CN116021528B - 一种机器人转台装置校正方法 - Google Patents

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CN116021528B CN202310322858.9A CN202310322858A CN116021528B CN 116021528 B CN116021528 B CN 116021528B CN 202310322858 A CN202310322858 A CN 202310322858A CN 116021528 B CN116021528 B CN 116021528B
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杨欣雨
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Abstract

本发明涉及机器人控制技术领域，公开了一种机器人转台装置校正方法，机器人转台装置包括：机器人和小转台，小转台可水平转动，小转台上设有拉线传感器，拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，方法包括如下步骤：获取拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；基于拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；基于第一标定矩阵计算小转台在机器人坐标系中的第一空间姿态，依据第一空间姿态对小转台进行姿态校正。通过以较低的硬件成本（一个拉线传感器）实现机器人与转台相对位置的自动测量，检测精度高，检测速度快，降低现场调试人员的工作难度，缩短现场施工安装的调试时间。

Description

一种机器人转台装置校正方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种机器人转台装置校正方法。
背景技术
机器人搭载转台进行作业已经比较常见，利用转台装置完成工件上下料，配合机器人实现某些特定工序，如喷涂等等。转台系统成本低、占地面积小、投入少见效快、布局比较灵活，深受中小企业客户青睐。目前，机器人与转台的现场安装调试比较复杂，单就转台而言存在一个问题即与机械结构相关的参数需要设置。因为机械零部件加工普遍存在一定误差，参数按照设计值参与机器人与转台的控制系统运算则会导致实际作业效果与预期存在偏差。目前现场调试时工作人员主要通过卷尺等测量工具对设备的实际参数进行测量，这样的做法存在一些缺陷：（1）人工测量精度难以保证；（2）对操作人员要求较高，人工工资、差旅费等成本较高；（3）某些参数如转台倾斜角度本身比较微小，人工测量难度较大甚至不可行。
以大小转台为例，在机械零部件加工过程中即在其表面打上一定记号作为转台对齐的标志是一种做法，但这样对机加工精度有要求，相当于提高了制造成本。类似机器人本体与大转台的相对角度通常需要人工目视来判断，如判断机器人本体的坐标轴方向与大小转台转动角度是否对齐，如果人工目视稍微出现少许偏差即会引起机器人与转台上工件的相对位置与预计的理想状态存在偏差，从而影响机器人作业效果。上述问题也有用视觉扫描的方式解决工件相对位置存在偏差的问题，但视觉系统的引入成本增加较大，不利于实际推广。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种机器人转台装置校正方法，通过以较低的硬件成本（一个拉线传感器）实现机器人与转台相对位置的自动测量，检测精度高，检测速度快，降低现场调试人员的工作难度，缩短现场施工安装的调试时间，极大地降低了成本。
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机器人转台装置校正方法，机器人转台装置包括：机器人和小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，包括如下步骤：
获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；
基于所述拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立所述小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；
基于所述第一标定矩阵计算所述小转台在所述机器人坐标系中的第一空间姿态，依据所述第一空间姿态对所述小转台进行姿态校正。
进一步地，所述获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息，包括：
控制所述机器人末端移动，获取所述机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点与所述拉线传感器出线端的距离值；
依据所述机器人各关节角度计算机器人坐标系中所述三个末端轨迹点的坐标信息；
依据所述三个末端轨迹点与所述拉线传感器出线端的距离值及三个末端轨迹点的坐标信息，计算所述拉线传感器出线端在所述机器人坐标系中的初始坐标信息。
进一步地，所述机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点两控制所述小转台由初始位置两之间的连线构成等边三角形。
进一步地，所述构建小转台坐标系并建立所述小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵，包括：
控制所述小转台由初始位置连续转动多个第一预设角度，得到所述拉线传感器出线端在所述小转台转动过程中三个出线端轨迹点在所述机器人坐标系下的坐标信息；
依据三个所述出线端轨迹点，构建小转台坐标系；
建立所述小转台坐标系与所述机器人坐标系的第一标定矩阵，所述第一标定矩阵包括：第一旋转矩阵和第一位移矩阵。
进一步地，所述依据三个所述出线端轨迹点构建小转台坐标系，包括：
以所述小转台圆心为坐标原点、以第一个所述出线端轨迹点和第三个所述出线端轨迹点连线为X轴方向、以所述小转台圆心和第二个所述出线端轨迹点为Y轴方向，建立所述小转台坐标系。
进一步地，所述基于所述第一标定矩阵计算所述小转台在所述机器人坐标系中的第一空间姿态，包括：
依据所述第一旋转矩阵得到所述小转台在所述机器人坐标系下的第一零位偏转角；
所述第一旋转矩阵
Figure SMS_1
为：
Figure SMS_2
；
其中，
Figure SMS_4
、/>
Figure SMS_8
和/>
Figure SMS_10
分别对应小转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
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和/>
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分别对应小转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
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和/>
Figure SMS_7
分别对应小转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；
依据所述第一旋转矩阵与欧拉角的转换计算，所述第一零位偏转角
Figure SMS_12
的计算公式为：
Figure SMS_13
。
进一步地，所述机器人转台装置还包括：大转台和横梁，所述机器人设置于所述大转台顶部，所述横梁与所述大转台固定连接且随所述大转台同步水平转动，所述小转台设置于所述横梁的一端；
所述获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息之后，还包括：
基于在大转台连续旋转多个第二预设角度时的小转台三个圆心轨迹点，构建大转台坐标系，建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵；
基于所述第二标定矩阵计算所述大转台在所述机器人坐标系中的第二空间姿态，依据所述第二空间姿态对所述大转台进行姿态校正。
进一步地，所述构建大转台坐标系并建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，包括：
控制所述小转台连续转动多个所述第一预设角度，得到三个所述出线端轨迹点，计算所述小转台圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息；
控制所述大转台由初始位置连续转动多个第二预设角度，得到所述大转台转动过程中的小转台三个圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息；
依据小转台三个圆心轨迹点在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系；
建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，所述第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
进一步地，所述依据三个小转台圆心轨迹点在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系，包括：
依据所述大转台处于不同角度下的小转台三个圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息，计算所述大转台圆心在所述机器人坐标系中的坐标信息；
获取所述大转台处于不同角度下的小转台三个圆心轨迹点所在平面的法向量；
获取所述大转台处于所述初始位置时的所述小转台的圆心与所述大转台的圆心所在直线在所述机器人坐标系中的方向向量，该方向向量的指向为所述大转台的圆心指向所述小转台的圆心；
以所述大转台圆心为坐标原点、以所述法向量为Z轴、以所述方向向量为X轴，构建大转台坐标系，建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，所述第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
进一步地，所述基于所述第二标定矩阵计算所述大转台在所述机器人坐标系中的第二空间姿态，包括：
依据所述第二旋转矩阵得到所述大转台在所述机器人坐标系下的第二零位偏转角；
所述第二旋转矩阵
Figure SMS_14
为：
Figure SMS_15
；
其中，
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、/>
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和/>
Figure SMS_22
分别对应大转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
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和/>
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分别对应大转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
Figure SMS_16
和/>
Figure SMS_19
分别对应大转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量。
依据所述第二旋转矩阵与欧拉角的转换计算，所述第二零位偏转角
Figure SMS_25
的计算公式为：/>
Figure SMS_26
；
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种机器人转台装置的校正系统，机器人转台装置包括：机器人和小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，校正系统包括：
位置信息获取模块，其用于获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；
标定矩阵建立模块，其用于基于所述拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立所述小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；
姿态校正模块，其用于基于所述第一标定矩阵计算所述小转台在所述机器人坐标系中的第一空间姿态，依据所述第一空间姿态对所述小转台进行姿态校正。
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一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述机器人转台装置校正方法。
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转台装置校正方法。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、可自动检测因机械零部件制造、装配过程引起的机械结构参数的误差，以及大小转台的零位校准及大小转台所在平面的倾斜角度，无需人工测量或目视；
2、硬件成本较低：增加硬件较少（仅增加一个拉线编码器），充分利用了如机器人自身、大小转台伺服等现有零部件；
3、精度较高，测量过程无人工干预，自动测量，充分利用了如机器人自身、大小转台伺服等现有零部件已有的信息，未使用人工测量数据，精度有保障；
4、提高调试效率：降低现场调试人员的工作难度，大幅缩短现场施工安装的调试时间，降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的机器人转台装置示意图；
图2是本发明实施例提供的机器人转台装置校正方法流程图；
图3是本发明实施例提供的机器人末端移动示意图；
图4是本发明实施例提供的小转台转动示意图；
图5是本发明实施例提供的大转台转动示意图；
图6是本发明实施例提供的机器人转台装置的校正系统模块框图。
附图标记：
1、位置信息获取模块，2、标定矩阵建立模块，3、姿态校正模块。
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。
请参照图1和图2，本发明实施例的第一方面提供了一种机器人转台装置校正方法，机器人转台装置包括：机器人、小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，如图2所示，校正方法包括如下步骤：
步骤S100，获取拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息。
步骤S200，基于拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵。
步骤S300，基于第一标定矩阵计算小转台在机器人坐标系中的第一空间姿态，依据第一空间姿态对小转台进行姿态校正。
机器人转台装置工作，大转台实现上下料，小转台实现工件旋转。小转台的转盘上安装一个拉线传感器，假设拉线传感器出线口位于点P，其与小转台旋转中心轴线距离为r。拉线拉出后连接在机器人末端即空间中点A。假设机器人坐标系为{B}，如图4所示，机器人坐标系的X、Y和Z轴的方向向量分别为XB、YB和ZB。
此外，图1中机器人末端与拉线传感器连接的拉线为可伸缩测量拉线。
具体的，请参照图3，步骤S100中，获取拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息，包括：
步骤S110，控制机器人末端移动，获取机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点与拉线传感器出线端的距离值。
步骤S120，依据机器人各关节角度计算机器人坐标系中三个末端轨迹点的坐标信息。
步骤S130，依据三个末端轨迹点与拉线传感器出线端的距离值及三个末端轨迹点的坐标信息，计算拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息。
当机器人末端在空间中移动至不共线的三个点A1、A2、A3时，拉线传感器测量得到三个点距离点P的距离依次为
Figure SMS_27
、/>
Figure SMS_28
、/>
Figure SMS_29
。同时，根据机器人各关节角度通过正运动学计算可以得到机器人坐标系{B}下A1、A2、A3三个点的坐标值，假设依次为
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，/>
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，/>
Figure SMS_32
。设P点在机器人坐标系{B}下的坐标为/>
Figure SMS_33
。根据几何关系，可以得到以下三个等式：
Figure SMS_34
(1)
Figure SMS_35
(2)
Figure SMS_36
(3)
联立以上三个等式，可计算出P点坐标值
Figure SMS_37
。一般会出现两组解，取处于下方的那一组解即可。
更进一步地，机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点两两之间的连线构成等边三角形。为简化计算，可以使A1、A2、A3位于水平面上的等边三角形的三个顶点。
在本发明实施例的一个实施方式中，请参照图4，步骤S200中的构建小转台坐标系并建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵，包括：
步骤S211，控制小转台由初始位置连续转动多个第一预设角度，得到拉线传感器出线端转动过程中三个出线端轨迹点在机器人坐标系下的坐标信息。
步骤S212，依据三个出线端轨迹点，构建小转台坐标系.
步骤S213，建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵，第一标定矩阵包括：第一旋转矩阵和第一位移矩阵。
当小转台位于不同角度时，点P 位置及其在机器人坐标系{B}下的坐标值
Figure SMS_38
显然会有变化。假设小转台位于0°、-90°、-180°时，小转台上拉线传感器出线口位置分别为P1、P2、P3，根据上述方法计算得到的机器人坐标系{B}下三个点对应的坐标值依次为/>
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、/>
Figure SMS_40
、/>
Figure SMS_41
。
更进一步地，步骤S212，依据三个出线端轨迹点构建小转台坐标系，具体包括：
步骤S212a，以小转台圆心为坐标原点、以第一个出线端轨迹点和第三个出线端轨迹点连线为X轴方向、以小转台圆心和第二个出线端轨迹点为Y轴方向，建立小转台坐标系。
根据P1、P2、P3三个点在小转台上的相对位置，以小转台圆心所在位置Ro为坐标系原点，P1与P3所在直线为X轴方向，Ro与P2所在直线为Y轴方向，建立小转台坐标系{R}，则{R}的原点Ro在{B}中表达为
Figure SMS_42
，X轴方向向量在{B}中表达为
Figure SMS_43
，Y轴方向向量在{B}中表达为/>
Figure SMS_44
，Z轴方向向量在{B}中表达为/>
Figure SMS_45
。其中，假设小转台位于0°、-90°、-180°时，小转台上拉线传感器出线口位置分别为P1、P2、P3，根据上述方法计算得到的机器人坐标系{B}下三个点对应的坐标值依次为/>
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、/>
Figure SMS_47
、/>
Figure SMS_48
。
因此，小转台坐标系{R}相对机器人坐标系{B}的旋转矩阵即所述第一旋转矩阵为：
Figure SMS_49
；
小转台坐标系{R}相对机器人坐标系{B}的位移矩阵即所述第一位移矩阵为：
Figure SMS_50
；
因此，小转台坐标系{R}相对机器人坐标系{B}的标定矩阵即所述第一标定矩阵为：
Figure SMS_51
。
图4中的XB、YB、ZB分别表示机器人坐标系中的X坐标轴、Y坐标轴及Z坐标轴。
进一步地，步骤S300中的基于第一标定矩阵计算小转台在机器人坐标系中的第一空间姿态，包括：
步骤S310，依据第一旋转矩阵得到小转台在机器人坐标系下的第一零位偏转角；
将机器人坐标系绕自身Z轴旋转
Figure SMS_52
角度，再绕自身Y轴旋转/>
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角度，最后绕自身X轴旋转/>
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角度，可以得到小转台坐标系。其中/>
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、/>
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、/>
Figure SMS_57
为机器人坐标系到小转台坐标系旋转的欧拉角，由欧拉角对应计算出的旋转矩阵值与所述第一旋转矩阵相等。
令第一旋转矩阵
Figure SMS_58
为：
Figure SMS_59
；
其中，
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、/>
Figure SMS_65
和/>
Figure SMS_67
分别对应小转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
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分别对应小转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
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、/>
Figure SMS_60
和/>
Figure SMS_64
分别对应小转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量。
依据所述第一旋转矩阵与欧拉角的转换计算，可得欧拉角的计算值：
Figure SMS_69
；
Figure SMS_70
；
Figure SMS_71
；
在整个系统中，定义小转台坐标系X轴与机器人坐标系X、Z轴所在平面XOZ的夹角为小转台的零位偏转角，即所述第一零位偏转角，其角度值等于欧拉角中机器人坐标系绕Z轴旋转角度
Figure SMS_72
，因此第一零位偏转角/>
Figure SMS_73
的计算公式为：
Figure SMS_74
；
理想情况下，默认机器人示教轨迹是在小转台坐标系相对机器人坐标系无偏转角度的条件下建立起来的。在小转台存在偏转角度的情况下复现示教轨迹，会使得机器人工作时的姿态受到一定影响，可能出现运行轨迹不顺畅甚至存在奇异点、超速等异常情况。
为了尽量减少机器人工作姿态受到小转台偏转角度的影响，应该校正小转台的零点位置。具体地，在小转台位于0°时，将小转台绕Z轴旋转-
Figure SMS_75
，也就是旋转所述第一零位偏转角/>
Figure SMS_76
的相反数，此时小转台坐标系X轴与机器人坐标系X、Z轴所在平面XOZ保持平行，设定此时小转台的位置为校正后的零度位置，从而完成小转台的零位偏转的校正过程。
此时，小转台坐标系由{R}校正为{R’}。校正后小转台坐标系{R’}在机器人坐标系{B}中的第一标定矩阵应为：
Figure SMS_77
；
其中，
Figure SMS_78
。
其中，在小转台位于0°时，将小转台绕Z轴旋转-
Figure SMS_79
，也就是旋转所述第一零位偏转角/>
Figure SMS_80
的相反数。
上述小转台的零位偏转的校正过程只解决了小转台坐标系绕Z轴旋转角度的问题，小转台仍然可能与机器人坐标系存在绕X轴或Y轴的偏转角度，即小转台可能存在水平倾斜角度，这是由机械加工装配误差等因素引起，其影响很难通过机械的方式消除。
机器人示教轨迹是在小转台坐标系相对机器人坐标系无偏转角度的条件下建立起来的，可以认为示教轨迹相对工件是固定的，由于工件固定在小转台上，因此也可以认为示教轨迹相对小转台是固定的。当小转台存在水平倾斜角度时，需要通过所述第一标定矩阵调整示教轨迹的位置与姿态信息，再通过机器人的运动学求逆等一系列运算得到新的机器人的关节指令，进而驱动机器人运动。
具体的，对于示教轨迹上任意一点
Figure SMS_81
，在完成零位偏转校正后的小转台坐标系{R’}下的空间位姿矩阵为/>
Figure SMS_82
，左乘第一标定矩阵/>
Figure SMS_83
，即可得到轨迹点/>
Figure SMS_84
在机器人坐标系{B}中的空间位姿矩阵：
Figure SMS_85
；
空间位姿矩阵
Figure SMS_86
是机器人的运动学求逆计算的重要输入数据。
在本发明实施例的另一个实施方式中，请参照图5，机器人转台装置还包括：大转台和横梁，机器人设置于大转台顶部，横梁与大转台固定连接且随大转台同步水平转动，小转台设置于横梁的一端。步骤S100中的获取小转台圆心位置坐标后，还包括：
步骤S400，基于在大转台连续旋转多个第二预设角度时的三个小转台圆心位置，构建大转台坐标系，建立大转台坐标系与机器人坐标系的第二标定矩阵。
步骤S500，基于第二标定矩阵计算大转台在机器人坐标系中的第二空间姿态，依据第二空间姿态分别对大转台进行姿态校正。
具体的，步骤S400中的构建大转台坐标系并建立大转台坐标系与机器人坐标系的第二标定矩阵，包括：
步骤S410，控制小转台连续转动多个第一预设角度，得到三个出线端轨迹点，计算小转台圆心在机器人坐标系中的坐标信息。
步骤S420，控制大转台由初始位置连续转动多个第二预设角度，重复前述计算小转台圆心坐标信息的步骤，得到的三个小转台圆心点在机器人坐标系中的坐标信息。
步骤S430，依据三个小转台圆心在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系。
步骤S440，建立大转台坐标系与机器人坐标系的第二标定矩阵，第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
如图5所示，转动大转台带动小转台，小转台随大转台公转而不围绕小转台轴向自转，大转台带动小转台圆心点达到
Figure SMS_101
、/>
Figure SMS_91
、/>
Figure SMS_97
位置，（假设/>
Figure SMS_90
对应大转台处于零度位置），采用前述类似方法，可以测量得到三个点在机器人坐标系{B}下的坐标依次为
Figure SMS_93
，/>
Figure SMS_99
=/>
Figure SMS_102
、/>
Figure SMS_88
=/>
Figure SMS_95
。显然，/>
Figure SMS_87
、/>
Figure SMS_96
、/>
Figure SMS_92
三个点在同一个圆上，该圆的半径为大转台与小转台圆心之间的距离。根据/>
Figure SMS_94
、/>
Figure SMS_100
、/>
Figure SMS_103
坐标值，容易计算出三个点所在圆（即大转台所在的圆）的圆心Po在机器人坐标系{B}下的坐标
Figure SMS_89
，以及三点所在平面的法向量/>
Figure SMS_98
（法向量存在两种方向，选取与机器人坐标系{B}的Z轴比较接近的法向量作为n）。/>
因此当大转台角度为零位置时，小转台圆心坐标值为
Figure SMS_104
，大转台圆心Po与此时的小转台圆心/>
Figure SMS_105
两个点决定的向量Po/>
Figure SMS_106
在机器人坐标系{B}下的方向可表述为
Figure SMS_107
。
以大转台圆心Po为坐标原点，
Figure SMS_108
所在方向为X轴，法向量/>
Figure SMS_109
作为Z轴建立大转台坐标系{D}。因此，大转台坐标系{D}的Y轴方向向量在机器人坐标系{B}下可表述为
Figure SMS_110
。
因此，同样可得到大转台坐标系{D}在机器人坐标系{B}中的第二旋转矩阵为：
Figure SMS_111
；
第二位移矩阵
Figure SMS_112
为/>
Figure SMS_113
：
Figure SMS_114
；
因此，大转台坐标系{D}在机器人坐标系{B}中的第二标定矩阵为：
Figure SMS_115
；
更进一步地，步骤S430中，依据三个小转台圆心在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系，包括：
步骤S431，依据大转台处于不同角度下的小转台圆心在机器人坐标系中的坐标信息，计算大转台圆心在机器人坐标系中的坐标信息。
步骤S432，获取大转台处于不同角度下的三个小转台的圆心所在平面的法向量。
步骤S433，获取大转台处于初始位置时的小转台的圆心与大转台的圆心所在直线为机器人坐标系中的方向向量，该向量的指向为大转台的圆心指向小转台的圆心。
步骤S424，以大转台圆心为坐标原点、以法向量为Z轴、以方向向量为X轴，构建大转台坐标系，建立大转台坐标系与机器人坐标系的第二标定矩阵，第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
进一步地，步骤S500中的基于第二标定矩阵计算大转台在机器人坐标系中的第二空间姿态，包括：
步骤S510，依据第二旋转矩阵得到大转台在机器人坐标系下的第二零位偏转角；
将机器人坐标系绕自身Z轴旋转
Figure SMS_116
角度，再绕自身Y轴旋转/>
Figure SMS_117
角度，最后绕自身X轴旋转/>
Figure SMS_118
角度，则可以得到大转台坐标系。其中/>
Figure SMS_119
、/>
Figure SMS_120
、/>
Figure SMS_121
为机器人坐标系到大转台坐标系旋转的欧拉角，由欧拉角对应计算出的旋转矩阵值与所述第二选转矩阵相等。
令第二旋转矩阵
Figure SMS_122
为：
Figure SMS_123
；
其中，
Figure SMS_125
、/>
Figure SMS_129
和/>
Figure SMS_131
分别对应大转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure SMS_126
、/>
Figure SMS_127
和/>
Figure SMS_130
分别对应大转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure SMS_132
、/>
Figure SMS_124
和/>
Figure SMS_128
分别对应大转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量。
依据所述第二旋转矩阵与欧拉角的转换计算，可得欧拉角的计算值：
Figure SMS_133
；
Figure SMS_134
；
Figure SMS_135
；
在整个系统中，定义大转台坐标系X轴与机器人坐标系X、Z轴所在平面XOZ的夹角为大转台零位偏转角，即第二零位偏转角
Figure SMS_136
。其角度值等于欧拉角中机器人坐标系绕Z轴旋转角度/>
Figure SMS_137
，因此第二零位偏转角/>
Figure SMS_138
的计算公式为：
Figure SMS_139
；
具体的，通过测量计算得到当前位置第二零位偏转角后，驱动大转台机械结构反向旋转该角度值，即可使大转台坐标系X轴与机器人坐标系X、Z轴所在平面XOZ保持平行，设定此时大转台位置为对应的零点位置，完成大转台零位偏转的校正。
第二位移矩阵
Figure SMS_140
代表的是大转台坐标系{D}的原点在机器人坐标系{B}中的坐标值，同时代表了大转台转动轴心的位置，可用于明确机器人仿真模块中大转台的安装位置。
第一旋转矩阵
Figure SMS_141
1的代表的是小转台坐标系{R}相对机器人坐标系{B}的倾斜角度，由于机器人安装时一般尽量使得机器人底座处于水平状态，因此第一旋转矩阵/>
Figure SMS_142
1代表了小转台在水平面上的倾斜角度。由于倾斜角度一般都比较微小，因此通过人工测量难度比较大。第一位移矩阵/>
Figure SMS_143
代表的是小转台坐标系的原点与机器人坐标系的原点之间的相对位置。由于所述机器人安装在所述大转台顶部，机器人坐标系的原点与大转台转动的轴线比较接近，因此，第一位移矩阵/>
Figure SMS_144
也在很大程度上代表了小转台坐标系的原点与大转台转动的轴线之间的相对位置关系，也就是小转台的轴心与大转台的轴心之间的距离，对应的物理含义就是大转台与小转台之间的连接臂的长度。
第一旋转矩阵
Figure SMS_145
与第一位移矩阵/>
Figure SMS_146
依据小转台半径、拉线传感器长度测量结果、小转台的角度测量结果、机器人末端位置坐标等数据计算得到。上述数据中，小转台半径可以由激光切割机一体打孔得到，比较确定；长度测量结果取自拉线传感器，小转台的角度来自为转台提供动力的伺服电机，数据本身精度已经足够高；机器人末端位置信息根据机器人当前各关节角度及机器人DH参数计算得到，精度足够高。整个过程无人工干预，没有引入人工测量误差，整体精度有保证。通过上述数据计算得到的机械参数也具有较高的精度，将其代入机器人控制系统中参与运动学求逆等过程，可以使得机器人控制系统考虑到机械结构参数细微的差别，因此可以得到更精准的运动轨迹、更好的作业效果。
相应地，请参照图6，本发明实施例的第二方面提供了一种机器人转台装置的校正系统，机器人转台装置包括：机器人和小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，校正系统包括：
位置信息获取模块1，其用于获取拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；
标定矩阵建立模块2，其用于基于拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；
姿态校正模块3，其用于基于第一标定矩阵计算小转台在机器人坐标系中的第一空间姿态，依据第一空间姿态对小转台进行姿态校正。
上述机器人转台装置的校正系统还可进一步细分为若干个单元及子单元，以实现上述校正方法的步骤，在此不再赘述。
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，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述机器人转台装置校正方法。
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转台装置校正方法。
本发明实施例旨在保护一种机器人转台装置校正方法，机器人转台装置包括：机器人、小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，包括如下步骤：获取拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；基于拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；基于第一标定矩阵计算小转台在机器人坐标系中的第一空间姿态，依据第一空间姿态对小转台进行姿态校正。上述技术方案具备如下效果：
1、可自动检测因机械零部件制造、装配过程引起的机械结构参数的误差，以及大小转台的零位校准及大小转台所在平面的倾斜角度，无需人工测量或目视；
2、硬件成本较低：增加硬件较少（仅增加一个拉线编码器），充分利用了如机器人自身、大小转台伺服等现有零部件；
3、精度较高，测量过程无人工干预，自动测量，充分利用了如机器人自身、大小转台伺服等现有零部件已有的信息，未使用人工测量数据，精度有保障；
4、提高调试效率：降低现场调试人员的工作难度，大幅缩短现场施工安装的调试时间，降低成本。
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内。

Claims (9)

1.一种机器人转台装置校正方法，其特征在于，机器人转台装置包括：机器人和小转台，所述小转台可水平转动，所述小转台上设有拉线传感器，所述拉线传感器的拉线与机器人末端固定连接，所述方法包括如下步骤：
获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息；
基于所述拉线传感器的初始坐标信息，构建小转台坐标系，建立所述小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵；
基于所述第一标定矩阵计算所述小转台在所述机器人坐标系中的第一空间姿态，依据所述第一空间姿态对所述小转台进行姿态校正；
所述机器人转台装置还包括：大转台和横梁，所述机器人设置于所述大转台顶部，所述横梁与所述大转台固定连接且随所述大转台同步水平转动，所述小转台设置于所述横梁的一端；
所述获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息之后，还包括：
基于在大转台连续旋转多个第二预设角度时的小转台三个圆心轨迹点，构建大转台坐标系，建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵；
基于所述第二标定矩阵计算所述大转台在所述机器人坐标系中的第二空间姿态，依据所述第二空间姿态对所述大转台进行姿态校正。
2.根据权利要求1所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述获取所述拉线传感器出线端在机器人坐标系中的初始坐标信息，包括：
控制所述机器人末端移动，获取所述机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点与所述拉线传感器出线端的距离值；
依据所述机器人各关节角度计算机器人坐标系中所述三个末端轨迹点的坐标信息；
依据所述三个末端轨迹点与所述拉线传感器出线端的距离值及三个末端轨迹点的坐标信息，计算所述拉线传感器出线端在所述机器人坐标系中的初始坐标信息。
3.根据权利要求2所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述机器人末端移动时不共线的三个末端轨迹点两两之间的连线构成等边三角形。
4.根据权利要求1所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述构建小转台坐标系，建立所述小转台坐标系与机器人坐标系的第一标定矩阵，包括：
控制所述小转台由初始位置连续转动多个第一预设角度，得到所述拉线传感器出线端转动过程中三个出线端轨迹点在所述机器人坐标系下的坐标信息；
依据所述三个出线端轨迹点，构建小转台坐标系；
建立所述小转台坐标系与所述机器人坐标系的第一标定矩阵，所述第一标定矩阵包括：第一旋转矩阵和第一位移矩阵。
5.根据权利要求4所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述依据所述三个出线端轨迹点，构建小转台坐标系，包括：
以所述小转台的圆心为坐标原点、以第一个所述出线端轨迹点和第三个所述出线端轨迹点连线为X轴方向、以所述小转台圆心和第二个所述出线端轨迹点连线为Y轴方向，建立所述小转台坐标系。
6.根据权利要求5所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述基于所述第一标定矩阵计算所述小转台在所述机器人坐标系中的第一空间姿态，包括：
依据所述第一旋转矩阵得到所述小转台在所述机器人坐标系下的第一零位偏转角；
所述第一旋转矩阵
Figure QLYQS_1
为：
Figure QLYQS_2
；
其中，
Figure QLYQS_4
、/>
Figure QLYQS_6
和/>
Figure QLYQS_9
分别对应小转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure QLYQS_3
、/>
Figure QLYQS_8
和/>
Figure QLYQS_10
分别对应小转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure QLYQS_11
、/>
Figure QLYQS_5
和/>
Figure QLYQS_7
分别对应小转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；
依据所述第一旋转矩阵与欧拉角的转换计算，所述第一零位偏转角
Figure QLYQS_12
的计算公式为：
Figure QLYQS_13
。
7.根据权利要求1所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述构建大转台坐标系，建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，包括：
控制所述小转台连续转动多个第一预设角度，得到三个出线端轨迹点，计算所述小转台圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息；
控制所述大转台由初始位置连续转动多个所述第二预设角度，得到所述大转台转动过程中的小转台三个圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息；
依据小转台三个圆心轨迹点在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系；
建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，所述第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
8.根据权利要求7所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述依据小转台三个圆心轨迹点在机器人坐标系中的坐标信息，构建大转台坐标系，包括：
依据所述大转台处于不同角度下的小转台三个圆心轨迹点在所述机器人坐标系中的坐标信息，计算所述大转台圆心在所述机器人坐标系中的坐标信息；
获取所述大转台处于不同角度下的小转台三个圆心轨迹点所在平面的法向量；
获取所述大转台处于所述初始位置时的所述小转台的圆心与所述大转台的圆心所在直线在所述机器人坐标系中的方向向量，该方向向量的指向为所述大转台的圆心指向所述小转台的圆心；
以所述大转台圆心为坐标原点、以所述法向量为Z轴、以所述方向向量为X轴，构建大转台坐标系，建立所述大转台坐标系与所述机器人坐标系的第二标定矩阵，所述第二标定矩阵包括：第二旋转矩阵和第二位移矩阵。
9.根据权利要求8所述的机器人转台装置校正方法，其特征在于，所述基于所述第二标定矩阵计算所述大转台在所述机器人坐标系中的第二空间姿态，包括：
依据所述第二旋转矩阵得到所述大转台在所述机器人坐标系下的第二零位偏转角；
所述第二旋转矩阵
Figure QLYQS_14
为：
Figure QLYQS_15
；/>
其中，
Figure QLYQS_17
、/>
Figure QLYQS_21
和/>
Figure QLYQS_23
分别对应大转台坐标系X轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure QLYQS_18
、/>
Figure QLYQS_20
和/>
Figure QLYQS_22
分别对应大转台坐标系Y轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；/>
Figure QLYQS_24
、/>
Figure QLYQS_16
和/>
Figure QLYQS_19
分别对应大转台坐标系Z轴方向的单位矢量在机器人坐标系下X轴、Y轴和Z轴方向上的分量；
依据所述第二旋转矩阵与欧拉角的转换计算，所述第二零位偏转角
Figure QLYQS_25
的计算公式为：
Figure QLYQS_26
。/>
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