CN114029950A - 机器人的坐标系分析方法及装置、机器人设备、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的坐标系分析方法及坐标系分析方法、机器人设备。其中，该方法包括：获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值；基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。本发明解决了相关技术中机器人坐标难以对齐，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格的技术问题。

Description

机器人的坐标系分析方法及装置、机器人设备、存储介质

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人的坐标系分析方法及装置、机器人设备、存储介质。

背景技术

相关技术中，在控制机器人工作过程中，往往需要提取设计机器人的工作路径、切入点，例如，在机器人进行焊接、喷涂工作时，需要为工作机器人预先规划起始点、终止点以及轨迹行驶路线，从而控制实体机器人完成焊接工作或者喷涂工作；但是当前在规划机器人的工作路线时，存在很大的弊端：实体机器人与控制系统中的虚拟机器人的坐标无法对应，由于每种工作环境下，实体机器人的摆放角度和生产工具都不一样，此时，在控制系统的控制软件界面，如果要准确规划机器人的工作路线，就要提前确定与实体机器人一致动作的虚拟机器人和生产工具，当前的控制方式，是不断调整控制系统中的虚拟机器人，然后对实体机器人进行控制，通过多次尝试，才能够查询到与实体机器人一致角度和相同坐标系的虚拟机器人，在这个过程，不仅耗费操作人员的大量时间，而且在进行坐标调整时往往会出现误差，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人的坐标系分析方法及装置、机器人设备、存储介质，以至少解决相关技术中机器人坐标难以对齐，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人的坐标系分析方法，包括：获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值；基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

可选地，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：确定所述实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；获取与所述实体机器人对接的扩展部件在所述当前运行环境下的第二摆放角度；将所述虚拟机器人的摆放角度调整为所述第一摆放角度，将与所述虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为所述第二摆放角度；基于所述第一摆放角度和所述第二摆放角度，读取所述实体机器人的末端坐标值。

可选地，读取所述实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：读取所述实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到所述末端坐标值。

可选地，基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值的步骤，包括：确定所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵；基于所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

可选地，所述实体机器人的类型为工业机器人或者教育机器人。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人的坐标系分析装置，包括：获取单元，用于获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；坐标读取单元，用于以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值；计算单元，用于基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

可选地，所述坐标读取单元包括：第一确定模块，用于确定所述实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；第一获取模块，用于获取与所述实体机器人对接的扩展部件在所述当前运行环境下的第二摆放角度；调整模块，用于将所述虚拟机器人的摆放角度调整为所述第一摆放角度，将与所述虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为所述第二摆放角度；读取模块，用于基于所述第一摆放角度和所述第二摆放角度，读取所述实体机器人的末端坐标值。

可选地，所述读取模块包括：读取子模块，用于读取所述实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到所述末端坐标值。

可选地，所述计算单元包括：第二确定模块，用于确定所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵；计算模块，用于基于所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

可选地，所述实体机器人的类型为工业机器人或者教育机器人。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一项所述的机器人的坐标系分析方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的机器人的坐标系分析方法。

本发明实施例中，采用获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值，基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。在该实施例中，可以通过实体机器人的末端坐标值，反推机器人控制系统中的虚拟机器人的末端坐标值，通过反推计算到的虚拟机器人的末端坐标值，能够保证实体机器人与虚拟机器人的末端坐标值天然匹配，从而让虚拟机器人与实体机器人对齐，提高机器人的轨迹规划效率和准确度，减少实体机器人在工作过程中出现的失误率，提高机器人生产的产品质量的合格率，从而解决相关技术中机器人坐标难以对齐，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的机器人的坐标系分析方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的机器人的坐标系分析装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明可以应用于各种机器人控制系统、模拟仿真系统、在线控制软件、离线编程软件中，以模拟仿真系统/离线编程软件进行机器人控制为例进行示意性说明。为了保证工作过程中的顺畅，本实施例在控制实体机器人工作时，提前规划机器人的工作轨迹、入刀方向、终止点。

本发明涉及到的机器人可以应用于各种实际工作场景，例如，焊接场景、码垛场景、喷涂场景等。

本发明中所涉及的到机器人的包括但不限于：工业机器人和教育机器人，有3-6个自由度，本实施例以6自由度进行示意说明，对应J1-J6关节，机器人上包括有：基座、肘部、腕部、臂部(机械臂，通过工具夹取各个工件)、法兰等，机器人内部包含有：伺服电机、传送带、出气口等。

在本发明中，通过确定实体机器人的末端坐标值，反推模拟仿真系统中的虚拟仿真机器人的末端坐标值，这种坐标是天然匹配的，没有误差值，在此情况下，调整虚拟仿真机器人的朝向、机械臂位置和工具(尤其是工具中心点TCP)位置较为方便，且调整结果更为符合实际情况下的实体机器人的形态。下面结合各个实施例来详细说明本发明。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种机器人的坐标系分析的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图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。

图1是根据本发明实施例的一种可选的机器人的坐标系分析方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；

步骤S104，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值；

步骤S106，基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

通过上述步骤，可以获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值，基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。在该实施例中，可以通过实体机器人的末端坐标值，反推机器人控制系统中的虚拟机器人的末端坐标值，通过反推计算到的虚拟机器人的末端坐标值，能够保证实体机器人与虚拟机器人的末端坐标值天然匹配，从而让虚拟机器人与实体机器人对齐，提高机器人的轨迹规划效率和准确度，减少实体机器人在工作过程中出现的失误率，提高机器人生产的产品质量的合格率，从而解决相关技术中机器人坐标难以对齐，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格的技术问题。

可选的，实体机器人的类型为工业机器人或者教育机器人。

本实施例中的实体机器人可以应用于加入导轨(扩充臂展)的机器人使用环境中，由于在机器人加入导轨后，机器人的坐标需要重新确定，因此，需要反推与实体机器人对应的虚拟机器人的坐标，以方便在模拟仿真系统中设计考虑了导轨的坐标参数，为后续设计机器人的行动路径提供便利。

本申请通过反推坐标系，能够将真实世界中的坐标系准确的映射到模拟仿真系统/仿真软件中，这样模拟仿真系统提供的点数据是以这个映射坐标系为基准的，才能与真实世界符合。计算的基准可以是机器人法兰末端，也可以是校准后的工具TCP末端，为用户提供更多的选择，保证现实机器人与软件机器人姿态(关节角)一致就可以。

下面结合上述各实施步骤来详细说明本发明实施例。

步骤S102，获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标。

其中，本实施例中的虚拟机器人的零点坐标可以是指机器人的机械臂所抓取的工具中心点TCP值，以模拟仿真系统中的零点坐标作为参考。该零点坐标是以虚拟机器人的基座中心为原点构建的机器人三维坐标系所确定的，零点坐标的坐标参数(X，Y，Z)是能够直接得到的。

步骤S104，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值。

可选的，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：确定实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；获取与实体机器人对接的扩展部件在当前运行环境下的第二摆放角度；将虚拟机器人的摆放角度调整为第一摆放角度，将与虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为第二摆放角度；基于第一摆放角度和第二摆放角度，读取实体机器人的末端坐标值。

本实施例中，可以将机器人与对接的扩展部件(本实施例以导轨进行示意说明)按照现实中机器人的关节角摆放一致。示教器将坐标系切换到系统基坐标系下，读取机器人末端值，抄入上面，根据机器人系统选择欧拉角表示方式，得到实体机器人的末端坐标值。

在本实施例中，读取实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：读取实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到末端坐标值。

实体机器人的末端坐标值是可以通过实体机器人的传感器直接反馈的，是能够直接读取到的，该实体机器人的末端坐标值同样是指实体机器人机械臂的末端抓取的工具中心点的坐标值。

步骤S106，基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

可选的，基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值的步骤，包括：确定实体机器人的末端坐标值的逆矩阵；基于实体机器人的末端坐标值的逆矩阵以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

本实施例在计算虚拟机器人的末端坐标值时，采用的基础推算公式为：M_坐loc*M读＝M_世，其中，M_坐loc为虚拟机器人的末端坐标值，M_读为读取的实体机器人的末端坐标值，M_世为虚拟机器人的零点坐标。在此基础上，进行反推可知，M_坐loc＝M_世*M_{读的逆矩阵}，其中，M_坐loc为虚拟机器人的末端坐标值，M_世为虚拟机器人的零点坐标，通过求取M读逆矩阵，即可计算出虚拟机器人的末端坐标值。

通过上述实施例，能够在实体机器人加入了扩展部件后，通过读取实体机器人的末端坐标值，并对该末端坐标值进行代数演算，得到读取实体机器人的末端坐标值的逆矩阵，结合读取到的虚拟机器人的零点坐标，可以直接计算出虚拟机器人的末端坐标值，该虚拟机器人的末端坐标值与实体机器人的末端坐标值天然匹配，这样便于后续将现实中实体机器人的坐标系直接映射至模拟仿真系统的实体机器人中，便于后续规划机器人的工作轨迹。

下面结合另一种可选的实施例来说明本发明。

实施例二

本实施例提供了一种机器人的坐标系分析装置，该坐标系分析装置包含的多个实施单元对应于上述实施例一中的各个实施步骤。

图2是根据本发明实施例的一种可选的机器人的坐标系分析装置的示意图，如图2所示，该坐标系分析装置可以包括：获取单元21、坐标读取单元23、计算单元25，其中，

获取单元21，用于获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；

坐标读取单元23，用于以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值；

计算单元25，用于基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

上述机器人的坐标系分析装置，可以通过获取单元21获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标，通过坐标读取单元23以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值，通过计算单元25基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。在该实施例中，可以通过实体机器人的末端坐标值，反推机器人控制系统中的虚拟机器人的末端坐标值，通过反推计算到的虚拟机器人的末端坐标值，能够保证实体机器人与虚拟机器人的末端坐标值天然匹配，从而让虚拟机器人与实体机器人对齐，提高机器人的轨迹规划效率和准确度，减少实体机器人在工作过程中出现的失误率，提高机器人生产的产品质量的合格率，从而解决相关技术中机器人坐标难以对齐，容易导致实体机器人在工作过程中出现失误，造成产品质量不合格的技术问题。

可选的，坐标读取单元包括：第一确定模块，用于确定实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；第一获取模块，用于获取与实体机器人对接的扩展部件在当前运行环境下的第二摆放角度；调整模块，用于将虚拟机器人的摆放角度调整为第一摆放角度，将与虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为第二摆放角度；读取模块，用于基于第一摆放角度和第二摆放角度，读取实体机器人的末端坐标值。

可选的，读取模块包括：读取子模块，用于读取实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到末端坐标值。

可选的，计算单元包括：第二确定模块，用于确定实体机器人的末端坐标值的逆矩阵；计算模块，用于基于实体机器人的末端坐标值的逆矩阵以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

可选的，实体机器人的类型为工业机器人或者教育机器人。

上述的坐标系分析装置还可以包括处理器和存储器，上述获取单元21、坐标读取单元23、计算单元25等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

上述处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

上述存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述任意一项的机器人的坐标系分析方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项的机器人的坐标系分析方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取实体机器人的末端坐标值；基于实体机器人的末端坐标值以及虚拟机器人的零点坐标，计算虚拟机器人的末端坐标值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人的坐标系分析方法，其特征在于，包括：

获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；

以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值；

基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

2.根据权利要求1所述的坐标系分析方法，其特征在于，以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：

确定所述实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；

获取与所述实体机器人对接的扩展部件在所述当前运行环境下的第二摆放角度；

将所述虚拟机器人的摆放角度调整为所述第一摆放角度，将与所述虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为所述第二摆放角度；

基于所述第一摆放角度和所述第二摆放角度，读取所述实体机器人的末端坐标值。

3.根据权利要求2所述的坐标系分析方法，其特征在于，读取所述实体机器人的末端坐标值的步骤，包括：

读取所述实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到所述末端坐标值。

4.根据权利要求2所述的坐标系分析方法，其特征在于，基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值的步骤，包括：

确定所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵；

基于所述实体机器人的末端坐标值的逆矩阵以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的坐标系分析方法，其特征在于，所述实体机器人的类型为工业机器人或者教育机器人。

6.一种机器人的坐标系分析装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取模拟仿真系统中的虚拟机器人的零点坐标；

坐标读取单元，用于以实体机器人的基座中心作为坐标零点，读取所述实体机器人的末端坐标值；

计算单元，用于基于所述实体机器人的末端坐标值以及所述虚拟机器人的零点坐标，计算所述虚拟机器人的末端坐标值。

7.根据权利要求6所述的坐标系分析装置，其特征在于，所述坐标读取单元包括：

第一确定模块，用于确定所述实体机器人在当前运行环境下的第一摆放角度；

第一获取模块，用于获取与所述实体机器人对接的扩展部件在所述当前运行环境下的第二摆放角度；

调整模块，用于将所述虚拟机器人的摆放角度调整为所述第一摆放角度，将与所述虚拟机器人对接的虚拟扩展部件的摆放角度调整为所述第二摆放角度；

读取模块，用于基于所述第一摆放角度和所述第二摆放角度，读取所述实体机器人的末端坐标值。

8.根据权利要求7所述的坐标系分析装置，其特征在于，所述读取模块包括：

读取子模块，用于读取所述实体机器人的机械臂末端的末端点的三维坐标，得到所述末端坐标值。

9.一种机器人设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至6中任意一项所述的机器人的坐标系分析方法。

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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至6中任意一项所述的机器人的坐标系分析方法。

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