CN113510696A - 机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents

机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质 Download PDF

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CN113510696A CN202110441825.7A CN202110441825A CN113510696A CN 113510696 A CN113510696 A CN 113510696A CN 202110441825 A CN202110441825 A CN 202110441825A CN 113510696 A CN113510696 A CN 113510696A
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Abstract

本申请涉及一种机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质，其中，该方法包括：利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系，通过本申请，实现了自动化构建机械手的工件坐标系，具有计算效率高、精度高、应用场景广的特点。

Description

机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质
技术领域
本申请涉及机械手技术领域，特别是涉及机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
工业机器人在工业领域得到了广泛的应用，在机械加工领域取代人力，从事很多繁重重复性的活动；而且工业机器人不断的发展，在操作性智能化方面得到了长足的发展，预计未来随着人口老龄化及产业升级的需求，工业机器人将在更多领域取代人力，得到更多的应用。通常工业机器人是指多关节自由度机械臂，机械臂通过多个旋转电机驱动，实现机器人末端的可控制定位驱动，机器人自身是没有传感器的，人为在机器人上或旁边安装相机，通过使用相机获得目标坐标，从而让机器人根据相机得到的图像对目标进行操作的方式叫做机器人视觉，而为了使得相机与机器人坐标系之间建立关系就必须要对机器人与相机坐标系进行标定，该标定过程也就叫做手眼标定。
手眼标定完成的工作是相机和机械手之间的对应关系，而对于机械手抓取传送带上的物品时，需要构建传送带上运动的工件坐标系。目前对于工件坐标系的构建，通常是利用人工引导工业机器人记录X方向和Y方向的坐标点；比如，引导工业机器人去记录直角尺的两直角边(X方向和Y方向)的点，利用记录的点创建工件坐标系。这种方法操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求。
目前针对相关技术中，操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质，以至少解决相关技术中操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种机械手工件坐标系的构建方法，包括：
利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
利用叉乘公式对所述X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
根据所述X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
在其中一些实施例中，还包括：
将机械手的工具坐标系与标定板上的角点进行对齐。
在其中一些实施例中，对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a，包括：
将角点位置P1和对应角点位置P2进行减法运算，得到X轴方向向量a。
在其中一些实施例中，所述叉乘公式为：
Figure BDA0003035380040000021
式中，a(x1，y1，z1)为X轴方向向量，b(x2，y2，z2)为Z轴方向向量；i，j，k为基向量；i＝(1,0,0)j＝(0,1,0)k＝(0,0,1)。
在其中一些实施例中，还包括：
基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业。
第二方面，本申请实施例提供了一种机械手工件坐标系的构建装置，包括：获取模块、第一处理模块、第二处理模块以及构建模块；
所述获取模块，用于利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
所述第一处理模块，用于对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
所述第二处理模块，用于利用叉乘公式对所述X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
所述构建模块，用于根据所述X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
在其中一些实施例中，还包括喷涂模块；
所述喷涂模块，用于基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业。
第三方面，本申请实施例提供了一种机械手工件坐标系的构建系统，包括：终端设备、传输设备以及服务器设备；其中，所述终端设备通过传输设备连接服务器设备；
所述终端设备用于获取角点位置P1和对应角点位置P2；
所述传输设备用于传输角点位置P1和对应角点位置P2；
所述服务器设备用于执行如上述第一方面所述的机械手工件坐标系的构建方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的机械手工件坐标系的构建方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的机械手工件坐标系的构建方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的机械手工件坐标系的构建方法、装置、系统和存储介质，通过利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系，解决了现有机械手工件坐标系构建方法操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求的问题，实现了自动化构建机械手的工件坐标系，具有计算效率高、精度高、应用场景广的特点。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的机械手工件坐标系的构建方法的终端设备的硬件结构框图；
图2是本申请一实施例提供的机械手工件坐标系的构建方法的流程图；
图3是本申请一实施例提供的机械手工件坐标系的构建装置的结构框图。
图中：100、获取模块；200、第一处理模块；300、第二处理模块；400、构建模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本实施例提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。以运行在终端上为例，图1是本发明实施例的机械手工件坐标系的构建方法的终端的硬件结构框图。如图1所示，终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限定。例如，终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的机械手工件坐标系的构建方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
本实施例提供了一种机械手工件坐标系的构建方法，图2是根据本申请实施例的机械手工件坐标系的构建方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S210，利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
步骤S220，对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
步骤S230，利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
步骤S240，根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
需要说明的是，机械手在抓取传送带上的物品时，一般涉及三大坐标系：分别为基座坐标系、工具坐标系TCP(Tool Center Point)以及工件坐标系；工具坐标系TCP(ToolCenter Point)一般采用“四点法”实施，具体为：在机器人的工作空间内放置一个固定点；通过控制机器人的姿态，使TCP与空间内的固定点重合；重复上述步骤3次，改变机器人的姿态使TCP移动到同一点；以四次TCP点在世界坐标系中坐标相等为条件来建立方程组并求解，从而实现工具坐标系位置的标定。机械手的工具坐标系一般需要与标定板上的角点进行对齐。标定板为黑白相间的棋盘格，将标定板放置在传送带上，利用完成手眼标定的相机完成机械手TCP和标定板上角度的对齐。具体的过程可以为：利用相机采集标定板图像，并按预设规则一次记录棋盘格角点像素数据，记录的预设规则为：左上角为坐标原点(0，0)，一行一行的记录角点数据，包括该点的像素的行和像素的列。利用机械手TCP记录棋盘格角点实际坐标，包括世界坐标中点的横坐标x和世界坐标中点的纵坐标y；上述机械手的工具坐标系TCP记录棋盘格角点实际坐标的点位顺序和标定板图像中记录点位一一对应，从而完成对齐。
通过上述步骤，利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2，那么对应角点位置P2即为角点位置P1经过移动后的点，也就是P1和P2相对于标定板来说是相同的角点。由于P2是P1经过移动后得到的，那么基于角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a就能够保证X轴方向数据的精确度。然后利用叉乘公式和预设的Z轴方向向量可以直接计算出Y轴方向向量从而高效、快速的完成机械手工件坐标系构建，本申请的方案可以应用于多种不同的产线工业机械手作业需求。于其中一个实施例中，预设的Z轴方向向量为(0，0，1)，其可以为Z轴的基向量k。
通过利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系，解决了现有机械手工件坐标系构建方法操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求的问题，实现了自动化构建机械手的工件坐标系，具有计算效率高、精度高、应用场景广的特点。
在其中一些实施例中，对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a，包括以下步骤；
将角点位置P1和对应角点位置P2进行减法运算，得到X轴方向向量a。也就是讲角点位置P1减去对应角点位置P2；比如：P1(x3，y3，z3),P2(x4，y4，z4)；计算得到X轴方向向量a＝P1P2＝(x4-x3,y4-y3,1z4-z3)。
在其中一些实施例中，叉乘公式为：
Figure BDA0003035380040000071
式中，a(x1，y1，z1)为X轴方向向量，b(x2，y2，z2)为Z轴方向向量；i，j，k为基向量；i＝(1,0,0)j＝(0,1,0)k＝(0,0,1)。代入上述公式，得到Y轴方向向量为：(y1z2-z1y2，z1x2-x1z2，x1y2-y1x2)。通过将平面的问题转换成立体，利用向量叉乘的方式重新定义得到机械手工件坐标系，这个机械手工件坐标系完全贴合传送带的运动方向。由此可以高效，准确的构建的机械手工件坐标系。
在其中一些实施例中，为了适用于对精度要求高的涂装作业，本申请还包括以下步骤；
基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业；通过简单的移动传送带记录两个点位确定方向就可以创建机械手工件坐标系，可适应涂装作业对精度的要求。于其他实施例中，可适应多种不同的产线工业机械手的作业需求。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例还提供了一种机械手工件坐标系的构建装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图3是根据本申请实施例的机械手工件坐标系的构建装置的结构框图，如图3所示，该装置包括获取模块100、第一处理模块200、第二处理模块300以及构建模块400；
获取模块100，用于利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
第一处理模块200，用于对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
第二处理模块300，用于利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
构建模块400，用于根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
本申请解决了现有机械手工件坐标系构建方法操作繁琐，并且无法避免人为因数所造成的误差，而不能满足精度要求高的作业需求的问题，实现了自动化构建机械手的工件坐标系，具有计算效率高、精度高、应用场景广的特点。
在其中一些实施例中，该装置包括图3所示的所有模块，此外还包括对齐模块；
对齐模块，用于将机械手的工具坐标系与标定板上的角点进行对齐。
在其中一些实施例中，该装置包括图3所示的所有模块，此外还包括喷涂模块；
喷涂模块，用于基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
S2，对角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
S3，利用叉乘公式对X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
S4，根据X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
另外，结合上述实施例中的机械手工件坐标系的构建方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种机械手工件坐标系的构建方法。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械手工件坐标系的构建方法，其特征在于，包括：
利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
利用叉乘公式对所述X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
根据所述X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
2.根据权利要求1所述的机械手工件坐标系的构建方法，其特征在于，还包括：
将机械手的工具坐标系与标定板上的角点进行对齐。
3.根据权利要求1所述的机械手工件坐标系的构建方法，其特征在于，对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a，包括：
将角点位置P1和对应角点位置P2进行减法运算，得到X轴方向向量a。
4.根据权利要求1所述的机械手工件坐标系的构建方法，其特征在于，所述叉乘公式为：
Figure FDA0003035380030000011
式中，a(x1，y1，z1)为X轴方向向量，b(x2，y2，z2)为Z轴方向向量；i，j，k为基向量；i＝(1,0,0)j＝(0,1,0)k＝(0,0,1)。
5.根据权利要求1所述的机械手工件坐标系的构建方法，其特征在于，还包括：
基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业。
6.一种机械手工件坐标系的构建装置，其特征在于，包括：获取模块、第一处理模块、第二处理模块以及构建模块；
所述获取模块，用于利用机械手的标定尖获取放置于传送带标定板上的角点位置P1，并在标定板在传送带上移动后，利用机械手的标定尖获取标定板上的对应角点位置P2；
所述第一处理模块，用于对所述角点位置P1和对应角点位置P2进行向量处理，得到X轴方向向量a；
所述第二处理模块，用于利用叉乘公式对所述X轴方向向量a和预设的Z轴方向向量b进行处理，得到Y轴方向向量；
所述构建模块，用于根据所述X轴方向向量a、预设的Z轴方向向量b以及Y轴方向向量构建机械手工件坐标系。
7.根据权利要求6所述的机械手工件坐标系的构建装置，其特征在于，还包括喷涂模块；
所述喷涂模块，用于基于构建的机械手工件坐标系进行喷涂作业。
8.一种机械手工件坐标系的构建系统，其特征在于，包括：终端设备、传输设备以及服务器设备；其中，所述终端设备通过传输设备连接服务器设备；
所述终端设备用于获取角点位置P1和对应角点位置P2；
所述传输设备用于传输角点位置P1和对应角点位置P2；
所述服务器设备用于执行如权利要求1至5中任一项所述的机械手工件坐标系的构建方法。
9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至5中任一项所述的机械手工件坐标系的构建方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至5中任一项所述的机械手工件坐标系的构建方法。
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