CN113793391A - 多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法、装置和终端设备 - Google Patents

多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法、装置和终端设备 Download PDF

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CN113793391A CN202111025249.4A CN202111025249A CN113793391A CN 113793391 A CN113793391 A CN 113793391A CN 202111025249 A CN202111025249 A CN 202111025249A CN 113793391 A CN113793391 A CN 113793391A
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张春雨
周子卿
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Suzhou Huichuan Control Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法，所述方法包括以下步骤：获取所述多轴运动系统的实际运动参数；基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。本发明还公开一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立装置、终端设备以及计算机可读存储介质。利用了本发明的方法，达到了提高多轴运动系统的运动学变换关系的准确率的技术效果。

Description

多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法、装置和终端 设备
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法、装置、终端设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
随着加工制造业对加工精度、效率以及复杂性的要求越来越高，多轴机床和关节机器人等多轴运动系统大量应用到加工制造当中。关节机器人和多轴机床这种由多个旋转轴或者旋转轴与线性轴组合的多轴运动系统，提高了加工精度和加工效率、丰富了加工方式。其中，最常用的多轴机床为五轴机床。
相关技术中，基于多轴运动系统的实际系统结构，确定出多轴运动系统的理论坐标变换关系。
但是，现有的多轴运动系统的理论坐标变换关系的准确率较低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法、装置、终端设备以及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中现有的多轴运动系统的理论坐标变换关系的准确率较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法，所述方法包括以下步骤：
获取所述多轴运动系统的实际运动参数；
基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；
基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
可选的，所述实际运动参数包括多个第一坐标和多个坐标组；所述获取所述多轴运动系统的实际运动参数的步骤，包括：
获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第一坐标对应一个坐标组；
所述基于所述多轴运动系统中各轴间的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立所述多个运动轴之间的坐标变换矩阵的步骤，包括：
利用所述多轴运动系统的系统结构、所述理论坐标变换关系、所述多个第一坐标和所述多个坐标组，构建所述坐标变换矩阵。
可选的，所述执行末端与定位装置固定连接；获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：
采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第二坐标对应一个坐标组；
获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系；
利用所述相对位置关系对所述多个第二坐标进行变换，获得所述多个第一坐标。
可选的，所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤之前，所述方法还包括：
基于所述多轴运动系统、所述多个运动轴的数量、所述多轴运动系统的运动范围，获得所述定位装置的多个目标位置；
所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：
采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组，其中，所述多个第二坐标是在所述标定坐标系下的坐标，所述多个坐标组是在所述运动轴坐标系下坐标组。
可选的，所述采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组的步骤，包括：
在所述多个目标位置中确定出选定目标位置；
控制所述定位装置运动到所述选定目标位置；
采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标；
采集所述多个运动轴在所述选定目标位置对应的坐标组；
在所述多个目标位置中确定出新的选定目标位置；
利用所述新的选定目标位置更新所述选定目标位置，并返回执行所述控制所述定位装置运动到所述选定目标位置的步骤，直到所述第二坐标的数量达到预设阈值，获得所述多个第二坐标和所述多个坐标组。
可选的，所述获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系的步骤之前，所述方法还包括：
控制所述执行末端运动到预设标记位置；
获取所述多个运动轴中参照运动轴的第一位置信息；
控制所述定位装置运动到所述预设标记位置；
获取所述参照运动轴的第二位置信息；
基于所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得所述相对位置关系。
可选的，所述定位装置为包括读取单元和视觉相机单元，所述多个目标位置对应多个预设标志，一个目标位置对应一个预设标志，每个预设标志存有每个所述预设标志对应的目标位置在所述标定坐标系下对应的二维坐标；所述采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标的步骤，包括：
通过所述读取单元读取所述选定目标位置对应的选定预设标志中的选定二维坐标；
通过所述视觉相机单元采集所述定位装置在所述标定坐标系下的垂直坐标；
基于所述垂直坐标和所述选定二维坐标，获得所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述多轴运动系统的实际运动参数；
建立模块，用于基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；
获得模块，用于基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
本发明技术方案提出了一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法，所述方法包括以下步骤：获取所述多轴运动系统的实际运动参数；基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
由于，现有的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法中，基于执行末端的运动轨迹和多轴运动系统运动对应的理论坐标变换关系，获得各个运动轴的轨迹，而在多轴运动系统在装配制造时，存在运动轴之间不垂直、运动轴与运动轴之间角度不准确等几何误差，使得理论坐标变换关系不能准确的体现各运动轴与执行末端的关系，进而使得获得的多个运动轴的实际运动轨迹准确率较差。而本发明中，利用实际运动参数和理论坐标变换关系，获得实际运动学变换关系，实际运动学变换关系中加入了多轴运动系统在实际运动过程中的几何误差进行补偿，从而消除了运动轴之间不垂直、运动轴与运动轴之间角度不准确等几何误差，使得实际逆运动学变换关系能准确的体现各运动轴与执行末端的关系，进而达到了提高多轴运动系统的运动学变换关系的准确率的技术效果。
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为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备结构示意图；
图2为本发明多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明预设标志的示意图；
图4为本发明多轴运动系统实际运动学变换关系建立装置第一实施例的结构示意图。
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。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备结构示意图。
通常，终端设备包括：至少一个处理器301、存储器302以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序配置为实现如前所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。处理器301还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法操作，使得多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法模型可以自主训练学习，提高效率和准确度。
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本申请中方法实施例提供的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法。
在一些实施例中，终端还可选包括有：通信接口303和至少一个外围设备。处理器301、存储器302和通信接口303之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与通信接口303相连。具体地，外围设备包括：射频电路304、显示屏305和电源306中的至少一种。
通信接口303可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路304用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：城域网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。
显示屏305用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏305是触摸显示屏时，显示屏305还具有采集在显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。此时，显示屏305还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏305可以为一个，电子设备的前面板；在另一些实施例中，显示屏305可以为至少两个，分别设置在电子设备的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏305可以是柔性显示屏，设置在电子设备的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏305可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
电源306用于为电子设备中的各个组件进行供电。电源306可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源306包括可充电电池时，该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序被处理器执行时实现如上文所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个终端设备上执行，或者在位于一个地点的多个终端设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个终端设备备上执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的计算机可读存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
基于上述硬件结构，提出本发明多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的实施例。
参照图2，图2为本发明多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法第一实施例的流程示意图，所述方法用于终端设备，所述方法包括以下步骤：
步骤S11：获取所述多轴运动系统的实际运动参数。
步骤S12：基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵。
需要说明的是，本发明的执行主体是终端设备，终端设备的结构参照上述描述，此处不再赘述。终端设备安装有多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，终端设备执行多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序时，实现本发明的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
在本发明中，多轴运动系统包括多个运动轴，多轴运动系统可以是常见的五轴运动系统，多轴运动系统还可以是关节机器人(关节机器人包括多个关节，一个关节等效为一个运动轴)。在本发明中，以五轴运动系统为例进行讲解。理论坐标变换关系是指多轴运动系统中的多个运动轴之间的坐标变换关系。理论坐标变换关系(也叫理论正逆运动学变换关系)是指多轴运动系统在安装完成之后，多个运动轴的安装位置均是在理论上的完美位置，即多个运动轴之间垂直，且运动轴与运动轴之间角度准确。
但是，在实际应用中，多轴运动系统在安装完成之后，多个运动轴的安装位置不可能在理论上的完美位置，多个运动轴的实际安装位置与理论上的完美位置存在差距，即存在运动轴之间不垂直、运动轴与运动轴之间角度不准确等几何误差。
首先，在本发明中，需要确定出最重要的参数：所述多轴运动系统的实际运动参数，通过该实际运动参数与多轴运动系统的理论坐标变换关系构建坐标变换矩阵，并求得坐标变换矩阵的关键未知数，然后将关键未知数带入坐标变换矩阵，以获得最终的实际运动学变换关系；由于在构建实际运动学变换关系时，是依据实际运动参数的，从而尽量的消除几何误差，使得获得的实际运动学变换关系准确率较高。
具体的，所述实际运动参数包括多个第一坐标和多个坐标组；所述获取所述多轴运动系统的实际运动参数的步骤，包括：获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第一坐标对应一个坐标组；相应的，所述基于所述多轴运动系统中各轴间的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立所述多个运动轴之间的坐标变换矩阵的步骤，包括：利用所述多轴运动系统的系统结构、所述理论坐标变换关系、所述多个第一坐标和所述多个坐标组，构建所述坐标变换矩阵。
需要说明的是，为了消除上述几何误差，需要利用实际运动参数和理论坐标变换关系，构建坐标变换矩阵(也叫方程组，下文以方程组指代构建的坐标变换矩阵)，实际运动参数即是多轴运动系统中执行末端和多个运动轴的位置信息。此时，则需要设置一个标定坐标系和一个运动轴坐标系，以使执行末端在标定坐标系下对应位置信息，多个运动轴在运动轴坐标系下对应位置信息，方便于坐标变换矩阵的求解。通过对坐标变换矩阵求解得关键未知数，然后将关键未知数带入坐标变换矩阵，获得的即为实际运动学变换关系。
具体应用中，执行末端运动到一个位置时，多个运动轴的各自位置也是固定的，即执行末端在该位置时的坐标(在标定坐标系下的坐标)即为所述第一坐标，在该位置时，多个运动轴各自的坐标构成一组第一坐标(在运动轴坐标系的坐标)，即，一个坐标组包括多个运动轴各自的坐标，例如，运动轴包括5个，一个坐标组包括5个运动轴对应的5个坐标。可以理解的是，一个第一坐标和一个坐标组作为构建方程组时的一组已知参数。
在本发明中，多个运动轴的个数用N表示，则一个坐标组可以表示为P1，P2，P2，···,PN。其中，多个运动轴的坐标均为运动轴的中心在所述运动轴坐标系下的坐标。通常，对于一个多轴运动系统，每多一个运动轴，则可能需要增加6个方程，以本发明5轴运动系统为例，构建的方程组包括至少30个方程。其中，存在几何误差也涉及到多个运动周各自对应的几何误差。其中，所述系统结构主要是指多轴运动系统的轴的数量，以用于确定需要多少个方程。
另外，在构建方程组时，可以是利用实际运动参数和理论坐标变换关系，构建未知数方程组，该未知数方程组包括了可能存在的几何误差的影响，然后将已知的所述多个第一坐标和所述多组第二坐标带入未知数方程组，以获得所述方程组，并对方程组求解，解出关键未知数，解出的关键未知数此时为已知量，然后再将已知的关键未知数带入未知数方程组，即获得新的方程组，该新的方程组即为所述实际运动学变换关系。
对于多轴运动系统，不同数量的运动轴，利用实际运动参数和理论坐标变换关系，构建的未知数方程组也是不同的。同时，对于一个多轴运动系统，在其安装完成之后，不做任何调整时，其对应的几何误差不会改变，从而其对应的实际运动学变换关系也不会改变，可以重复利用。
进一步的，所述执行末端与定位装置固定连接；获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第二坐标对应一个坐标组；获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系；利用所述相对位置关系对所述多个第二坐标进行变换，获得所述多个第一坐标。
其中，所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤之前，所述方法还包括：基于所述多轴运动系统、所述多个运动轴的数量、所述多轴运动系统的运动范围，获得所述定位装置的多个目标位置；相应的，所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组，其中，所述多个第二坐标是在所述标定坐标系下的坐标，所述多个坐标组是在所述运动轴坐标系下坐标组。
其中，所述采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组的步骤，包括：在所述多个目标位置中确定出选定目标位置；控制所述定位装置运动到所述选定目标位置；采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标；采集所述多个运动轴在所述选定目标位置对应的坐标组；在所述多个目标位置中确定出新的选定目标位置；利用所述新的选定目标位置更新所述选定目标位置，并返回执行所述控制所述定位装置运动到所述选定目标位置的步骤，直到所述第二坐标的数量达到预设阈值，获得所述多个第二坐标和所述多个坐标组。
需要说明的是，需要基于所述多轴运动系统、所述多个运动轴的数量、所述多轴运动系统的运动范围，确定多轴运动系统的定位装置的多个目标位置。在本发明中，每一次操作，控制定位装置运动到一个目标位置，该目标位置即为该次操作的选定目标位置，在该选定目标位置，获得一个第二坐标和一个坐标组，第二坐标即为定位装置在选定目标位置对应的标定坐标系下的坐标；一个坐标组中的一个坐标即为一个运动轴在选定目标位置对应的运动轴坐标系下的坐标，一个坐标组包括多轴运动系统中多个运动轴各自的坐标。不同的目标位置对应的第二坐标和坐标组可能不同。
通过上文所述多次的操作步骤，即可获得将多个目标位置对应的第二坐标和坐标组，并将多个第二坐标转换为多个第一坐标，最后，将多个第一坐标和多个坐标组带入上文所述的未知数方程组，以构建所述方程组。其中，预设阈值与多轴运动系统的运动轴个数相关，即目标位置的数量与预设阈值的数量相同或相关。其中，预设阈值可以是指需要的方程的数量。
进一步的，所述获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系的步骤，包括：控制所述执行末端运动到预设标记位置；获取所述多个运动轴中参照运动轴的第一位置信息；控制所述定位装置运动到所述预设标记位置；获取所述参照运动轴的第二位置信息；基于所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得所述相对位置关系。
需要说明的是，相对位置关系组中包括多轴运动系统中各个运动轴与执行末端的相对位置关系。定位装置对应的第二坐标不能直接用于构建方程组，需要利用该相对位置关系，将第二坐标转换为第一坐标，第一坐标可以用于构建方程组，其中，坐标组不需要进行转换，即可用于构建方程组。
另外，执行末端运动到预设标记位置时，参照运动轴的第一位置信息可以是在标定坐标系下的坐标，定位装置运动到所述预设标记位置时，第二位置信息也可以是在标定坐标系下的坐标，基于该第一位置信息和第二位置信息，获得所述相对位置关系；另外，执行末端运动到预设标记位置时，参照运动轴的第一位置信息可以是参照运动轴与执行末端的相对位置，定位装置运动到所述预设标记位置时，第二位置信息也可以是参照运动轴与执行末端的相对位置，基于该第一位置信息和第二位置信息，获得所述相对位置关系。其中，预设标记位置可以是用户基于需求设定的，用户可以设置多个预设标记位置，求得多个预设标记位置对应的多个相对位置关系，并对多个相对位置关系求平均值，以获得所述相对位置关系，从而提高相对位置关系的准确度。
另外，参照运动轴可以是所述多轴运动系统中任意一个运动轴，本发明不做限定。
具体应用中，定位装置包括读取单元和视觉相机单元，读取单元可以是伺服系统中编码器或者光栅尺。视觉相机单元可以是视觉相机或深度相机等，本发明不做限制。
进一步的，所述定位装置为包括读取单元和视觉相机单元，所述多个目标位置对应多个预设标志，一个目标位置对应一个预设标志，每个预设标志存有每个所述预设标志对应的目标位置在所述标定坐标系下对应的二维坐标；所述采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标的步骤，包括：通过所述读取单元读取所述选定目标位置对应的选定预设标志中的选定二维坐标；通过所述视觉相机单元采集所述定位装置在所述标定坐标系下的垂直坐标；基于所述垂直坐标和所述选定二维坐标，获得所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标。其中，视觉相机单元可以是双目视觉相机、2D视觉配合激光测距的相机系统或3D视觉相机等。二维坐标是一个以多轴运动系统工作台为基准的，水平二维坐标，垂直坐标是以以多轴运动系统工作台为基准的垂直坐标。
可以理解的是，对于定位装置运动到一个目标位置，视觉相机也运动到该目标位置，目标位置在所述标定坐标系下对应的二维坐标即为该目标位置的选定二维坐标，即，预设标志存储的二维坐标为定位装置对应的二维坐标。
参照图3，图3为本发明预设标志的示意图。在本发明中，预设标志可以为二维码标志，预设标志设置于标定板(图3中，四个二维码标志是设置于标定板的)，预设标志的中心点为标志点，标志点的在标定坐标系下的二维坐标存储于二维码标志中，由定位装置中的读取单元读取选定目标位置对应的选定二维码标志的二维坐标，即选定二维坐标，然后，再用视觉相机单元采集所述定位装置在所述标定坐标系下的垂直坐标，基于该选定二维坐标和该垂直坐标，获得所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标，该第二坐标为三维坐标，同理可知，第一坐标也是三维坐标。
可以理解的是，在其他实施例中，预设标志还可以是条形码、数字符、字母符等可被视觉识别信息，本发明不做限定，本申请提出的二维码标志为一个较优的方案。
需要说明的是，为了保证构建的方程组可以求出关键未知数，多个第二坐标中需要包括深度为0和深度不为0的两种第二坐标，即，多个第二坐标中需要包括垂直坐标(z轴坐标)为0的第二坐标和垂直坐标不为0的第二坐标。
可以理解的是，一个选定目标位置可能是具有深度目标位置或不具有深度的目标位置，需要基于选定目标位置是否具有深度，确定具体用何种方式获得第二坐标，即：不具有深度的选定目标位置，直接读取二维坐标，并对其添加Z＝0的Z轴坐标，即可获得所述第二坐标；具有深度的选定目标位置，读取该选定目标位置的深度坐标，并基于所述深度坐标和所述选定二维坐标，获得所述第二坐标。
例如，定位装置为双目视觉相机，预设标志为二维码标志。将二维码标志设定于标定板，以标定板的中心为标定坐标系的原点，确定二维码标志的二维坐标，并将其存储在二维码标志中。将标定板放置于多轴运动系统的工作台上，调节多轴运动系统中与工作台连接的运动轴使标定板与水平面成一定夹角，然后调节运动轴，使双目视觉相机的焦点位于标定板平面上，并且保证焦点与标定点(二维码标志的中心，即存储在二维码标志的二维坐标所对应的点)重合，以读取二维码标志中的二维坐标，即，读取到坐标(x1，y1)，从而可以获得一个三维坐标(x1、y1、0)。重复这个步骤，以获得多个三维坐标，该多个三维坐标即为所述多个第二坐标中不具有深度的坐标。
调节多轴运动系统中与工作台连接的运动轴使标定板与水平面平行，然后调节与工具连接的运动轴，使双目视觉相机的焦点位于标定板平面上，并且保证焦点与标定点重合，然后读取二维码标志中的坐标(x2、y2)，然后，在保证焦点在x、y方向与标定点重合的前提下，调节运动轴使使视觉焦点离开标定板平面，并且通过双目视觉相机测量出这个离开的距离(所述垂直坐标)，即焦点在标定坐标系下的z坐标值，从而可以获得三维坐标(x2、y2、z)坐标值，并且z坐标不为零。重复这个步骤，即可获得多个三维坐标。该多个三维坐标即为所述多个第二坐标中具有深度的坐标。
步骤S13：基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
需要说明的是，利用坐标变换矩阵求得关键未知数之后，将关键未知数带入坐标变换矩阵，获得的即为所述实际运动学变换关系，实际运动学变换关系即为多轴运动系统中的执行末端与多个运动轴之间的变换关系。
具体的，获得的实际运动学变换关系如公式一，公式一如下：
{x，y，z}＝fpos(P1,P2,P3,···,PN)
其中，{x，y，z}为一个目标位置对应的一个第一坐标，(P1，P2，P3，···，PN)为该第一坐标对应的坐标组，fpos为映射函数，该映射函数是基于理论逆运动变换关系确定的，该映射函数用于表示多轴运动系统中多个运动轴与执行末端的位置关系(多个运动轴与执行末端的位置关系是以标定坐标系为基准坐标系表示的)。
在一些实施例中，可以采集执行末端的末端运动轨迹，然后基于末端运动轨迹和实际运动学变换关系，获得多轴运动系统中多个轴各自的实际运动轨迹。
通常，可以由终端设备的采集模块，例如相机等，采集到多轴运动系统的执行末端的末端运动轨迹，由采集模块将采集到的多轴运动系统的执行末端的末端运动轨迹发送至终端设备，终端设备继续对多轴运动系统的执行末端的末端运动轨迹进行数据处理。其中，所述末端运动轨迹可以是执行末端的运动轨迹。
通常，多轴运动系统的执行末端用于执行具体的动作，例如执行末端为点胶头，进行点胶操作等，本发明不做具体限制。多轴运动系统基于执行指令，输出具体的动作，带动执行末端运动，从而可以获得执行末端的末端运动轨迹。
实际逆运动学变换关系中，包括多个运动轴分别与执行末端之间的关系，基于多个运动轴与执行末端的各自关系和执行末端的末端运动轨迹，即可获得多个运动轴各自的实际运动轨迹，即所述实际运动轨迹包括所述多个运动轴各自的实际运动轨迹。
例如，多个运动轴包括5个，实际逆运动学变换关系包括该5个运动轴分别与执行末端的关系，基于该5个运动轴分别与执行末端的关系以及执行末端的末端运行轨迹，即可获得该5个运动轴对应的5个实际运动轨迹。
本发明技术方案提出了一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法，所述方法包括以下步骤：获取所述多轴运动系统的实际运动参数；基于所述多轴运动系统中各轴间的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立所述多个运动轴之间的坐标变换矩阵；基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统中执行末端与所述多个运动轴的实际运动学变换关系。
由于，现有的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法中，基于执行末端的运动轨迹和多轴运动系统运动对应的理论坐标变换关系，获得各个运动轴的轨迹，而在多轴运动系统在装配制造时，存在运动轴之间不垂直、运动轴与运动轴之间角度不准确等几何误差，使得理论坐标变换关系不能准确的体现各运动轴与执行末端的关系，进而使得获得的多个运动轴的实际运动轨迹准确率较差。而本发明中，利用实际运动参数和理论坐标变换关系，获得实际运动学变换关系，实际运动学变换关系中加入了多轴运动系统在实际运动过程中的几何误差进行补偿，从而消除了运动轴之间不垂直、运动轴与运动轴之间角度不准确等几何误差，使得实际逆运动学变换关系能准确的体现各运动轴与执行末端的关系，进而达到了提高多轴运动系统的运动学变换关系的准确率的技术效果。
参照图4，图4为本发明多轴运动系统实际运动学变换关系建立装置第一实施例的结构示意图，所述装置用于终端设备，基于与前述实施例相同的发明构思，所述装置包括：
获取模块10，用于获取所述多轴运动系统的实际运动参数；
建立模块20，用于基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；
获得模块30，用于基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
需要说明的是，由于本实施例的装置所执行的步骤与前述方法实施例的步骤相同，其具体的实施方式以及可以达到的技术效果都可参照前述实施例，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，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 (10)

1.一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取所述多轴运动系统的实际运动参数；
基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；
基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际运动参数包括多个第一坐标和多个坐标组；所述获取所述多轴运动系统的实际运动参数的步骤，包括：
获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第一坐标对应一个坐标组；
所述基于所述多轴运动系统中各轴间的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立所述多个运动轴之间的坐标变换矩阵的步骤，包括：
利用所述多轴运动系统的系统结构、所述理论坐标变换关系、所述多个第一坐标和所述多个坐标组，构建所述坐标变换矩阵。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行末端与定位装置固定连接；获取所述执行末端在标定坐标系下的多个第一坐标和所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：
采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组，一个第二坐标对应一个坐标组；
获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系；
利用所述相对位置关系对所述多个第二坐标进行变换，获得所述多个第一坐标。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤之前，所述方法还包括：
基于所述多轴运动系统、所述多个运动轴的数量、所述多轴运动系统的运动范围，获得所述定位装置的多个目标位置；
所述采集所述定位装置在所述标定坐标系下的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在运动轴坐标系下的多个坐标组的步骤，包括：
采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组，其中，所述多个第二坐标是在所述标定坐标系下的坐标，所述多个坐标组是在所述运动轴坐标系下坐标组。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采集所述定位装置在所述多个目标位置对应的多个第二坐标，并采集所述多个运动轴在所述多个目标位置对应的多个坐标组的步骤，包括：
在所述多个目标位置中确定出选定目标位置；
控制所述定位装置运动到所述选定目标位置；
采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标；
采集所述多个运动轴在所述选定目标位置对应的坐标组；
在所述多个目标位置中确定出新的选定目标位置；
利用所述新的选定目标位置更新所述选定目标位置，并返回执行所述控制所述定位装置运动到所述选定目标位置的步骤，直到所述第二坐标的数量达到预设阈值，获得所述多个第二坐标和所述多个坐标组。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述执行末端与所述定位装置的相对位置关系的步骤之前，所述方法还包括：
控制所述执行末端运动到预设标记位置；
获取所述多个运动轴中参照运动轴的第一位置信息；
控制所述定位装置运动到所述预设标记位置；
获取所述参照运动轴的第二位置信息；
基于所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得所述相对位置关系。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述定位装置为包括读取单元和视觉相机单元，所述多个目标位置对应多个预设标志，一个目标位置对应一个预设标志，每个预设标志存有每个所述预设标志对应的目标位置在所述标定坐标系下对应的二维坐标；所述采集所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标的步骤，包括：
通过所述读取单元读取所述选定目标位置对应的选定预设标志中的选定二维坐标；
通过所述视觉相机单元采集所述定位装置在所述标定坐标系下的垂直坐标；
基于所述垂直坐标和所述选定二维坐标，获得所述定位装置在所述选定目标位置对应的第二坐标。
8.一种多轴运动系统实际运动学变换关系建立装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述多轴运动系统的实际运动参数；
建立模块，用于基于所述多轴运动系统的理论坐标变换关系和所述实际运动参数，建立坐标变换矩阵；
获得模块，用于基于所述坐标变换矩阵，获得所述多轴运动系统的实际运动学变换关系。
9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序，所述多轴运动系统实际运动学变换关系建立程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的多轴运动系统实际运动学变换关系建立方法的步骤。
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