过特定的标定方程来求解协作机器人基坐标系之间的相对位姿关系，从而完成双机协作机器人基坐标系的标定；具有如下有益效果：

(1)、解决了机器人在无通信和multimove协同组件的情况下可以很好地进行协同工作；

(2)、操作步骤简单，无需添加额外的传感器和测量装置，标定精度较高；

(3)、本方法可以应用于各类协作机器人中，具有一定的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中双机器人标定工具示意图，其中，图(a)为标定工具坐标图，图(b)为标定工具安装示意图；

图2为本发明第一实施例中双机协作机器人系统的基坐标系标定方法流程图；

图3为本发明第一实施例中标定位置关系示意图；

图4为本发明第一实施例中标定方法的坐标系和参数示意图；

图5为本发明第二实施例中计算机存储介质示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法；

本发明第一优选实施例中，所述的双机协作机器人系统包括：呈主从关系的两个协作机器人，机器人的第六轴法兰盘末端安装标定工具，标定工具是一条细长的直杆，标定工具和安装图如图1所示；

本发明实施例中，两台机器人采用主从模式，一台机器人为主机器人，另一台机器人作为从机器人。从机器人基坐标系{R₂}相对主机器人基坐标系{R1}的标定方法，如图2所示，包括如下步骤：

S00、在两台机器人的第六轴法兰盘末端安装标定工具；

S10、通过示教器驱动从机器人的第一轴分别转动三个角度

且其他五个轴均保持角位移的变化量为零，同时在示教器驱动从机器人转动的过程中，通过示教器驱动主机器人使其末端标定工具与各转动角度

时的从机器人末端标定工具相接触，标记三三个接触点P₁、P₂和P₃；

S20、通过示教器读取主机器人六个轴的角位移数值，获得主机器人基坐标系下三个接触点的位置坐标；

本发明实施例中，通过示教器读取主机器人六个轴的角位移数值，带入主机器人末端坐标系{E₁}到主机器人基座{R₁}位姿变换矩阵^R1T_E1，获得此三点在{R₁}坐标系下的位置坐标；

S30、根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系{R₃}；

本发明实施例中，通过空间三点P₁、P₂和P₃确定一个圆，并找到圆心的位置坐标，此圆心的位置坐标为坐标系{R₃}在主机器人基坐标系{R₁}下的原点位置，将{R₃}原点记为O₃；

本发明实施例中，如图3和图4所示，{R₃}坐标系x，y，z三轴方向则通过O₃P₁，P₁P₂，P₂P₃，之间的向量几何关系求得，具体如下：

本发明实施例中，在坐标系{R₁}下，设定P₁、P₂、P₃、O₂、O₃(P₀)坐标为P₁(x₁，y₁，z₁)、P₂(x₂，y₂，z₂)、P₃(x₃，y₃，z₃)、O₂(x₀₂，y₀₂，z₀₃)、O₃(x₀₃，y₀₃，z₀₃)；则O₃的位置坐标x₀₃，y₀₃，z₀₃，可以通过求解平面M，T，S的方程组求得；

本发明实施例中，O₃的单位方向矢量u、v、w可由式(2)至(4)获得，即u即为{R₃}坐标系x轴的方向，v即为坐标系y轴的方向，w即为{R₃}坐标系z轴的方向；

v＝w×u＝(v_x，v_y，v_z) (4)

S40、获得新坐标系{R₃}相对于主机器人基坐标系{R₁}的变换矩阵；

本发明实施例中，新坐标系{R₃}与主机器人基坐标系{R₁}变换矩阵^R1T_R3如下：

S50、根据新坐标系{R₃}原点与从机器人基坐标系{R₂}原点之间的几何关系，获得主机器人与从机器人的相对基坐标关系，完成两个协作机器人的基坐标系标定。

本发明实施例中，由于从机器人基坐标系{R₂}原点相对新坐标系{R₃}原点，两者x，y，z轴方向一样，而从机器人基坐标系{R₂}原点只是相对新坐标系{R₃}原点在z轴上移动了z₁的距离(z₁＝z₁＝z₁＝Δz)，因此可以通过下面的公式求出从机器人基坐标系{R₂}原点的位置坐标，最后就得到了主机器人基坐标系{R₁}与从机器人基坐标系{R₂}之间的转换矩阵^R1T_R2，具体如下：

其中，Δz为在从机器人{R₂}基坐标系下，从机器人工具末端z方向位置坐标，通过读取从机器人在P₁点的六个关节角位移值计算得出；

本发明还提出一种计算机可读取存储介质，如图5所示，所述计算机可读取存储介质存储有双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的应用程序，所述应用程序实现如所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的步骤，例如：

S00、在两台机器人的第六轴法兰盘末端安装标定工具；

S10、通过示教器驱动从机器人的第一轴分别转动三个角度

且其他五个轴均保持角位移的变化量为零，同时在示教器驱动从机器人转动的过程中，通过示教器驱动主机器人使其末端标定工具与各转动角度

时的从机器人末端标定工具相接触，标记三个接触点P₁、P₂和P₃；

S20、通过示教器读取主机器人六个轴的角位移数值，获得主机器人基坐标系下三个接触点的位置坐标；

S30、根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系{R₃}；

S40、获得新坐标系{R₃}相对于主机器人基坐标系{R₁}的变换矩阵；

S50、根据新坐标系{R₃}原点与从机器人基坐标系{R₂}原点之间的几何关系，获得主机器人与从机器人的相对基坐标关系，完成两个协作机器人的基坐标系标定。

本发明实施例中，各步骤的具体细节在上文中已经详细阐述，此处不再复述；

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，

所述的双机协作机器人系统包括：呈主从关系的两个协作机器人，主机器人和从机器人的末端均设置有标定工具；

所述基坐标系标定方法，包括如下步骤：

S10、驱动从机器人的第一轴分别转动三个角度且其他轴保持不变，同时驱动主机器人使其末端标定工具与各转动角度时的从机器人末端标定工具相接触，标记三个接触点；

S20、读取主机器人六个轴的角位移数值，获得主机器人基坐标系下三个接触点的位置坐标；

S30、根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系；

S40、获得新坐标系相对于主机器人基坐标系的变换矩阵；

S50、根据新坐标系原点与从机器人基坐标系原点之间的几何关系，获得主机器人与从机器人的相对基坐标关系，完成两个协作机器人的基坐标系标定。

2.根据权利要求1所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，所述的标定工具设置于机器人第六轴法兰盘的末端。

3.根据权利要求1所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，步骤S30所述的根据三个接触点的位置坐标构建另一新坐标系，具体为：获得三个接触点所在圆的圆心位置，构建以圆心作为原点的坐标系。

4.根据权利要求1所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，所述的新坐标系，其单位方向矢量根据O₃P₁、P₁P₂、P₂P₃之间的向量几何关系获得，其中，O₃表示新坐标系的原点，P₁表示第一转角对应的接触点，P₂表示第二转角对应的接触点，P₃表示第三转角对应的接触点。

5.根据权利要求1所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，所述的新坐标系，其x、y、z三个轴方向与从机器人基坐标系x、y、z三个轴方向相同。

6.根据权利要求5所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，所述的第一转角为0。

7.根据权利要求1所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，步骤S50所述的根据新坐标系原点与从机器人基坐标系原点之间的几何关系，具体为：新坐标系原点相对于从机器人基坐标系原点之间在z轴上的距离差。

8.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质存储有双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的应用程序，所述应用程序实现如权利要求1至7中任一项所述的双机协作机器人系统的基坐标系标定方法的步骤。

Images