CN115416005B - 机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质 - Google Patents

机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质 Download PDF

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CN115416005B CN202211387771.1A CN202211387771A CN115416005B CN 115416005 B CN115416005 B CN 115416005B CN 202211387771 A CN202211387771 A CN 202211387771A CN 115416005 B CN115416005 B CN 115416005B
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Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质，其中方法包括如下步骤：获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，预设参照点位于多边形所在平面之外；获取待测量点相对于预设参照点的距离信息；获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值，基于预设参照点与若干个预设基准点的坐标信息，结合待测量点相对于预设参照点的距离信息及若干个拉力值，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。通过获取一个预设参照点与机器人示教手柄待测量点的相关位置信息，降低了连接线出现缠绕或干涉的可能性，提升了示教手柄的灵活性。

Description

机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质。
背景技术
工业机器人在工业生产领域中得到了越来越广泛的应用，它能够代替人们做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业。如图1所示，示教手柄作为机器人控制系统的核心部件，是完成机器人的手动操控、获取示教轨迹、参数配置的手持装置。申请号为202110007956.4的中国发明专利公开了一种工具中心点的校正方法、机械手臂的教导方法及其系统，采用视觉的方式获取示教手柄的位置信息，但视觉的引入使得系统硬件成本有一定提高。申请号为201910385628.0的中国发明专利公开了一种获取示教手柄位置信息的方法，该方法测量三根线的长度通过计算得到示教手柄的位置信息，简单可靠，但三根线的存在使得出现缠绕或干涉的可能性加大，影响操作灵活性。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质，通过获取一个预设参照点与工业机器人示教手柄的待测量点的相关位置信息，使得示教手柄的测量装置便于操作，降低了连接线出现缠绕或干涉的可能性，提升了示教手柄的灵活性。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种工业机器人示教手柄位置信息测量方法，包括如下步骤：
获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，所述若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，所述预设参照点位于所述多边形所在平面之外，所述预设参照点分别与所述若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；
获取所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息；
获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值，基于所述预设参照点与所述若干个预设基准点的坐标信息，结合所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息及所述若干个拉力值，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，所述获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值，基于所述预设参照点与所述若干个预设基准点的坐标信息，结合所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息及所述若干个拉力值，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息，包括如下步骤：
获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值；
依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，结合所述若干个拉力值，计算所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量；
依据所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，结合所述预设参照点的所述坐标信息和所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，所述依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，结合所述若干个拉力值，计算所述待测量点到所述预设参照点的单位方向矢量，包括如下步骤：
依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量；
分别对所述若干个预设基准点相对于所述预设参照点的方向矢量进行标准化计算，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的若干个单位方向矢量；
依据所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的所述若干个单位方向矢量和所述若干个拉力值，计算所述若干个预设基准点对所述预设参照点的拉力合力值，从而得到所述待测量点对所述预设参照点的拉力；
将所述待测量点对所述预设参照点的拉力进行标准化计算，得到所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量。
进一步地，所述计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息，具体为：
所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息
Figure 494955DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 687908DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 981486DEST_PATH_IMAGE003
为所述预设参照点的坐标信息，
Figure 428647DEST_PATH_IMAGE004
为所述待测量点相对于所述预设参照 点的所述单位方向矢量，
Figure 149479DEST_PATH_IMAGE005
为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种工业机器人示教手柄位置信息测量系统，包括：
第一信息获取模块，其用于获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，所述若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，所述预设参照点位于所述多边形所在平面之外，所述预设参照点分别与所述若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；
第二信息获取模块，其用于获取所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息；
位置信息计算模块，其用于获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值，基于所述预设参照点与所述若干个预设基准点的坐标信息，结合所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息及所述若干个拉力值，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，所述位置信息计算模块包括：
拉力获取单元，其用于获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值；
第一计算单元，其用于依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，结合所述若干拉力值，计算所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量；
第二计算单元，其用于依据所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，结合所述预设参照点的所述坐标信息和所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，所述第一计算单元包括：
方向矢量计算子单元，其用于依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量；
第一标准化计算子单元，其用于分别对所述若干个预设基准点相对于所述预设参照点的方向矢量进行标准化计算，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的若干个单位方向矢量；
合力计算子单元，其用于依据所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的所述若干个单位方向矢量和所述若干个拉力值，计算所述若干个预设基准点对所述预设参照点的拉力合力值，从而得到所述待测量点对所述预设参照点的拉力；
第二标准化计算子单元，其用于将所述待测量点对所述预设参照点的拉力进行标准化计算，得到所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量。
进一步地，所述第二计算单元计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置 信息
Figure 314881DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 146571DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 464551DEST_PATH_IMAGE003
为所述预设参照点的坐标信息，
Figure 356283DEST_PATH_IMAGE004
为所述待测量点相对于所述预设参照 点的所述单位方向矢量，
Figure 743402DEST_PATH_IMAGE005
为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息。
相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述机器人示教手柄位置信息测量方法。
相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述机器人示教手柄位置信息测量方法。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过获取一个预设参照点与工业机器人示教手柄的待测量点的相关位置信息，使得示教手柄的测量装置便于操作，降低了连接线出现缠绕或干涉的可能性，提升了示教手柄的灵活性。
附图说明
图1是现有的工业机器人示教手柄原理示意图；
图2是本发明实施例提供的工业机器人示教手柄位置信息测量方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的工业机器人示教手柄位置检测原理图；
图4是本发明实施例提供的等边三角形三个预设基准点示意图；
图5是本发明实施例提供的等边三角形待测量点位置信息示意图；
图6是本发明实施例提供的等边三角形预设参照点位置信息示意图；
图7是本发明实施例提供的等边三角形待测量点与预设参照点的拉力示意图；
图8是本发明实施例提供的等腰三角形三个预设基准点示意图；
图9是本发明实施例提供的等腰三角形待测量点位置信息示意图；
图10是本发明实施例提供的等腰三角形预设参照点位置信息示意图；
图11是本发明实施例提供的等腰三角形待测量点与预设参照点的拉力示意图；
图12是本发明实施例提供的工业机器人示教手柄位置信息测量系统的结构框图;
图13是本发明实施例提供的位置信息计算模块的结构框图；
图14是本发明实施例提供的第一计算单元的结构框图。
附图标记：
1、第一信息获取模块，2、第二信息获取模块，3、位置信息计算模块，31、拉力获取单元，32、第一计算单元，321、方向矢量计算子单元，322、第一标准化计算子单元，323、合力计算子单元，324、第二标准化计算子单元，33、第二计算单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本技术方案中，默认示教手柄为一刚体，其在空间中的运动可以用六个自由度来表示，包括三个位置数据与三个姿态数据。示教时，姿态数据可由示教手柄内部内置的三轴姿态传感器测量得到，位置数据由以下方法测量得到。根据所述位置参数数据和所述姿态参数数据生成所述工业机器人末端执行器的运动轨迹。
下面，选取空间基准坐标系中的三个预设基准点和一个预设参照点，来获取工业机器人示教手柄的位置信息，更多数量的预设基准点可以实现更高精度的计算结果。
请参照图2和图3，本发明实施例的第一方面提供了一种机器人示教手柄位置信息测量方法，包括如下步骤：
S200，获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，预设参照点位于多边形所在平面之外，预设参照点分别与若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接。
S400，获取待测量点相对于预设参照点的距离信息。
S600，获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值，基于预设参照点与若干个预设基准点的坐标信息，结合待测量点相对于预设参照点的距离信息及若干个拉力值，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。
如图4所示，本发明实施例的一个具体实施方式中，在步骤S200中，在指定坐标系 下的坐标位置，提供以下计算方案，建立空间笛卡尔基础坐标系，在本实施例的一个具体方 式中，在
Figure 378783DEST_PATH_IMAGE006
所在平面上设置三个预设基准点
Figure 800537DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 863171DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 737586DEST_PATH_IMAGE009
，使
Figure 911078DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 705115DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 938651DEST_PATH_IMAGE009
点分别位于等边三角 形的顶点处。
从三个预设基准点处引出三条直线，相交于预设参照点
Figure 300362DEST_PATH_IMAGE010
处，此时根据等边三角 形边长及三个预设基准点到预设参照点
Figure 277545DEST_PATH_IMAGE010
的距离，已经可以计算得到预设参照点
Figure 673891DEST_PATH_IMAGE010
的空 间坐标位置，为了使得测量装置便于操作，降低三根直线交叉缠绕干涉的方向，挺高灵活 性，采取了在
Figure 812749DEST_PATH_IMAGE010
点处延长出一定线段到达待测量点
Figure 661756DEST_PATH_IMAGE011
的方案。根据前一步得出的
Figure 458942DEST_PATH_IMAGE010
点坐 标，以及
Figure 444215DEST_PATH_IMAGE010
到
Figure 19553DEST_PATH_IMAGE011
的方向和距离，可计算得出待测量点
Figure 355857DEST_PATH_IMAGE011
点的空间位置坐标。
进一步地，步骤S600中，获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值，基于预设参照点与若干个预设基准点的坐标信息，结合待测量点相对于预设参照点的距离信息及若干个拉力值，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息，包括如下步骤：
S610，获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值。
S620，依据若干个预设基准点和预设参照点的坐标信息，结合若干拉力值，计算待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量。
S630，依据待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量，结合预设参照点的坐标信息和待测量点相对于预设参照点的距离信息，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，请参照图5、图6和图7，步骤S620中，依据三个预设基准点和预设参照点的坐标信息，结合三个拉力值，得到三个预设基准点相对于预设参照点的合力的单位方向矢量，包括：
S621，依据三个预设基准点和预设参照点的坐标信息，得到三个预设基准点分别相对于预设参照点的方向矢量。
通过实际测量可以得到等边三角形边长为
Figure 674843DEST_PATH_IMAGE012
，在空间基准坐标系
Figure 780202DEST_PATH_IMAGE013
下
Figure 526441DEST_PATH_IMAGE007
点坐标 位置为
Figure 599308DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 721985DEST_PATH_IMAGE008
点的坐标位置为
Figure 681851DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 864570DEST_PATH_IMAGE009
点的坐标位置为
Figure 909887DEST_PATH_IMAGE016
。
Figure 570675DEST_PATH_IMAGE010
在任意位置处时，可以测量获得
Figure 650627DEST_PATH_IMAGE010
点到
Figure 489401DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 22013DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 486493DEST_PATH_IMAGE009
点的距离
Figure 686530DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 945473DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 965381DEST_PATH_IMAGE019
， 设
Figure 967973DEST_PATH_IMAGE010
点在
Figure 3275DEST_PATH_IMAGE013
坐标系下的坐标位置为
Figure 698698DEST_PATH_IMAGE020
，根据几何关系可以得到以下三个式子：
Figure 205903DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 746606DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 655656DEST_PATH_IMAGE023
。
由此可推导出预设参照点
Figure 521981DEST_PATH_IMAGE010
的坐标公式：
Figure 516482DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 611608DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 375164DEST_PATH_IMAGE026
。
根据以上计算得到的
Figure 412391DEST_PATH_IMAGE010
点坐标以及
Figure 894188DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 42272DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 660335DEST_PATH_IMAGE009
固定的位置坐标，可以得到
Figure 868463DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 821244DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 507440DEST_PATH_IMAGE029
别相对于
Figure 245589DEST_PATH_IMAGE030
的的方向矢量
Figure 624618DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 815428DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 570894DEST_PATH_IMAGE033
。
S622，分别对三个预设基准点相对于预设参照点的方向矢量进行标准化计算，得到三个预设基准点分别相对于预设参照点的三个单位方向矢量。
对矢量进行标准化计算得到三个预设基准点分别相对于预设参照点的单位方向向量；
Figure 897970DEST_PATH_IMAGE034
；
Figure 198633DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure 876739DEST_PATH_IMAGE036
。
Figure 170317DEST_PATH_IMAGE010
点与
Figure 617479DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 338310DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 503712DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 335402DEST_PATH_IMAGE009
之间使用钢丝绳或其他材质绳索连接，因此在测量过程中拉 动
Figure 154847DEST_PATH_IMAGE011
到目标位置，各连接绳索处于张紧状态，此时分别沿绳索方向产生四个不同大小的拉 力
Figure 781000DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 433698DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 334658DEST_PATH_IMAGE039
。
S623，依据若干个预设基准点分别相对于预设参照点的三个单位方向矢量和若干 个拉力值，计算若干个预设基准点对预设参照点的拉力合力值，从而得到待测量点对所述 预设参照点的拉力。其中，
Figure 490833DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 553467DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 427882DEST_PATH_IMAGE039
形成的合力与
Figure 617686DEST_PATH_IMAGE041
大小相等方向相反。
对
Figure 893947DEST_PATH_IMAGE010
点进行受力分析，可知
Figure 127482DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 489193DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 731956DEST_PATH_IMAGE039
形成的合力与
Figure 862723DEST_PATH_IMAGE041
大小相等方向相反。因此 通过测量
Figure 267159DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 365434DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 880729DEST_PATH_IMAGE039
力的大小并结合上述计算得出的拉线方向，可以计算得到
Figure 131582DEST_PATH_IMAGE041
。
将
Figure 706920DEST_PATH_IMAGE041
正交分解到
Figure 43223DEST_PATH_IMAGE013
坐标系上，则有
Figure 627788DEST_PATH_IMAGE043
，同时将
Figure 733148DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 230119DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 788139DEST_PATH_IMAGE039
与拉绳 方向向量相乘，则可以将三个力也分别正交分解到
Figure 910816DEST_PATH_IMAGE013
坐标系上，再将分力进行叠加计算 可得到：
Figure 870682DEST_PATH_IMAGE044
。
S624，将待测量点对预设参照点的拉力进行标准化计算，得到待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量。
对合力的分解矢量
Figure 787822DEST_PATH_IMAGE045
进行标准化计算，可以得到力的单位方向矢量
Figure 98718DEST_PATH_IMAGE046
， 此时力F的方向向量即为预设参照点
Figure 759506DEST_PATH_IMAGE010
到待测量点
Figure 573879DEST_PATH_IMAGE011
的方向,
Figure 439417DEST_PATH_IMAGE004
的方向与三个预设基准点 相对于预设参照点的合力的单位方向为相反方向。
具体的，步骤S630中的计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息
Figure 972029DEST_PATH_IMAGE001
，其计算 公式为：
Figure 436509DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 105387DEST_PATH_IMAGE003
为预设参照点的坐标信息，
Figure 629910DEST_PATH_IMAGE004
为待测量点相对于预设参照点的单位方向 向量，
Figure 915397DEST_PATH_IMAGE005
为待测量点相对于预设参照点的距离信息。
上述力
Figure 668721DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 457685DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 153109DEST_PATH_IMAGE039
可以由张力传感器测量得到，
Figure 660314DEST_PATH_IMAGE010
点与
Figure 466596DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 110067DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 976391DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 220160DEST_PATH_IMAGE011
之间的距离
Figure 564553DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 328110DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 99757DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 581554DEST_PATH_IMAGE005
可采用拉线编码器测量得到，四个拉线编码器均安装在
Figure 729639DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 347702DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 555829DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 275655DEST_PATH_IMAGE011
一侧， 远离
Figure 961851DEST_PATH_IMAGE010
点。
相对于现有技术中直接将
Figure 700000DEST_PATH_IMAGE010
点拉至
Figure 813449DEST_PATH_IMAGE011
点，上述技术方案可有效减小拉力，减少待 测量点的拉线数量，降低了示教手柄移动的障碍；减少了测量的零部件数量，四个拉线编码 器、三个张力传感器即可满足要求，精度相对较高。
此处应当说明的是，上述具体实施方式中的等边三角形为例是为了计算的方便，即使三个测量基准点不处于等边三角形的顶点同样也可实现空间点坐标的测量。
例如，在本实施例的另一个具体实施方式中，通过建立空间笛卡尔基础坐标系，在
Figure 4259DEST_PATH_IMAGE006
所在平面上设置三个测量基准点
Figure 136557DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 479944DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 29874DEST_PATH_IMAGE009
，使
Figure 707980DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 1559DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 448720DEST_PATH_IMAGE009
点分别位于等腰三角形的顶 点处，如图8所示。
此处应当说明的是，以等腰三角形为例也是为了计算的方便，即使三个测量基准点不处于等腰三角形的顶点同样也可实现空间点坐标的测量。
如图9所示，从三个测量基准点处引出三条直线，相交于一点
Figure 169552DEST_PATH_IMAGE010
处，此时根据等腰 三角形边长及三个基准点到交点的距离，已经可以计算得到交点
Figure 334954DEST_PATH_IMAGE010
的空间坐标位置，为了 使得测量装置便于操作，降低三根直线交叉缠绕干涉的风向，挺高灵活性，采取了在
Figure 681490DEST_PATH_IMAGE010
点处 延长出一定线段到达测量目标点
Figure 983159DEST_PATH_IMAGE011
的方案。根据前一步得出的
Figure 874891DEST_PATH_IMAGE010
点坐标，以及
Figure 527590DEST_PATH_IMAGE010
到
Figure 897391DEST_PATH_IMAGE011
的方 向和距离，可计算得出测量目标点
Figure 319145DEST_PATH_IMAGE011
点的空间位置坐标。
第一步、计算三直线交点坐标位置。
如图10所示，通过实际测量可以得到等腰三角形腰
Figure 398091DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 272506DEST_PATH_IMAGE051
边长为
Figure 711577DEST_PATH_IMAGE052
，底边
Figure 253417DEST_PATH_IMAGE053
长度为
Figure 486952DEST_PATH_IMAGE054
，坐标原点O位于底边
Figure 848664DEST_PATH_IMAGE053
的中点位置，在空间基准坐标系
Figure 970439DEST_PATH_IMAGE013
下
Figure 366785DEST_PATH_IMAGE007
点坐标 位置为
Figure 771222DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 620229DEST_PATH_IMAGE008
点的坐标位置为
Figure 151836DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 402689DEST_PATH_IMAGE009
点的坐标位置为
Figure 978027DEST_PATH_IMAGE057
，其中
Figure 314330DEST_PATH_IMAGE058
。
Figure 898895DEST_PATH_IMAGE010
在任意位置处时，可以测量获得
Figure 4254DEST_PATH_IMAGE010
点到
Figure 999761DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 557781DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 946037DEST_PATH_IMAGE009
点的距离
Figure 905903DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 823043DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 133939DEST_PATH_IMAGE019
，根据
Figure 811039DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 625411DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 979032DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 511645DEST_PATH_IMAGE009
四个点的坐标可以得到：
Figure 710545DEST_PATH_IMAGE059
Figure 645003DEST_PATH_IMAGE060
Figure 169525DEST_PATH_IMAGE061
求解可得：
Figure 923855DEST_PATH_IMAGE062
Figure 709801DEST_PATH_IMAGE063
Figure 498766DEST_PATH_IMAGE064
第二步、计算三线段指向方向。
根据以上计算得到的
Figure 928610DEST_PATH_IMAGE010
点坐标以及
Figure 701394DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 507676DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 151147DEST_PATH_IMAGE009
固定的位置坐标，可以得到三根线 的方向矢量
Figure 768204DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 497126DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 903836DEST_PATH_IMAGE033
。
对矢量进行标准化计算得到拉绳的单位方向向量，
Figure 932972DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 953887DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 435684DEST_PATH_IMAGE036
。
第三步、计算目标点方向。
本装置中，
Figure 583768DEST_PATH_IMAGE010
点与
Figure 201832DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 144380DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 113473DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 65248DEST_PATH_IMAGE009
之间使用钢丝绳或其他材质绳索连接，因此在测 量过程中拉动
Figure 288550DEST_PATH_IMAGE011
到目标位置，各连接绳索处于张紧状态，此时分别沿绳索方向产生四个不 同大小的拉力
Figure 667579DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 858389DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 348276DEST_PATH_IMAGE039
，如图11所示。
对
Figure 940931DEST_PATH_IMAGE010
点进行受力分析，可知
Figure 490862DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 903388DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 196966DEST_PATH_IMAGE039
形成的合力和
Figure 156045DEST_PATH_IMAGE041
大小相等方向相反。因此 通过测量
Figure 876877DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 42279DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 749335DEST_PATH_IMAGE039
力的大小并结合上述计算得出的拉线方向，可以计算得到
Figure 51003DEST_PATH_IMAGE041
。
将
Figure 942736DEST_PATH_IMAGE041
正交分解到
Figure 329855DEST_PATH_IMAGE013
坐标系上，则有
Figure 214503DEST_PATH_IMAGE043
，同时将
Figure 636257DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 698891DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 573306DEST_PATH_IMAGE039
与拉绳 方向向量相乘，则可以将三个力也分别正交分解到
Figure 746799DEST_PATH_IMAGE013
坐标系上，再将分力进行叠加计算 可得到：
Figure 288638DEST_PATH_IMAGE044
对合力的分解矢量
Figure 522174DEST_PATH_IMAGE045
进行标准化计算，可以得到力的单位方向矢量
Figure 634617DEST_PATH_IMAGE046
， 此时力的方向向量即为交点
Figure 611800DEST_PATH_IMAGE010
到目标点
Figure 8147DEST_PATH_IMAGE011
的方向。
第四步、计算目标点位置。
根据
Figure 412583DEST_PATH_IMAGE010
点的坐标、拉线方向
Figure 996011DEST_PATH_IMAGE004
以及测量所得
Figure 153717DEST_PATH_IMAGE003
到
Figure 404569DEST_PATH_IMAGE001
的距离
Figure 979907DEST_PATH_IMAGE005
，计算得到测量目 标空间点
Figure 801364DEST_PATH_IMAGE001
在坐标系
Figure 120350DEST_PATH_IMAGE013
下的位置坐标：
Figure 225709DEST_PATH_IMAGE002
。
相应地，请参照图12，本发明实施例的第二方面提供了一种工业机器人示教手柄位置信息测量系统，包括：
第一信息获取模块1，其用于获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，预设参照点位于多边形所在平面之外，预设参照点分别与若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；
第二信息获取模块2，其用于获取待测量点相对于预设参照点的距离信息；
位置信息计算模块3，其用于获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值，基于预设参照点与若干个预设基准点的坐标信息，结合待测量点相对于预设参照点的距离信息及若干个拉力值，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，请参照图13，位置信息计算模块3包括：
拉力获取单元31，其用于获取若干个预设基准点分别对预设参照点的若干个拉力值；
第一计算单元32，其用于依据若干个预设基准点和预设参照点的坐标信息，结合若干拉力值，计算待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量；
第二计算单元33，其用于依据待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量，结合预设参照点的坐标信息和待测量点相对于预设参照点的距离信息，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。
进一步地，请参照图14，第一计算单元32包括：
方向矢量计算子单元321，其用于依据三个预设基准点和预设参照点的坐标信息，得到三个预设基准点分别相对于预设参照点的方向矢量；
第一标准化计算子单元322，其用于分别对若干个预设基准点相对于预设参照点的方向矢量进行标准化计算，得到若干个预设基准点分别相对于预设参照点的若干个单位方向矢量；
合力计算子单元323，其用于依据若干个预设基准点分别相对于预设参照点的若干个单位方向矢量和若干个拉力值，计算若干个预设基准点对预设参照点的拉力合力值，从而得到待测量点对预设参照点的拉力；
第二标准化计算子单元324，其用于将待测量点对预设参照点的拉力进行标准化计算，得到待测量点相对于预设参照点的单位方向矢量。
进一步地，第二计算单元计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息
Figure 971948DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 61127DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 918224DEST_PATH_IMAGE003
为预设参照点的坐标信息，
Figure 143669DEST_PATH_IMAGE004
为待测量点相对于预设参照点的单位方向 矢量，
Figure 310077DEST_PATH_IMAGE005
为待测量点相对于预设参照点的距离信息。
上述工业机器人示教手柄位置信息测量系统中的各个模块及单元对应执行工业机器人示教手柄位置信息测量方法中的对应步骤并实现。
相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述机器人示教手柄位置信息测量方法。
相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述机器人示教手柄位置信息测量方法。
本发明实施例旨在保护一种机器人示教手柄位置信息测量方法、系统、设备及介质，其中方法包括如下步骤：获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，预设参照点位于多边形所在平面之外，预设参照点分别与若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；获取待测量点相对于预设参照点的距离信息；基于预设参照点与若干个预设基准点的坐标信息，结合待测量点相对于预设参照点的距离信息，计算待测量点在空间基准坐标系中的位置信息。上述技术方案具备如下效果：
通过获取一个预设参照点与工业机器人示教手柄的待测量点的相关位置信息，使得示教手柄的测量装置便于操作，降低了连接线出现缠绕或干涉的可能性，提升了示教手柄的灵活性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之。

Claims (8)

1.一种工业机器人示教手柄位置信息测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，所述若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，所述预设参照点位于所述多边形所在平面之外，所述预设参照点分别与所述若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；
获取所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息；
获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值，基于所述预设参照点与所述若干个预设基准点的坐标信息，结合所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息及所述若干个拉力值，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息，包括如下步骤：
依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，结合所述若干拉力值，计算所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量；
依据所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，结合所述预设参照点的所述坐标信息和所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
2.根据权利要求1所述的工业机器人示教手柄位置信息测量方法，其特征在于，所述依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息计算所述待测量点到所述预设参照点的单位方向矢量，包括如下步骤：
依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量；
对所述方向矢量进行标准化计算，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的若干个单位方向矢量；
依据所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量和所述若干个拉力值，计算所述若干个预设基准点对所述预设参照点的拉力合力值，从而得到所述待测量点对所述预设参照点的拉力；
将所述待测量点对所述预设参照点的拉力进行标准化计算，得到所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量。
3.根据权利要求1所述的工业机器人示教手柄位置信息测量方法，其特征在于，所述计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息，具体为：
所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息Pe为：
Pe＝Ld·VO+Po，
其中，Po为所述预设参照点的坐标信息，VO为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，Ld为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息。
4.一种工业机器人示教手柄位置信息测量系统，其特征在于，包括：
第一信息获取模块，其用于获取空间基准坐标系中若干个预设基准点和一个预设参照点的坐标信息，所述若干个预设基准点分别位于多边形的顶点，所述预设参照点位于所述多边形所在平面之外，所述预设参照点分别与所述若干个预设基准点及待测量点通过处于紧张状态的拉绳连接；
第二信息获取模块，其用于获取所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息；
位置信息计算模块，其用于获取所述若干个预设基准点分别对所述预设参照点的若干个拉力值，基于所述预设参照点与所述若干个预设基准点的坐标信息，结合所述待测量点相对于所述预设参照点的距离信息及所述若干个拉力值，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息；
所述位置信息计算模块包括：
第一计算单元，其用于依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，结合所述若干拉力值，计算所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量；
第二计算单元，其用于依据所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，结合所述预设参照点的所述坐标信息和所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息，计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息。
5.根据权利要求4所述的工业机器人示教手柄位置信息测量系统，其特征在于，所述第一计算单元包括：
方向矢量计算子单元，其用于依据所述若干个预设基准点和所述预设参照点的坐标信息，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量；
第一标准化计算子单元，其用于对所述方向矢量进行标准化计算，得到所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的若干个单位方向矢量；
合力计算子单元，其用于依据所述若干个预设基准点分别相对于所述预设参照点的方向矢量和所述若干个拉力值，计算所述若干个预设基准点对所述预设参照点的拉力合力值，从而得到所述待测量点对所述预设参照点的拉力；
第二标准化计算子单元，其用于将所述待测量点对所述预设参照点的拉力进行标准化计算，得到所述待测量点相对于所述预设参照点的单位方向矢量。
6.根据权利要求4所述的工业机器人示教手柄位置信息测量系统，其特征在于，所述第二计算单元计算所述待测量点在所述空间基准坐标系中的位置信息Pe为：
Pe＝Ld·VO+Po，
其中，Po为所述预设参照点的坐标信息，VO为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述单位方向矢量，Ld为所述待测量点相对于所述预设参照点的所述距离信息。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-3任一所述的工业机器人示教手柄位置信息测量方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-3任一所述的工业机器人示教手柄位置信息测量方法。
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