CN115493486A - 机器人工具坐标系的标定方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机器人工具坐标系的标定方法、装置、设备及存储介质，包括：控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，获取机体位姿参数和第一靶球位上的靶球位置坐标；并根据记录参数，获取靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；进而获取作业工具的工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系；分别获取第一靶球位以及第二靶球位上靶球的第一位置坐标和第二位置坐标；根据第一位置坐标、第二位置坐标以及工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，对作业工具的工具坐标系进行标定，实现了对机器人工具坐标系的自动标定，同时提升了工具坐标系标定的准确度，提高了标定效率。

Description

机器人工具坐标系的标定方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人工具坐标系的标定方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

机器人由于操作方便和使用灵活的特点，被广泛应用于各个领域。对于机器人工具坐标系的准确标定，对于实现工具的准确控制具有重要意义。

目前，现有的工具坐标系的标定方法，通常是在机器人附近由工作人员预先确定一个参考点，并通过人眼观察，使机器人在四种不同末端姿态下，将工具的端点尽可能的逼近参考点，以此记录机器人每次的位姿参数和工具端点的位置坐标，进而计算得到工具坐标系的原点，也即工具的端点在机器人基坐标系下的准确位置坐标；进一步的，示教机器人，使工具的端点位于距离参考点预设距离的位置，并通过人工调整工具，使工具的轴线指向参考点，根据当前工具端点的准确位置坐标和参考点的位置坐标确定机器人工具坐标系的Z轴方向，进而确定对应的工具坐标系；由于通过人工对准轴线，误差较大，对于工具坐标系的标定准确度低，且浪费人力和时间成本，效率低下。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人工具坐标系的标定方法、装置、设备及存储介质，以实现对机器人的作业工具的坐标系的自动标定。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人工具坐标系的标定方法，包括：

控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

第二方面，本发明实施例提供了一种机器人工具坐标系的标定装置，包括：

靶球位置坐标记录模块，用于控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

第一转换关系获取模块，用于根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

第二转换关系获取模块，用于根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

位置坐标获取模块，用于获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

坐标系标定模块，用于根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所述的机器人工具坐标系的标定方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本发明任意实施例所述的机器人工具坐标系的标定方法。

本发明实施例中公开的技术方案，通过控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过激光跟踪仪获取第一靶球位的靶球位置坐标；根据记录参数，获取靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；进而获取作业工具的工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系；分别获取第一靶球位以及第二靶球位上靶球的第一位置坐标和第二位置坐标，并根据第一位置坐标、第二位置坐标以及工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，对作业工具的工具坐标系进行标定，实现了对机器人工具坐标系的自动标定，同时提升了工具坐标系标定的准确度，提高了标定效率。

附图说明

图1A是本发明提供的一种机器人工具坐标系的标定方法的应用场景图；

图1B是本发明实施例一提供的一种机器人工具坐标系的标定方法的流程图；

图1C是本发明实施例一提供的双靶位球座的结构示意图；

图1D是本发明实施例一提供的机器人相关坐标系的示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种机器人工具坐标系的标定装置的结构框图；

图3是本发明实施例三提供的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

本申请提供的一种机器人工具坐标系的标定方法，可以应用于如图1A所示的应用场景中。

激光跟踪仪10与机器人上位机11通信连接，机器人上位机11与机器人12通信连接；机器人12末端连接有作业工具13，作业工具13末端连接有双靶位球座14。

激光跟踪仪10，用于向双靶位球座14上的靶球发射测量激光，并接受靶球反射的激光束，以实现对靶球空间位置的实时测量，并向机器人上位机11发送对应的指令信息和靶球位置坐标信息。

机器人上位机11，用于获取针对机器人12的控制命令，并根据控制命令控制机器人12进行姿态调整；同时对机器人12移动时的位姿参数进行记录，以及获取激光跟踪仪10发送的靶球位置坐标信息；进而根据位姿参数和靶球位置坐标，对靶球坐标系进行标定。

机器人12，用于执行机器人上位机11的控制命令，对自身位姿进行调整，并带动作业工具13和双靶位球座14上的靶球到达指定位置。作业工具13，用于执行具体的作业任务，例如，焊接等。双靶位球座14，包括第一靶球位、第二靶球位以及靶球，靶球放置于第一靶球位或第二靶球位，靶球用于对激光跟踪仪10发射的激光束进行反射，辅助激光跟踪仪实现对待测量物体的测量。

实施例一

图1B为本发明实施例一提供的一种机器人工具坐标系的标定方法的流程图，本实施例可适用于通过激光跟踪仪，实现对机器人作业工具的工具坐标系的自动标定，该方法可以由本发明实施例中的机器人工具坐标系的标定装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件实现，并集成在电子设备中，该方法具体包括如下步骤：

S110、控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位。

其中，机器人，为可根据预设程序执行自动化操作的智能机器设备，可以具体包括机械臂，通过多个关节连接可以完成旋转或平移运动；此外，通过在机器人末端安装不同的作业工具，机器人可以承担多种不同的工作；例如，在机器人的机体末端安装钻枪，则当前机器人可执行钻孔工作。作业工具，为机器人本体末端连接的，用于执行具体作业任务的工具，例如，焊接或者钻头；典型的，机器人机体末端可以安装有法兰盘，作业工具可与机器人机体末端的法兰盘固定连接，由此，机器人可带动作业工具进行移动，并执行对应的作业操作。

位姿，为机器人的位置和姿态，对应的，位姿参数为用于表示机器人位置和姿态的位置坐标和姿态参数值；以机械臂为例，其通常安装于位置固定的工作台上，故位置坐标确定，姿态参数值为各个关节的旋转角度，当各个关节的旋转角度确定后，则机械臂的位姿随之确定；通过改变机器人的位姿参数，可以调整机器人的位姿，以控制机器人进行对应的移动。其中，机器人的位姿由上位机控制，上位机可以具体包括具有计算和控制功能的计算机设备，典型的，上位机可以包括示教器。

激光跟踪仪，为激光跟踪测量系统的重要组成部分，可以发射激光至安装于目标物体的反射器，并接收反射器的反射光束，以实现对目标物体的空间位置坐标的测量；同时当目标物体移动时，激光跟踪仪可以调整发射激光的方向，实现对目标物体的动态跟踪。在本发明实施例中，靶球，包括与激光跟踪仪对应的反射器，典型的，反射器可以为反射镜，例如，在靶球内部放置三个互相垂直的反射镜，可以实现对任意方向激光光束的反射；通过靶球中的反射器对激光跟踪仪发出的激光进行反射，可以辅助激光跟踪仪完成对目标物体的空间位置坐标的测量。

双靶位球座，为包括两个靶球位的靶球安装装置，靶球位存在一定凹陷，可与靶球表面完全贴合；如图1C所示，图中，6-双靶位球座，8-作业工具，9-靶球，10-第一靶球位，11-第二靶球位；双靶位球座6与作业工具8固定连接，双靶位球座6包括第一靶球位10和第二靶球位11，两个靶球位间的距离可以预先设定；靶球9可以安装于第一靶球位10或第二靶球位11。典型的，靶球位可以存在磁性，通过磁吸附的方式将靶球固定在靶球位，可以避免双靶位球座移动时，靶球掉落，保证了靶球与双靶位球座连接的稳定性；由于靶球为球体形态，通常无法直接安装至目标物体，通过先将靶球安装至双靶位球座，再将双靶位球座与作业工具进行连接，可以更加便捷的将靶球安装至机器人。

需要说明的是，可以在第一靶球位和第二靶球位上分别放置一个靶球，在确定待测试靶球后，则将激光跟踪仪的测量激光对准对应的靶球，避免了对靶球的频繁移动。特别的，在本发明实施例中，两个靶球位中心的连线方向可以与作业工具的轴线方向一致，例如，中心的连线与轴线可以间隔一定距离平行，由此，在确定靶球位中心连线的方向后，即可确定作业工具的轴线方向，也即作业工具的坐标系的法线方向。

值的注意的是，对于某些特定作业工具，无法直接与双靶位球座连接，可以对作业工具进行简单改装，例如，拆卸部分组件，以将双靶位球座与作业工具进行连接；例如，当作业工具为钻枪时，其包括钻头部分，且钻头部分无法直接与其它装置进行连接；故可以将钻枪的钻头部分进行拆卸，并将双靶位球座代替钻头与钻枪进行固定连接；而对于无法进行拆卸的作业工具，则可以直接将双靶位球座与作业工具进行连接；在将双靶位球座与作业工具进行连接后，记录当前作业工具尖端与各靶球位的相对距离以及靶球的形状信息(例如，靶球中心的高度)，则可以预先确定靶球坐标系和作业工具的工具坐标系的转换关系。

具体的，在确定目标位置点时，可以先控制机器人以任意位姿移动至工作空间上的任意一个位置点，并通过激光跟踪仪对第一靶球位的靶球进行跟踪，将当前获取的位置点作为目标位置点，并记录目标位置点在激光跟踪仪坐标系下的位置坐标。然后控制机器人以任意位姿自由移动，使第一靶球位上的靶球离开目标位置点，激光跟踪仪对第一靶球位上的靶球进行实时跟踪，当激光跟踪仪检测到靶球再次达到目标位置点时，记录第一靶球位上的靶球位置坐标，同时，上位机记录该靶球位置坐标下对应的机体位姿参数；据此，通过控制机器人以任意位姿自由移动，通过激光跟踪仪检测到靶球每次达到目标位置点时的靶球位置坐标，同时，上位机记录对应的机体位姿参数；当第一靶球位上的靶球多次到达目标位置点后(例如，达到次数大于等于4)，获取每次到达时机体位姿参数和靶球位置坐标的对应关系。

需要说明的是，实际中靶球中各反射镜的角点和靶球的中心不重合、各个反射镜面间相互不垂直以及不同反射镜的反射特性不同都会引起激光跟踪仪的测量误差，因此通过激光跟踪仪获取的靶球位置坐标可能存在一定误差；本发明实施例中，可以预先设定测量误差，只要激光跟踪仪检测到第一靶球位上的靶球位置坐标与该目标位置点坐标在三个轴向上的坐标差，均小于预设测量误差(例如，3毫米)，即可认为第一靶球位上的靶球已到达目标位置点。

特别的，激光跟踪仪获取到的靶球位置坐标为基于激光跟踪仪坐标系，需要转换为对应的机体基坐标系下的位置坐标；其中，激光跟踪仪坐标系和机体基坐标系间的转换关系可以预先设定；典型的，可将激光跟踪仪放置于机器人机体旁的预设位置，此时激光跟踪仪坐标仪的原点位于机体基坐标系的x轴上距离原点5个单位距离处，两者坐标系的三坐标轴的方向完全一致，则将激光跟踪仪坐标系下位置坐标的x值减去5，即为当前位置点在机体基坐标系下的位置坐标。通过预先设定激光跟踪仪坐标系和机体基坐标系间的转换关系，激光跟踪仪在实时获取到靶球位置坐标时，可直接将获取的位置坐标转换为对应的机体基坐标系下的位置坐标，并将转换后的位置坐标发送至机器人上位机。

可选的，在本发明实施例中，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，还可以包括：控制机器人以任意位姿移动，并获取多个不同的对齐工作点；根据各所述对齐工作点对应的机体位姿参数，获取各所述对齐工作点的计算坐标值；通过激光跟踪仪，获取各所述对齐工作点对应的测量坐标值；根据各所述对齐工作点的计算坐标值和测量坐标值，获取激光跟踪仪坐标系与机器人机体基坐标系的转换关系。

具体的，上位机控制机器人以任意位姿移动，并根据预设准则，在移动过程中经过的位置点中确定多个对齐工作点，例如，每间隔一秒钟，确定第一靶球位上的靶球所处的位置点为一个对齐工作点；在确定一个对齐工作点后，根据当前的机器人的机体位姿参数，计算当前对齐工作点在机体基坐标系下的坐标值，即获取计算坐标值；同时机器人到达每个对齐工作点时，通过激光跟踪仪，测量当前对齐工作点在激光跟踪仪坐标系下的坐标值，即获取测量坐标值。

在获取到预设数量的对齐工作点的计算坐标值和测量坐标值后，通过激光跟踪仪的测量分析软件，由测量分析软件根据各对齐工作点的计算坐标值和测量坐标值，计算激光跟踪仪坐标系和机器人机体基坐标系的转换关系；其中，测量分析软件可以包括SpatialAnalyzer。特别的，在获取到两个坐标系的转换关系后，可以根据转换关系，对当前的激光跟踪仪坐标系进行调整，使得激光跟踪仪坐标系与机体基坐标系保持一致。通过获取多个对齐工作点分别在激光跟踪仪坐标系和机体基坐标系下的位置坐标，进而获取两个坐标系间的转换关系，可以在通过激光跟踪仪对靶球进行跟踪时，直接获取机体基坐标系下的位置坐标。

可选的，在本发明实施例中，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，可以包括：通过激光跟踪仪确定目标位置点，并通过所述目标位置点获取目标移动方向；对应的，所述控制机器人以多个不同的位姿移动，可以包括：控制机器人以多个不同的位姿沿所述目标移动方向移动。

具体的，为了加快第一靶球位的靶球达到目标位置点的速度，可以通过激光跟踪仪对机器人的移动进行辅助；典型的，通过激光跟踪仪获取当前第一靶球位的靶球位置坐标，并根据当前的靶球位置坐标和目标位置点的位置坐标，为靶球规划接下来的移动方向，同时为了使机器人以差异较大的姿态到达目标位置点，可以通过激光跟踪仪为机器人规划差异较大的移动方向；在完成目标移动方向的规划后，将目标移动方向发送至机器人上位机；机器人上位机在接收到对应的目标移动方向后，可以控制机器人在不断调整自身位姿的同时，使第一靶球位的靶球沿目标移动方向进行移动；可以提升靶球达到目标位置点的速度，进而提升获取位姿参数和靶球位置坐标的效率。

可选的，在本发明实施例中，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，还可以包括：调整所述双靶位球座与所述作业工具的连接装置，以使所述第一靶球位与所述第二靶球位的光学中心线与所述作业工具的轴线重合。具体的，在控制机器人以多个不同的位姿进行移动前，可以对双靶位球座和作业工具的连接装置进行调整，例如，当连接装置为夹持装置时，可以通过光学仪器(例如，直线度测量仪)获取作业工具的轴线与两个靶球位的光学中心连线间的偏差角度，并根据计算的偏差角度对夹持装置进行调整，以使第一靶球位和第二靶球位的光学中心线与作业工具的轴线重合，即将两条连线间的偏差角度调整为零；通过预先将两个靶球位的光学中心线与工具的轴线调整至重合，在获取到靶球的球体坐标系后，根据靶球中心与作业工具中心的相对位置关系，将球体坐标系进行适当平移即可获得对应的工具坐标系，可以进一步提升对工具坐标系标定的精度。

S120、根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系。

其中，靶球的球体坐标系，为以靶球的中心为坐标原点建立的坐标系；机体末端坐标系，为以机器人机体末端一点为坐标原点建立的坐标系，在机器人被制造时，对应的机体末端坐标系即预先设定；典型的，当机体末端为法兰盘时，对应的机体末端坐标系即为法兰坐标系，其坐标原点为法兰盘的中心，z轴即为法兰面的法方向。通过机体末端坐标系，可以实现对末端连接工具更加准确的控制，提升机器人作业的精准度。

具体的，当球体坐标系的法方向与机体末端坐标系的法方向一致时，球体坐标系可通过将机体末端坐标系平移得到，并不存在旋转的关系，而当前目标位置点为球体坐标系的原点，且已经通过激光跟踪仪获取到目标位置点在机体基坐标系下的位置坐标；同时通过机体位姿参数，可以确定机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系；则可以根据当前目标位置点在两个坐标系下的位置坐标，获取球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系。

如图1D所示，以机器人为机械臂为例，图中，1-激光跟踪仪，2-激光跟踪仪坐标系，3-机器人机体基坐标系，4-机器人，5-机体末端坐标系，6-双靶位球座，7-靶球坐标系，其中，7-靶球坐标系，是指第一靶球位上靶球的坐标系。激光跟踪仪坐标系2由激光跟踪仪1设定，可以根据需要进行调节，例如，可以根据机器人机体基坐标系3，对激光跟踪仪坐标系2进行调节，使两者保持一致，通过激光跟踪仪坐标系2，可以实现对靶球位置坐标的实时获取；机器人机体基坐标系3，为以机器人基座中心为原点建立的直角坐标系，通常与世界坐标系一致，通过机器人机体基坐标系3，可以获取机器人各部分在空间中的位置信息，以实现对机器人位姿的控制与调整。

机体末端坐标系5，为机器人本体最末端处的直角坐标系，实际中，仅通过机器人机体基坐标系3，无法实现对末端连接的作业工具的姿态的准确控制；通过建立机体末端坐标系5，可以实现对连接作业工具的准确控制，以保证机器人作业的准确性；靶球坐标系7，为以第一靶球位上的靶球中心为原点建立的直角坐标系，通过靶球坐标系7，可以间接获取对应的作业工具的工具坐标系，或者可以直接将靶球坐标系7作为工具坐标系。

例如，假设第一靶球位上靶球的球体坐标系与作业工具的工具坐标系间的转换矩阵为M，工具坐标系与机体末端坐标系间的转换矩阵为N，而当球体坐标系的法方向与机体末端坐标系的法方向一致时，工具坐标系的法方向与机体末端坐标系的法方向也一致，将工具坐标系进行适当平移即可得到机体末端坐标系；机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换矩阵为T，球体坐标系与机体末端坐标系间的转换矩阵为L，目标位置点在球体坐标系中的位置坐标为A，在机体基坐标系中的位置坐标为B，则A·M·N·T＝B；通过机体位姿参数，可以确定机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换矩阵T，而M为预先设定；故在转换矩阵M和T已知，且M和N只存在数值差异的情况下，可以计算获取工具坐标系与机体末端坐标系间的转换矩阵为N；由此，可以获取第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系L＝M·N。

S130、根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系。

其中，机体基坐标系，为一个固定定义的直角坐标系，位于机器人底部，是机器人的原点；作业工具的工具坐标系，为以作业工具上任意一点(通常为作业工具的尖端点)为坐标原点，建立的直角坐标系，用于标定作业工具的位置和姿态，通过工具坐标系，可是使机器人明确如何运动可以使作业工具到达指定位置并摆出相应的姿态。

具体的，在根据机体位姿参数和靶球位置坐标，获取到第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系后，可以根据机体位姿参数确定机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，同时双靶位球座与作业工具固定连接，所以第一靶球位上靶球的球体坐标系与作业工具的工具坐标系间的转换关系可以预先计算获取；故可以获取当前作业工具的工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，实现了对作业工具的工具坐标系的初次标定。

可选的，在本发明实施例中，所述根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，可以包括：将所述第一靶球位上靶球的球体坐标系，作为所述作业工具的工具坐标系；根据所述作业工具的工具坐标系与机体末端坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系。

需要说明的是，在将双靶位球座与作业工具进行连接时，可以对作业工具进行拆卸，例如，将钻枪的钻头进行拆卸，并安装上双靶位球座；此时，第一靶球位上靶球的中心可以正好对应作业工具原始的末端，则第一靶球位上靶球的球体坐标系可以直接视为作业工具的工具坐标系，无需参照球体坐标系与工具坐标系间的转换关系，直接根据工具坐标系与机体末端坐标系间的转换关系，以及机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取当前工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，简化了计算流程，可以提升对工具坐标系进行标定的速度，进一步提升工具坐标系的标定效率。

S140、获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标。

需要说明的是，当前获取的工具坐标系，默认其各轴(x、y和z轴)方向与机体末端坐标系的各轴方向一致；而实际中，由于作业工具的多种多样，各作业工具的结构存在较大差异，同时在实际安装时，作业工具的轴线与机体末端坐标系的法线方向很容易出现偏差；故本发明实施例中，在获取到初始的工具坐标系后，可以通过对获取的多个第一靶球位上的靶球位置坐标取平均值，以获取第一靶球位上靶球的第一位置坐标；同时通过激光跟踪仪对第二靶球位上的靶球进行检测，以获取第二靶球位靶球的第二位置坐标，通过将第一位置坐标和第二位置坐标的连线作为工具坐标系新的z轴方向，对初始的工具坐标系进行修订，可以获取更加准确的工具坐标系，避免由作业工具轴线偏差带来的工具坐标系标定误差。

可选的，在本发明实施例中，所述获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，可以包括：根据所述靶球位置坐标，通过最小二乘方法，获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标。具体的，由于激光跟踪仪获取的靶球位置坐标可能存在误差，故在获取第一靶球位上靶球的第一位置坐标时，可以通过最小二乘方法对获取的多个靶球位置坐标进行拟合计算，以获取更加准确的第一靶球位上靶球的第一位置坐标，可以提升获取的靶球第一位置坐标的准确度，进而提升对工具坐标系标定的准确度。

可选的，在本发明实施例中，在获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标后，还可以包括：将所述第一靶球位上的靶球，通过滑道移动至第二靶球位上。具体的，在获取第二靶球位上靶球的第二位置坐标时，可以先通过滑道将第一靶球位上的靶球移动至第二靶球位，并通过激光跟踪仪对第二靶球位上的靶球进行测量，以获取第二靶球位上靶球的第二位置坐标，通过只采用一个靶球，可以避免由多个靶球形状差异导致的测量误差，同时可以避免双靶位球座上同时存在两个靶球，对激光跟踪仪的测量造成影响。需要说明的是，通过滑道将第一靶球位上的靶球移动至第二靶球位时，不需要人工去移动，可以控制机器人开启滑道，并适当调整自身姿态，使靶球沿滑道自动移动至第二靶球位。

S150、根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

具体的，在获取到工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系后，确定初始的工具坐标系，同时对获取的第一位置坐标和第二位置坐标进行连线，并将两个位置坐标的连线作为工具坐标系的新的法线(z轴)方向，对初始的工具坐标系进行修订；其中，对初始的工具坐标系进行修订，可以将两个位置坐标的连线作为新的法线方向，并沿用初始的工具坐标系的x轴和y轴中的任意一轴，并根据确定的法线方向以及x轴或y轴，确定剩下的一个坐标轴，实现对作业工具的工具坐标系的最终标定，提升了对工具坐标系进行标定的准确度，同时提升了标定效率。

本发明实施例中公开的技术方案，通过控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过激光跟踪仪获取靶球位置坐标；根据记录参数，获取靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；进而获取作业工具的工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系；分别获取第一靶球位以及第二靶球位上靶球的第一位置坐标和第二位置坐标，并根据第一位置坐标、第二位置坐标以及工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，对作业工具的工具坐标系进行标定，实现了对机器人工具坐标系的自动标定，同时提升了工具坐标系标定的准确度，提高了标定效率。

实施例二

图2是本发明实施例二所提供的一种机器人工具坐标系的标定装置的结构框图，该装置具体包括：靶球位置坐标记录模块201、第一转换关系获取模块202、第二转换关系获取模块203、位置坐标获取模块204和坐标系标定模块205；

靶球位置坐标记录模块201，用于控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

第一转换关系获取模块202，用于根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

第二转换关系获取模块203，用于根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

位置坐标获取模块204，用于获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

坐标系标定模块205，用于根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

本发明实施例中公开的技术方案，通过控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过激光跟踪仪获取靶球位置坐标；根据记录参数，获取靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；进而获取作业工具的工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系；分别获取第一靶球位以及第二靶球位上靶球的第一位置坐标和第二位置坐标，并根据第一位置坐标、第二位置坐标以及工具坐标系与机体基坐标系间的转换关系，对作业工具的工具坐标系进行标定，实现了对机器人工具坐标系的自动标定，同时提升了工具坐标系标定的准确度，提高了标定效率。

可选的，在上述技术方案的基础上，机器人工具坐标系的标定装置，还包括：

对齐工作点获取模块，用于控制机器人以任意位姿移动，并获取多个不同的对齐工作点；

计算坐标值获取模块，用于根据各所述对齐工作点对应的机体位姿参数，获取各所述对齐工作点的计算坐标值；

测量坐标值获取模块，用于通过激光跟踪仪，获取各所述对齐工作点对应的测量坐标值；

第三转换关系获取模块，用于根据各所述对齐工作点的计算坐标值和测量坐标值，获取激光跟踪仪坐标系与机器人基坐标系的转换关系。

可选的，在上述技术方案的基础上，位置坐标获取模块204，具体用于根据所述靶球位置坐标，通过最小二乘方法，获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标。

可选的，在上述技术方案的基础上，位置坐标获取模块204，包括：

靶球移动单元，用于将所述第一靶球位上的靶球，通过滑道移动至第二靶球位上。

可选的，在上述技术方案的基础上，第二转换关系获取模块203，具体用于将所述第一靶球位上靶球的球体坐标系，作为所述作业工具的工具坐标系；根据所述作业工具的工具坐标系与机体末端坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系。

可选的，在上述技术方案的基础上，机器人工具坐标系的标定装置，还包括：

连接装置调整模块，用于调整所述双靶位球座与所述作业工具的连接装置，以使所述第一靶球位与所述第二靶球位的光学中心线与所述作业工具的轴线重合。

可选的，在上述技术方案的基础上，机器人工具坐标系的标定装置，还包括：

目标移动方向获取模块，用于通过激光跟踪仪确定目标位置点，并通过所述目标位置点获取目标移动方向；

靶球位置坐标记录模块201，具体用于控制机器人以多个不同的位姿沿所述目标移动方向移动。

上述装置可执行本发明任意实施例所提供的机器人工具坐标系的标定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的方法。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种电子设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备12的框图。图3显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，存储器28，连接不同系统组件(包括存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

电子设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备12交互的设备通信，和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明任意实施例提供的机器人工具坐标系的标定方法。也即：控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

实施例四

本发明实施例四还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本发明任意实施例所述的机器人工具坐标系的标定方法，该方法包括：

控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种机器人工具坐标系的标定方法，其特征在于，包括：

控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，还包括：

控制机器人以任意位姿移动，并获取多个不同的对齐工作点；

根据各所述对齐工作点对应的机体位姿参数，获取各所述对齐工作点的计算坐标值；

通过激光跟踪仪，获取各所述对齐工作点对应的测量坐标值；

根据各所述对齐工作点的计算坐标值和测量坐标值，获取激光跟踪仪坐标系与机器人机体基坐标系的转换关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，包括：

根据所述靶球位置坐标，通过最小二乘方法，获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标后，还包括：

将所述第一靶球位上的靶球，通过滑道移动至第二靶球位上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，包括：

将所述第一靶球位上靶球的球体坐标系，作为所述作业工具的工具坐标系；

根据所述作业工具的工具坐标系与机体末端坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，还包括：

调整所述双靶位球座与所述作业工具的连接装置，以使所述第一靶球位与所述第二靶球位的光学中心线与所述作业工具的轴线重合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制机器人以多个不同的位姿移动前，包括：

通过激光跟踪仪确定目标位置点，并通过所述目标位置点获取目标移动方向；

所述控制机器人以多个不同的位姿移动，包括：

控制机器人以多个不同的位姿沿所述目标移动方向移动。

8.一种机器人工具坐标系的标定装置，其特征在于，包括：

靶球位置坐标记录模块，用于控制机器人以多个不同的位姿移动，并当第一靶球位上的靶球每次到达目标位置点时，记录对应的机体位姿参数，并通过所述激光跟踪仪获取所述第一靶球位上的靶球位置坐标；其中，所述机器人的机体末端连接作业工具，所述作业工具连接双靶位球座，所述双靶位球座包括第一靶球位和第二靶球位；

第一转换关系获取模块，用于根据所述机体位姿参数和所述靶球位置坐标，获取所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系；

第二转换关系获取模块，用于根据所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与机体末端坐标系间的转换关系、所述第一靶球位上靶球的球体坐标系与所述作业工具的工具坐标系间的转换关系，以及所述机体末端坐标系与机体基坐标系间的转换关系，获取所述作业工具的工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系；

位置坐标获取模块，用于获取所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标，以及所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标；

坐标系标定模块，用于根据所述第一靶球位上靶球的第一位置坐标、所述第二靶球位上靶球的第二位置坐标，以及所述工具坐标系与所述机体基坐标系间的转换关系，对所述作业工具的工具坐标系进行标定。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的机器人工具坐标系的标定方法。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-7中任一所述的机器人工具坐标系的标定方法。

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