CN113547525A - 码垛专用机器人控制器的控制方法 - Google Patents

码垛专用机器人控制器的控制方法 Download PDF

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CN113547525A
CN113547525A CN202111103211.4A CN202111103211A CN113547525A CN 113547525 A CN113547525 A CN 113547525A CN 202111103211 A CN202111103211 A CN 202111103211A CN 113547525 A CN113547525 A CN 113547525A
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Abstract

本发明提供码垛专用机器人控制器的控制方法，包括如下步骤：S1：输入原始参数；S2：根据所述原始参数在垛型库中进行垛型选择，得到目标垛型；S3：采用工具标定策略进行工具标定，采用托盘标定策略进行托盘标定；S4：进行抓取点和过渡点标定；S5：根据抓手信息进行变量设定；S6：对目标垛型进行调整；S7：通过接口调用机器人进行抓取。本发明能够解决调试时间长、过程繁琐并且通用工业机器人的成本相对较高的问题，可以很好地节省调试人员时间，进而减少成本、方便部署，降低对调试人员的要求，使调试更容易。

Description

码垛专用机器人控制器的控制方法
技术领域
本发明涉及码垛机器人技术领域，具体涉及码垛专用机器人控制器的控制方法。
背景技术
随着工业自动化进程的不断加深，工厂自动化是每个制造生产企业的发展方向，舍弃传统的人力劳作，改用现代化设备，提高生产效率，机器人的出现大大降低了生产企业的人力成本，尤其是砂浆、物流等行业，需要有大量的搬运码垛工作，对机器人的需求量巨大。
目前的机器人主要是针对工业通用型的机器人，想要实现一种特定场景的功能，需要较长的时间进行调试示教机器人等，例如实现码垛功能，通用机器人需要将码垛中不同垛型分别进行标定示教，不同垛型的不同层之间的码垛点也需要进行示教得到，这样极大的浪费了现场调试人员和生厂商的时间。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供码垛专用机器人控制器的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：码垛专用机器人控制器的控制方法，包括如下步骤：
S1：输入原始参数；
S2：根据所述原始参数在垛型库中进行垛型选择，得到目标垛型；
S3：采用工具标定策略进行工具标定，采用托盘标定策略进行托盘标定；
S4：进行抓取点和过渡点标定；
S5：根据抓手信息进行变量设定；
S6：对目标垛型进行调整；
S7：通过接口调用机器人进行抓取。
在本发明中，优选地，所述原始参数包括抓取物长宽信息和托盘尺寸信息。
在本发明中，优选地，所述垛型库包括回子垛、五花垛、条形垛、七包垛和八包垛。
在本发明中，优选地，抓取点和过渡点的标定具体为将机器人抓手移动到待抓取物的位置，机器人抓手执行抓取动作，所述过渡点设置为抓取前置点、放置前置点以及中间点。
在本发明中，优选地，变量设定包括机器人运行速度、抓手抓取时间和抓手放置时间。
在本发明中，优选地，对目标垛型进行调整具体包括设置偏移量的方向、偏移值、高度值以及码放顺序。
在本发明中，优选地，通过所述偏移量的方向结合偏移值计算得出偏移量在xy方向的分量值。
在本发明中，优选地，所述工具标定策略具体包括如下步骤：
R1：在本实施例中以三点法为例进行讲解，首先明确机器人上的三个坐标系的位置关系以及常用的表示量，B表示机器人基坐标系，E表示机器人法兰盘坐标系，T表示机器人工具坐标系。标定时将工具安装到机器人法兰盘，利用工具机器人以两个不同的姿态使工具末端触碰空间中同一个点位，在本实施例中，选取工具末端作为标定过程的参考点，使得标定结果更加精准，得到第一固定点和第二固定点以机器人基坐标系为参考坐标系的位置信息，记录以机器人基坐标系为参考得到的第一固定点的位置信息A1（x1,y1,z1,u1,v1,w1）,变换一个姿态再次碰触空间中该固定点位，记录以机器人基坐标系为参考得到的第二固定点的位置信息A2（x2,y2,z2,u2,v2,w2）；
R2：根据位置信息计算工具坐标系相对于机器人法兰盘坐标系的位置向量
Figure 318329DEST_PATH_IMAGE001
；
如图8所示，位置向量
Figure 682445DEST_PATH_IMAGE001
计算过程具体包括如下步骤：
R21：构建机器人法兰盘坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系间的位置变换关系表达式
Figure 560403DEST_PATH_IMAGE002
,其中，i=1，2，
Figure 83788DEST_PATH_IMAGE003
表示机器人法兰盘坐标系E相对于机器人基坐标系B的变换矩阵，
Figure 248053DEST_PATH_IMAGE004
表示工具坐标系T相对于机器人法兰盘坐标系的变换矩阵，
Figure 365045DEST_PATH_IMAGE005
表示工具坐标系T相对于机器人基坐标系的变换矩阵；
R22：将
Figure 905747DEST_PATH_IMAGE006
表示工具坐标系的原点相对于机器人法兰盘坐标系原点的位置关系，在机器人移动得到第一固定点A1跟第二固定点A2的过程中
Figure 159005DEST_PATH_IMAGE006
始终是不变的，也就是说，对于第一固定点A1和第二固定点A2而言，其位置向量
Figure 759751DEST_PATH_IMAGE007
相同，然而
Figure 770563DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 114957DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 839634DEST_PATH_IMAGE008
不同，因而将位置关系表达式
Figure 345702DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 437286DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 319791DEST_PATH_IMAGE008
转换为矩阵形式，得到
Figure 547641DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 224610DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 537911DEST_PATH_IMAGE012
，根据矩阵形式得到等式
Figure 224108DEST_PATH_IMAGE013
；
R23：根据第一固定点A1、第二固定点A2的姿态矩阵
Figure 306464DEST_PATH_IMAGE014
以及位置向量
Figure 295280DEST_PATH_IMAGE015
，求得工具末端的位置向量
Figure 95877DEST_PATH_IMAGE016
。
在实际标定时
Figure 195551DEST_PATH_IMAGE017
可直接测得，根据第一固定点A1和第二固定点A2的姿态
Figure 522627DEST_PATH_IMAGE018
和位置向量
Figure 682344DEST_PATH_IMAGE019
，列出等式
Figure 829292DEST_PATH_IMAGE020
，将上下两个等式作差得到
Figure 732657DEST_PATH_IMAGE021
、得到
Figure 789606DEST_PATH_IMAGE022
，求得工具末端的位置向量
Figure 120224DEST_PATH_IMAGE023
。
R3：若要知道机器人法兰盘坐标系E与工具坐标系T的姿态关系，在已知第一固定点A1或第二固定点A2的情况下，还需要再标定一个点位，两点确定一个向量，以该向量作为工具坐标系的x轴方向，也就是说在记录第一固定点A1或第二固定点A2的基础上，移动机器人一段距离，工具末端也随着机器人移动，此处对于机器人移动方向以及移动距离均没有限制或者要求，记录以机器人基坐标系B为参考得到的第三固定点A3的位置信息A3（x3,y3,z3,u3,v3,w3）,根据第二固定点和第三固定点表示出A2A3的方向向量，记为
Figure 20047DEST_PATH_IMAGE024
，如图11所示，其作为工具坐标系的X轴，
Figure 133627DEST_PATH_IMAGE025
，三点法是用来计算平面的工具尺寸，所以三点法通常将工具坐标系的Z轴看成与机器人基坐标系的Z轴同向或者反向，由此我们得到工具坐标系的Z轴向量表示
Figure 169717DEST_PATH_IMAGE026
，根据X轴和Z轴的分量方向加上右手定则即可计算出坐标系Y轴的向量表示
Figure 999132DEST_PATH_IMAGE027
,然后对
Figure 120672DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 490474DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 522015DEST_PATH_IMAGE030
单位化得到
Figure 319069DEST_PATH_IMAGE031
，将工具坐标系T相对于机器人基坐标系B的姿态表示为
Figure 803271DEST_PATH_IMAGE032
，姿态是用来表述两个坐标系之间的相对关系的，得到
Figure 711185DEST_PATH_IMAGE033
，将机器人法兰盘坐标系E的旋转矩阵表示为
Figure 597232DEST_PATH_IMAGE034
，旋转矩阵的作用是把某一向量在一个坐标系的投影转换到另一个坐标系，根据
Figure 565188DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 536686DEST_PATH_IMAGE036
，其中，
Figure 248290DEST_PATH_IMAGE037
表示工具坐标系T的旋转矩阵；
R4：根据上述
Figure 254424DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 393281DEST_PATH_IMAGE038
得出工具坐标系T的标定结果
Figure 711130DEST_PATH_IMAGE039
。
在本发明中，优选地，所述托盘标定策略具体包括如下步骤：
T1：分别求得x、y方向的矢量值；
T2：根据x、y方向的矢量值进行单位化处理分别得到x、y方向的单位矢量；
T3：根据右手定则计算z轴方向的矢量值并进行单位化处理计算得到姿态矩阵；
T4：判断姿态矩阵计算是否有误，是则返回T1；否则进入步骤T5；
T5：根据托盘坐标系与机器人基坐标系之间的位置关系将托盘坐标系原点在机器人基坐标系下的坐标值表示。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明将不同的坐标系独立，通过计算得出的垛型点位都是相对于托盘坐标系而言的，即便变换托盘或者改变托盘的位置均不需要重新计算垛型点位，只需重新标定机器人与托盘坐标系之间的相对位置关系就可以，相比于传统的控制过程减少了繁琐的示教过程和编程过程；通过托盘标定策略能够针对不同的托盘分别进行标定，如果将同一物料码放到不同托盘中（垛型相同），只需进行托盘标定，垛型计算部分无需再重新进行设置。这样相较于传统工业机器人控制方法而言能够降低调试人员对坐标转换的要求，同时也可以避免因为计算失误导致的其他问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的示意图；
图2是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的垛型选择示意图；
图3是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的抓手信息设置示意图；
图4是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的对目标垛型进行调整的示意图；
图5是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的工具标定策略的机器人法兰盘坐标系、机器人基坐标系以及工具坐标系之间的位置关系示意图；
图6是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的托盘标定策略的托盘坐标系位置关系示意图；
图7是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的工具标定策略的示意图；
图8是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的位置偏移量计算过程的示意图；
图9是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的托盘标定策略的示意图；
图10是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的硬件设备的示意图；
图11是本发明的码垛专用机器人控制器的控制方法的得到第三固定点的示意图。
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做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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2、图3和图4所示，为了解决上述存在的调试时间长、过程繁琐并且通用工业机器人的成本相对较高的情况，提供一种专用于码垛的工业机器人的控制方法，可以很好地节省调试人员时间成本和采购方的金钱成本，方便部署，降低对调试人员的要求，使调试更容易。由于码垛的垛型可以自行计算，并且运动控制算法使用灵活，所以可以很好的解决现在行业内的需要要求，提高设备调试的效率，降低企业成本，包括如下步骤：
S1：输入原始参数，原始参数包括抓取物长宽信息和托盘尺寸信息；
S2：根据原始参数在垛型库中进行垛型选择，得到目标垛型；其中，垛型库包括回子垛、五花垛、条形垛、七包垛和八包垛，用户能够根据实际需求选择相应垛型，避免了自己计算垛型的过程，同时也可以大大降低对调试人员的要求；
S3：采用工具标定策略进行工具标定，采用托盘标定策略进行托盘标定；
S4：进行抓取点和过渡点标定；
S5：根据抓手信息进行变量设定；
S6：对目标垛型进行调整；
S7：通过接口调用机器人进行抓取。
在本实施例中，以回子垛为例进行说明：
已知托盘尺寸为1000mm×1000mm×50mm，抓取物尺寸为320mm×480mm×110mm，选取的是回子垛的垛型，序号为1的抓取物的其一顶点A1与托盘的顶点、托盘坐标系原点重合，坐标记为（0,0），根据抓取物的已知长宽数值求得该抓取物其余三个顶点的坐标B1（480，0）、C1（480，320）、D1（0，320）以及该抓取物的中位点坐标E1（240，160），在机器人抓手根据中位点坐标E1将抓取物放置到位之后，结合抓取物的尺寸得出序号为2的抓取物各个顶点的坐标A2（0，320）、B2（320，320）、C2（320，800）、D2（0，800）以及该抓取物的中位点坐标E2（160，560），同时得出与序号1相邻的序号为4的抓取物的各顶点坐标A4（480，0）、B4（800，0）、C4（800，480）、D4（480，480）以及该抓取物的中位点坐标E4（640，240），此位置的参考坐标系是托盘坐标系，同理推导得出序号为3的抓取物的各顶点坐标A3（320，480）、B3（800，480）、C3（800，800）、D3（320，800）以及中位点坐标E3（560，640）。本发明将不同的坐标系独立，通过计算得出的垛型点位都是相对于托盘坐标系而言的，即便变换托盘或者改变托盘的位置均不需要重新计算垛型点位，只需重新标定机器人与托盘坐标系之间的相对位置关系就可以，相比于传统的控制过程减少了繁琐的示教过程和编程过程。
在本实施例中，进一步地，抓取点和过渡点的标定具体为将机器人抓手移动到待抓取物的位置，选取抓手信息不同（开合式抓手或者吸盘式抓手）通过机器人抓手闭合或者吸盘吸气动作响应完成对抓取物的抓取，过渡点设置为抓取前置点、放置前置点以及中间点，抓取点和过渡点均处于机器人坐标系中。其中，抓取点指的是抓取物料的位置，如是传送带上的位置，该位置一经标定就固定不变了；中间点指的是从抓取前置点到放置前置点之间添加一个点，该点为可选点，中间点可根据实际需求进行设置，如果没有障碍物则此点可以不添加。改变抓手信息对垛型的选择不产生影响，调节码放顺序是在对目标垛型调整步骤进行的，不仅可以调整码放顺序，还可以调整码放的角度。之所以要设置放置前置点，是为了使得码放的抓取物更加紧凑，放置前置点指的是放置之前机器人到达的位置，此位置一般是在放置点的基础上添加偏置量即可。
在本实施例中，进一步地，变量设定包括机器人运行速度、抓手抓取时间和抓手放置时间。
在本实施例中，进一步地，对目标垛型进行调整具体包括设置偏移量的方向、偏移值、高度值以及码放顺序。这里的码放顺序指的是依照抓取物的序号从小到大的顺序码放，抓取物的序号可根据操作人员的实际操作进行更改，具体操作界面如图4所示，偏移量的方向通过点击箭头进行选择，输入并设定偏移值和高度值的数值，高度值指的是距离放置点的垂直高度。图4中操作界面示出的“正抓”“反抓”与垛形码放顺序无关，指的是机器人抓手旋转180度，进而便于定位并抓取货架上的抓取物。
在本实施例中，进一步地，通过偏移量的方向结合偏移值计算得出偏移量在xy方向的分量值。
如图5和图7所示，在本实施例中，进一步地，工具标定策略具体包括如下步骤：
R1：在本实施例中以三点法为例进行讲解，首先明确机器人上的三个坐标系的位置关系以及常用的表示量，B表示机器人基坐标系，E表示机器人法兰盘坐标系，T表示机器人工具坐标系。标定时将工具安装到机器人法兰盘，利用工具机器人以两个不同的姿态使工具末端触碰空间中同一个点位，在本实施例中，选取工具末端作为标定过程的参考点，使得标定结果更加精准，得到第一固定点和第二固定点以机器人基坐标系为参考坐标系的位置信息，记录以机器人基坐标系为参考得到的第一固定点的位置信息A1（x1,y1,z1,u1,v1,w1）,变换一个姿态再次碰触空间中该固定点位，记录以机器人基坐标系为参考得到的第二固定点的位置信息A2（x2,y2,z2,u2,v2,w2）；
R2：根据位置信息计算工具坐标系相对于机器人法兰盘坐标系的位置向量
Figure 101791DEST_PATH_IMAGE040
；
如图8所示，位置向量
Figure 87064DEST_PATH_IMAGE040
计算过程具体包括如下步骤：
R21：构建机器人法兰盘坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系间的位置变换关系表达式
Figure 272189DEST_PATH_IMAGE041
,其中，i=1，2，
Figure 77334DEST_PATH_IMAGE017
表示机器人法兰盘坐标系E相对于机器人基坐标系B的变换矩阵，
Figure 6107DEST_PATH_IMAGE042
表示工具坐标系T相对于机器人法兰盘坐标系的变换矩阵，
Figure 845887DEST_PATH_IMAGE043
表示工具坐标系T相对于机器人基坐标系的变换矩阵；
R22：将
Figure 201913DEST_PATH_IMAGE044
表示工具坐标系的原点相对于机器人法兰盘坐标系原点的位置关系，在机器人移动得到第一固定点A1跟第二固定点A2的过程中
Figure 759934DEST_PATH_IMAGE045
始终是不变的，也就是说，对于第一固定点A1和第二固定点A2而言，其位置向量
Figure 226818DEST_PATH_IMAGE046
相同，然而
Figure 186684DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 838245DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 493348DEST_PATH_IMAGE047
不同，因而将位置关系表达式
Figure 888558DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 250400DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 72863DEST_PATH_IMAGE047
转换为矩阵形式，得到
Figure 543158DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 742058DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 286303DEST_PATH_IMAGE051
，根据矩阵形式得到等式
Figure 279667DEST_PATH_IMAGE052
；
R23：根据第一固定点A1、第二固定点A2的姿态矩阵
Figure 909363DEST_PATH_IMAGE018
以及位置向量
Figure 911954DEST_PATH_IMAGE019
，求得工具末端的位置向量
Figure 310705DEST_PATH_IMAGE016
。
在实际标定时
Figure 474970DEST_PATH_IMAGE017
可直接测得，根据第一固定点A1和第二固定点A2的姿态
Figure 591962DEST_PATH_IMAGE018
和位置向量
Figure 132665DEST_PATH_IMAGE019
，列出等式
Figure 385923DEST_PATH_IMAGE020
，将上下两个等式作差得到
Figure 986668DEST_PATH_IMAGE021
、得到
Figure 301939DEST_PATH_IMAGE022
，求得工具末端的位置向量
Figure 646333DEST_PATH_IMAGE023
。
R3：若要知道机器人法兰盘坐标系E与工具坐标系T的姿态关系，在已知第一固定点A1或第二固定点A2的情况下，还需要再标定一个点位，两点确定一个向量，以该向量作为工具坐标系的x轴方向，也就是说在记录第一固定点A1或第二固定点A2的基础上，移动机器人一段距离，工具末端也随着机器人移动，此处对于机器人移动方向以及移动距离均没有限制或者要求，记录以机器人基坐标系B为参考得到的第三固定点A3的位置信息A3（x3,y3,z3,u3,v3,w3）,根据第二固定点和第三固定点表示出A2A3的方向向量，记为
Figure 754097DEST_PATH_IMAGE024
，如图11所示，其作为工具坐标系的X轴，
Figure 525744DEST_PATH_IMAGE025
，三点法是用来计算平面的工具尺寸，所以三点法通常将工具坐标系的Z轴看成与机器人基坐标系的Z轴同向或者反向，由此我们得到工具坐标系的Z轴向量表示
Figure 351749DEST_PATH_IMAGE026
，根据X轴和Z轴的分量方向加上右手定则即可计算出坐标系Y轴的向量表示
Figure 234254DEST_PATH_IMAGE027
,然后对
Figure 586738DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 404653DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 842587DEST_PATH_IMAGE030
单位化得到
Figure 404150DEST_PATH_IMAGE031
，将工具坐标系T相对于机器人基坐标系B的姿态表示为
Figure 611140DEST_PATH_IMAGE032
，姿态是用来表述两个坐标系之间的相对关系的，得到
Figure 272060DEST_PATH_IMAGE033
，将机器人法兰盘坐标系E的旋转矩阵表示为
Figure 197290DEST_PATH_IMAGE034
，旋转矩阵的作用是把某一向量在一个坐标系的投影转换到另一个坐标系，根据
Figure 624861DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 951937DEST_PATH_IMAGE036
，其中，
Figure 846075DEST_PATH_IMAGE037
表示工具坐标系T的旋转矩阵；
R4：根据上述
Figure 258601DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 161967DEST_PATH_IMAGE038
得出工具坐标系T的标定结果
Figure 343549DEST_PATH_IMAGE039
。
如图6和图9所示，在本实施例中，进一步地，托盘标定策略具体包括如下步骤：
T1：分别求得x、y坐标系的矢量值；
T2：根据x、y坐标系的矢量值进行单位化处理分别得到x、y方向的单位矢量；
T3：根据右手定则计算z轴的矢量值并进行单位化处理计算得到姿态矩阵；
T4：判断姿态矩阵计算是否有误，是则返回T1；否则进入步骤T5；
T5：根据托盘坐标系与机器人基坐标系之间的位置关系将托盘坐标系原点在机器人基坐标系下的坐标值表示。
托盘坐标系的计算相比于工具坐标系要简单很多，托盘标定同样要标定出三个位置点，这三个位置点的目的是计算得出托盘坐标系相对于机器人基坐标系的位置和姿态关系，首先标定托盘的原点位置并记录下该点，使用同样的方法进行坐标轴xy方向的标定，标定完成后调用后台算法进行计算。如图6所示，具体而言是通过示教移动托盘任意顶点到某个位置，记为O点，记录O点的坐标O（10,20,30）（此处坐标为机器人基坐标系下的坐标，记录位置信息即可），移动机器人到X位置记录点X的坐标X（30,20,30），再次移动机器人使得机器人末端到达Y点位置，记录Y点坐标（10,40,30），此时托盘三点标定完毕。根据标定好的O点和X点坐标计算矢量
Figure 674168DEST_PATH_IMAGE053
矢量
Figure 308411DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 749888DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 51556DEST_PATH_IMAGE056
，将该矢量进行单位化处理即可得到托盘坐标系X轴以及Y轴的单位矢量表示，根据右手定则以及矢量的叉乘计算出Z轴的矢量值并进行单位化处理，至此计算得到姿态矩阵，这里表示的是托盘自身的姿态矩阵，可通过验证跟轴分量是否正交以及矩阵的特征值是否为1进行判断计算是否有误。这里托盘标定策略能够针对不同的托盘分别进行标定，如果将同一物料码放到不同托盘中（垛型相同），只需进行托盘标定，垛型计算部分无需再重新进行设置。这样相较于传统工业机器人控制方法而言能够降低调试人员对坐标转换的要求，同时也可以避免因为计算失误导致的其他问题。
本发明的工作原理和工作过程如下：当需要将同一种物料在两个托盘中进行码垛时，打开上位机软件之后，可以进行码垛工艺的设定，首先先进行码垛使用的抓手选择，根据不同的抓手信息进行相应的设置，可以分别设定抓手为开合式还是吸盘式，同时可以设定抓取码放方式为单抓单放、多抓单放以及多抓多放等等参数，以及调节抓取顺序。之后进行垛型选择，在垛型库中选取不同的垛型，对于不同的托盘可以选择不同的垛型，设定好垛型、抓取物体尺寸以及托盘尺寸之后即可通过后台计算出满足设置要求的垛型，相比于传统的方式需要调试人员自行示教计算的方式可以大大降低难度。用户在软件上查看通过算法计算出来的垛型与实际需求的垛型进行比较，如果和用户的要求有所偏差，用户还可以在操作界面中对垛型进行调整，通过点击并按住当前序号下的抓取物，进行移动拖拽改变相邻抓取物之间的距离以及相对位置关系，进而实现该垛型下各抓取物之间的间距和垛型布局，也可以改变码放的顺序、抓取的方向以及前置点等，设置放置前置点的目的是为了使码放的物体更加地紧凑。偶数层与奇数层的垛型类型相同，二者的垛型码放布局其相邻层的抓取物交叉90度布置，能够有效提升当前垛型多层码垛的稳定性。
该机器人控制器包括机器人的基本运动控制算法，如直线、圆弧、关节运动、工具标定以及轨迹合成等功能，可以满足机器人码垛工作的所有运动要求，同时接口调用方便，可以使得调试人员快速学习使用，算法可配置选项丰富，用户可根据不同要求设置不同轨迹的参数，满足多种要求。根据不同要求设置不同轨迹的参数也就是选择不同的运动类型，如点到点运动、直线以及圆弧的轨迹是不同的，也可以是任意两种轨迹的合成过渡。
如图10所示，系统包括终端设备、控制器、控制柜和机器人，其中控制器采用服务端设备，上位机也可以配置在其他设备中，终端设备包括但不限于台式电脑、笔记本电脑或者示教器，采用的通信方式包括工业主站通信（EtherCAT）、tcp/ip以及共享内存的方式，可以很方便地与第三方设备进行通信使用。该控制器配置有触摸屏，便于数据查看，进行机器人示教，相比于通常的工业机器人的按键示教，该控制器配置有摇杆示教的功能，能够便于适配不同厂家的外部设备模块，如I/O控制模块、相机等，且软件中也配置了相关的函数接口，用户能够灵活地进行控制，可以同时示教两个关节的运动或是笛卡尔坐标系的xy方向的移动，相较于传统的单个关节的示教，可以缩短示教的时间，而且摇杆操控更加灵活便捷。
本发明实施例采用的主站为工业以太网的通信方式，该方式可以实现实时控制，满足工业要求，最快循环周期可以达到1ms，可以避免出现延迟的情况，从而避免一些意外情况。本发明实施例中使用的算法计算速率快，对硬件设备的要求较低，从而可以降低成本。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：输入原始参数；
S2：根据所述原始参数在垛型库中进行垛型选择，得到目标垛型；
S3：采用工具标定策略进行工具标定，采用托盘标定策略进行托盘标定；
S4：进行抓取点和过渡点标定；
S5：根据抓手信息进行变量设定；
S6：对目标垛型进行调整；
S7：通过接口调用机器人进行抓取。
2.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，所述原始参数包括抓取物长宽信息和托盘尺寸信息。
3.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，所述垛型库包括回子垛、五花垛、条形垛、七包垛和八包垛。
4.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，抓取点和过渡点的标定具体为将机器人抓手移动到待抓取物的位置，机器人抓手执行抓取动作，所述过渡点设置为抓取前置点、放置前置点以及中间点。
5.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，变量设定包括机器人运行速度、抓手抓取时间和抓手放置时间。
6.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，对目标垛型进行调整具体包括设置偏移量的方向、偏移值、高度值以及码放顺序。
7.根据权利要求6所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，通过所述偏移量的方向结合偏移值计算得出偏移量在xy方向的分量值。
8.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，所述工具标定策略具体包括如下步骤：
R1：将工具安装到机器人法兰盘，利用工具机器人以两个不同的姿态使工具末端触碰空间中同一个点位，得到第一固定点和第二固定点以机器人基坐标系为参考坐标系的位置信息；
R2：根据位置信息计算工具坐标系相对于机器人法兰盘坐标系的位置向量
Figure 376618DEST_PATH_IMAGE001
；
R3：通过第一固定点或第二固定点位置信息沿某一个方向移动一段距离取得第三固定点的位置信息，计算出工具坐标系T的X、Y、Z轴向向量，得到工具坐标系T相对于机器人法兰盘坐标系E的旋转姿态矩阵
Figure 698009DEST_PATH_IMAGE002
；
R4：计算得出工具坐标系T相对于机器人法兰盘坐标系E的变换矩阵
Figure 828776DEST_PATH_IMAGE003
。
9.根据权利要求8所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，步骤R2所述位置向量
Figure 842999DEST_PATH_IMAGE001
计算过程具体包括如下步骤：
R21：构建机器人法兰盘坐标系E、机器人基坐标系B以及机器人工具坐标系T间的位置关系表达式
Figure 426427DEST_PATH_IMAGE004
,其中
Figure 223613DEST_PATH_IMAGE005
表示机器人法兰盘坐标系和机器人基坐标系的位置关系，
Figure 208887DEST_PATH_IMAGE006
表示机器人工具坐标系和机器人法兰盘坐标系的位置关系；
R22：将
Figure 557845DEST_PATH_IMAGE007
表示工具坐标系的原点相对于机器人法兰盘坐标系原点的位置关系，在机器人移动得到第一固定点跟第二固定点的过程中
Figure 628569DEST_PATH_IMAGE007
始终是不变的，即第一固定点和第二固定点的位置向量
Figure 557342DEST_PATH_IMAGE008
相同，
Figure 397122DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 753148DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 45590DEST_PATH_IMAGE010
不同，因而将位置关系表达式
Figure 778053DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 472340DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 123901DEST_PATH_IMAGE010
转换为矩阵形式，得到
Figure 44584DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 439793DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 863952DEST_PATH_IMAGE013
，根据矩阵形式得到等式
Figure 951994DEST_PATH_IMAGE014
；
R23：根据第一固定点、第二固定点的姿态矩阵
Figure 94393DEST_PATH_IMAGE015
以及位置向量
Figure 27714DEST_PATH_IMAGE016
，求得工具末端的位置向量
Figure 571959DEST_PATH_IMAGE017
。
10.根据权利要求1所述的码垛专用机器人控制器的控制方法，其特征在于，所述托盘标定策略具体包括如下步骤：
T1：分别求得x、y坐标系的矢量值；
T2：根据x、y坐标系的矢量值进行单位化处理分别得到x、y方向的单位矢量；
T3：根据右手定则计算z轴的矢量值并进行单位化处理计算得到姿态矩阵；
T4：判断姿态矩阵计算是否有误，是则返回T1；否则进入步骤T5；
T5：根据托盘坐标系与机器人基坐标系之间的位置关系将托盘坐标系原点在机器人基坐标系下的坐标值表示。
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