WO2018090323A1 - 一种坐标系标定方法、系统及装置 - Google Patents

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WO2018090323A1
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target
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叶根
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深圳配天智能技术研究院有限公司
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1653—Programme controls characterised by the control loop parameters identification, estimation, stiffness, accuracy, error analysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

Definitions

  • the present application relates to the field of robot technology, and in particular, to a coordinate system calibration method, system and device.
  • robot technology is widely used in the industrial field.
  • the robot work there are two kinds of tools for robot operation, one is installed at the end of the robot; the other is fixedly mounted outside the robot.
  • the accuracy of the robot tool coordinate system directly affects the accuracy of the robot.
  • the method of calibrating the coordinate system to be measured is calibrated by a three-point method: respectively, by using a standard tool mounted on the robot flange, respectively touching the origin of the coordinate system to be measured, the X-axis
  • the positive direction and the point on the XY plane obtain the positions of the three sets of robot axes, and the position of the three sets of robot axes of the user calculates the coordinate system to be measured.
  • X-axis and Y-axis of the coordinates to be measured are clear.
  • the coordinate system to be measured does not have a clear X-axis or Y-axis (for example: grinding wheel).
  • Point method calibration of the coordinates to be measured can not touch a point on the X axis, and the coordinate system to be measured cannot be calculated.
  • the embodiment of the present application provides a coordinate system calibration method, system and device, which can effectively simplify the calibration process of the coordinate system to be tested.
  • the first aspect of the present application provides a coordinate system calibration method for calibrating a coordinate system to be tested by using a standard tool mounted on a robot flange, the method comprising:
  • the target calibration parameter of the coordinate system to be measured in the target coordinate system is calculated according to the first pose parameter and the second pose parameter.
  • the calculating the to-be-test according to the first pose parameter and the second pose parameter include:
  • the target homogeneous matrix parameters of the coordinate system to be measured are calculated according to the second coordinate parameter, the second matrix parameter, the target normal vector and the target angle, the target homogeneous matrix parameter is the target calibration parameter, and the target coordinate system is the world coordinate system.
  • the method further includes:
  • the target homogeneous matrix parameters are determined as follows:
  • the first axis of the coordinate system to be measured is the Z axis
  • the vector of the first axis of the coordinate system to be measured is Solutions have to:
  • the target normal vector is
  • the angle of the target is a
  • T is a direction parameter of the coordinate system to be measured obtained by rotating the world coordinate system around the target normal vector ⁇ by the target angle ⁇ ;
  • the target homogeneous matrix parameter is obtained.
  • the method further includes:
  • the method determines the target homogeneous matrix parameter by:
  • T f is the second matrix parameter of the flange coordinate system, and T is the direction parameter of the coordinate system to be measured obtained by rotating the flange coordinate system 180 degrees around the second axis of the flange coordinate system;
  • the target homogeneous matrix parameter is obtained.
  • any one of the first to third implementation manners of the first aspect of the present application is in the fourth implementation manner of the first aspect of the embodiment of the present application.
  • the method obtains a first coordinate parameter by calculating a first pose parameter by a kinematic positive solution algorithm, and obtains a first matrix parameter by calculating a second pose parameter by a kinematic positive solution algorithm.
  • a second aspect of the embodiments of the present application provides a coordinate system calibration system, including:
  • Control parameter output device pose parameter acquisition device, processor and memory
  • the processor is configured to perform the following steps:
  • the processor is further configured to perform the following steps:
  • Target homogeneous matrix parameter of the coordinate system to be tested according to the second coordinate parameter, the second matrix parameter, the target normal vector, and the target angle, wherein the target homogeneous matrix parameter is A target calibration parameter, the target coordinate system being the world coordinate system.
  • the processor is further configured to perform the following steps:
  • the target homogeneous matrix parameters are determined by:
  • the first axis of the coordinate system to be measured is a Z axis
  • the vector of the first axis of the coordinate system to be measured is taken as Solutions have to:
  • the target normal vector is
  • the target angle is a first angle
  • the T is a direction parameter of the coordinate system to be measured obtained by rotating the world coordinate system around the target normal vector ⁇ by the target angle ⁇ ;
  • the processor is further configured to perform the following steps:
  • the target homogeneous matrix parameter is determined by:
  • the T f is the second matrix parameter of the flange coordinate system, and the T is the measured value obtained by rotating the flange coordinate system 180 degrees around the second axis of the flange coordinate system Direction parameter of the coordinate system;
  • the target homogeneous matrix parameter is obtained Said Is the vector of the second coordinate parameter.
  • any one of the first to third implementation manners of the second aspect of the embodiment of the present application is in the fourth implementation manner of the second aspect of the embodiment of the present application.
  • the processor calculates a first pose parameter by a kinematic positive solution algorithm to obtain a first coordinate parameter, and calculates a second pose parameter by a kinematic positive solution algorithm to obtain a first matrix parameter.
  • the coordinate system to be tested is calibrated by using a standard tool installed on the robot flange, and the tool center point of the standard tool is used to touch the origin of the coordinate system to be tested, and the first pose parameter of the robot at this time is recorded.
  • the parameter and the second pose parameter calculate the target calibration parameter of the coordinate system to be measured in the target coordinate system, so the calibration of the coordinate system to be tested can be completed by the origin of the coordinate system to be measured and the direction of the first axis, which effectively simplifies the waiting.
  • the calibration process of the coordinate system is performed by using a standard tool installed on the robot flange, and the tool center point of the standard tool is used to touch the origin of the coordinate system to be tested, and the first pose parameter of the robot at this time is recorded.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a D-H model in an embodiment of the present application.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a coordinate system calibration method according to an embodiment of the present application
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an origin of a TCP touch standard coordinate system of a standard tool according to an embodiment of the present application
  • FIG. 4 is a schematic view of a coordinate system of a grinding wheel tool in an embodiment of the present application.
  • Figure 5 is a schematic view showing the Z coordinate of the flange coordinate system and the Z axis of the coordinate to be measured in the embodiment of the present application;
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the coordinate system to be measured and the origin of the world coordinate system in the embodiment of the present application;
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an embodiment of a coordinate system calibration system according to an embodiment of the present application.
  • the robot kinematics positive solution algorithm refers to the process of determining the pose of its end effector by giving the structural parameters of each member of the robot and the motion parameters of each joint.
  • the robot kinematics model widely used in the robot kinematics positive solution algorithm is the Denavi-Hartenberg (DH) model, which fixes the joint coordinate system to each link of the robot according to certain rules. Upper, each link and adjacent links are connected by a homogeneous transformation matrix.
  • a local reference coordinate system needs to be assigned to each joint of the robot, and for each joint, a Z-axis and an X-axis must be specified. among them,
  • the Z axis is specified, if the joint is rotated, the Z axis is in the direction of rotation according to the right hand rule; the joint variable is rotated around the Z axis; if the joint is sliding, the Z axis is in the direction of the linear motion; along the Z axis
  • the link length d is a joint variable.
  • the Z axis is usually a diagonal line, but there is always a short vertical line perpendicular to any two diagonal lines, which can define the local reference coordinate system in the direction of the male vertical line.
  • X axis is usually a diagonal line, but there is always a short vertical line perpendicular to any two diagonal lines, which can define the local reference coordinate system in the direction of the male vertical line.
  • the Z-axis of the two joints are parallel, there will be an infinite number of vertical lines, and one of the lines perpendicular to the common perpendicular of the previous joint can be selected as the X-axis to simplify the model; when the two joints intersect with the Z-axis When there is no male vertical line (or the distance of the vertical perpendicular line is zero), the straight line perpendicular to the plane formed by the two axes can be defined as the X axis (equivalent to selecting the cross product of the two Z axes). The direction as the X axis) also simplifies the model.
  • the joint n of the robot is connected to the joint n+1 through the link n, and the joint n+1 and the joint n+2 are connected by the link n+1.
  • the Z-axis subscript at joint n is n-1, that is, z n-1 .
  • the Z-axis of joint n+1 is z n
  • the Z-axis of joint n+2 is z n+1
  • the rotation angle around the Z axis that is, ⁇ n is the rotation angle of the z n-1 axis, ⁇ n+1 is the rotation angle of the z n axis, ⁇ n+2 is the rotation angle of the z n+1 axis;
  • the angle ⁇ represents two The angle between adjacent Z-axes, ie ⁇ n is the angle between the z n axis and the z′ n-1 axis, the z′ n-1 axis is parallel to the z n-1 axis, and ⁇ n+1
  • the angle between the z n+1 axis and the z′ n axis, the z′ n axis is parallel to the z n axis;
  • a represents the length of the male perpendicular, ie, a n represents
  • n T n+1 represents the homogeneous transformation matrix of the coordinate system transformation between the z n- axis coordinate system and the z n+1- axis coordinate system;
  • a n+1 represents the homogeneous transformation of the z n+1- axis coordinate system a matrix;
  • Rot(z, ⁇ n+1 ) is a rotation matrix rotated by ⁇ n+1 around the z n axis;
  • Tran(0,0, d n+1 ) is a distance of d n+1 along the z n axis
  • the displacement matrix; Tran(a n+1 , 0, 0) is the displacement matrix that moves the a n+1 distance along the x n+1 axis;
  • Rot(x, ⁇ n+1 ) is rotated around the z n+1 axis A rotation matrix of n+1 angles.
  • an embodiment of the coordinate system calibration method in the embodiment of the present application includes:
  • the user can install a standard tool of a known size on the flange of the end shaft of the robot.
  • TCP Tool Center Point
  • the flange coordinate system is the axis coordinate system of the end shaft of the robot.
  • the origin is located at the center of the flange surface.
  • the X and Y axes rotate with the end shaft of the robot.
  • the Z axis is perpendicular to the flange facing outward.
  • the robot coordinate system is a coordinate system inherent in the robot body, and is fixedly located on the foot of the robot, and is used as a reference for the world coordinate system, and can be used to describe the position of the robot.
  • the world coordinate system is also called an absolute coordinate system, and is a Cartesian coordinate system with reference to the earth constant, and is an origin coordinate system of the robot coordinate system and the coordinate system to be measured. World coordinate system position is not random The position of the person changes.
  • the world coordinate system can generally be customized by the user, and the user can specify a transformation matrix between the world coordinate system and the robot coordinates. Or in the default configuration, the world coordinate system can be located at the foot of the robot, coincident with the robot coordinate system.
  • the user can control the robot through the teach pendant, drive the standard tool to the coordinate system to be tested, and touch the TCP of the standard tool to the origin of the coordinate system to be tested. Origin coordinates.
  • the user can select the point touched by the TCP of the standard tool as the origin.
  • the user can also determine the origin coordinates by taking the average of the multiple touch sampling analysis, which is not limited herein.
  • the user can preferentially select the radial direction of the grinding wheel in the horizontal direction as the Z-axis direction of the coordinate system to be measured, and select and The radial vertical tangential direction in the horizontal direction is the X-axis, and the axial direction of the grinding wheel is selected as the Y-axis direction, and the coordinate system o 1 -xyz composed of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis follows the right-hand rule.
  • the origin position of the coordinate system to be measured o 1 -xyz can be as shown in FIG.
  • the user can also manually touch the standard tool or the manual data input, and touch the TCP of the standard tool to the origin of the coordinate system to be tested, which is not limited herein.
  • the robot can record the pose parameter of each joint when the robot touches the TCP of the standard tool to the origin of the coordinate system to be measured.
  • the pose parameter can be the rotation angle of each joint and the displacement distance.
  • the robot can record the position and posture parameters of each joint by controlling the computer.
  • the coordinates of the origin of the coordinate system to be measured in the robot coordinate system can be calculated by the kinematics positive solution algorithm, and the robot coordinates are known.
  • the transformation matrix between the system and the world coordinate system you can get its coordinates in the world coordinate system, and can be set
  • the ⁇ angle between the Z axes of the joint coordinate systems of the robot can be obtained by actual measurement, and the value can be fixed and known. Understandably, in practical applications, The value of the angle ⁇ between the Z-axis of each joint coordinate system of the robot may generally be 0 or 90 or -90. And in practical applications, the length of the link between the joints of the robot may be the distance of the perpendicular lines of the adjacent two Z-axes, and the length of the link between the joints may be fixedly known.
  • the moving robot flange makes the first axis direction of the flange coordinate system parallel to the first axis direction of the coordinate system to be tested;
  • the user can move the robot flange through the teach pendant so that the Z-axis direction of the flange coordinate system of the robot is parallel to the Z-axis direction of the coordinate system to be measured.
  • the Z-axis direction of the coordinate system to be tested can generally default to the center point of the workpiece or tool to be tested and perpendicular to the fixed surface of the workpiece or tool to be tested, as shown in FIG. z f and Z axes of the coordinate system to be tested in parallel
  • the coordinate system may be measured wheel tool coordinate system shown in FIG. 4, which is the Z axis direction through the center point O of the grinding wheel, and may be perpendicular to FIG. 5 The fixed surface shown in .
  • the user can also move the above-mentioned robot flange by manually moving standard tools or manual data input, which is not limited herein.
  • the robot can record the pose parameter of each joint when the Z axis of the flange coordinate system is parallel to the Z axis of the coordinate system to be measured.
  • the kinematics positive solution algorithm can be used to calculate the rotation matrix of the flange coordinate system in the robot coordinate system, and the method can be obtained.
  • the rotation matrix of the blue coordinate system in the world coordinate system and can be set
  • the Z-axis direction of the coordinate system to be measured is opposite to the Z-axis direction of the flange coordinate system, and the vector of the Z-axis of the coordinate system to be measured can be obtained as
  • the robot can calculate and process the first pose parameter and the second pose parameter to obtain the coordinate system to be measured in the world coordinate system. Homogeneous matrix in . Understandably, in practical applications, the robot can perform calculations by controlling the computer.
  • the method of the coordinate system may be to select the coordinate system closest to the direction of the world coordinate system as the direction of the coordinate system to be measured, that is, the coordinate system to be measured coincides with the origin of the world coordinate system to solve the coordinate system direction, as shown in FIG. 6, the steps may be as follows:
  • the normal vector ⁇ which is composed of the Z coordinate of the world coordinate system and the Z axis of the coordinate system to be measured can be obtained:
  • the homogeneous matrix of the coordinate system to be measured can be obtained as follows:
  • the user can control the movement of the robot flange through the teach pendant, so that the positive direction of the X-axis of the flange coordinate system and the X-axis of the coordinate system to be measured
  • the positive direction is parallel.
  • the coordinate system to be measured shown in FIG. 5 can be calculated as:
  • the homogeneous matrix of the coordinate system to be measured is:
  • the X-axis of the coordinate system to be measured in the above formula is known to be in the same direction as the X-axis of the flange coordinate system, and the coordinate system to be measured follows the right-hand rule, so the flange coordinate system can be rotated 180 degrees around the X-axis. Get the direction of the coordinate system to be measured.
  • the user can mark the test to be tested by using a standard tool installed on the robot flange.
  • Coordinate system the tool center point of the standard tool touches the origin of the coordinate system to be tested, and can record the first pose parameter of the robot at this time; the user can move the robot flange to make the flange coordinate system of the robot flange
  • the first axis direction is parallel to the first axis direction of the coordinate system to be measured, and the second pose parameter of the robot can be recorded; the first pose parameter and the second pose parameter can be used to calculate the coordinate system to be measured at the target
  • the target calibration parameter in the coordinate system so the calibration of the coordinate system to be measured can be completed by the origin of the coordinate system to be measured and the direction of the first axis, which can effectively simplify the calibration process of the coordinate system to be tested.
  • the present application in order to perform the coordinate system calibration method in the embodiment of the present application, provides a coordinate system calibration system.
  • the coordinate system calibration system of the present application may include: a processor 701, a memory 702, The parameter output device 703 and the pose parameter obtaining device 704 are controlled.
  • the coordinate system calibration system described above may also include one or more power sources 705.
  • the processor 701 is configured to perform the following steps by controlling the parameter output device 703 and the pose parameter obtaining device 704:
  • the target calibration parameter of the coordinate system to be measured in the target coordinate system is calculated according to the first pose parameter and the second pose parameter.
  • the processor 701 is further configured to perform the following steps:
  • the target homogeneous matrix parameters of the coordinate system to be measured are calculated according to the second coordinate parameter, the second matrix parameter, the target normal vector and the target angle, the target homogeneous matrix parameter is the target calibration parameter, and the target coordinate system is the world coordinate system.
  • the processor 701 is further configured to perform the following steps:
  • the target homogeneous matrix parameters are determined as follows:
  • the first axis of the coordinate system to be measured is the Z axis
  • the vector of the first axis of the coordinate system to be measured is Solutions have to:
  • the target normal vector is
  • the angle of the target is a
  • T is a direction parameter of the coordinate system to be measured obtained by rotating the world coordinate system around the target normal vector ⁇ by the target angle ⁇ ;
  • the target homogeneous matrix parameter is obtained.
  • the processor 701 is further configured to perform the following steps:
  • the target homogeneous matrix parameters are determined as follows:
  • T f is the second matrix parameter of the flange coordinate system, and T is the direction parameter of the coordinate system to be measured obtained by rotating the flange coordinate system 180 degrees around the second axis of the flange coordinate system;
  • the target homogeneous matrix parameter is obtained.
  • the processor 701 is further configured to perform the following steps:
  • the first coordinate parameter is obtained by calculating the first pose parameter by the kinematics positive solution algorithm, and the first pose parameter is obtained by calculating the second pose parameter by the kinematics positive solution algorithm.
  • the user can calibrate the coordinate system to be tested by using a standard tool installed on the robot flange.
  • the processor 701 can touch the coordinate system of the tool to be tested using the tool center point of the standard tool.
  • the origin, through the pose parameter obtaining means 704, the processor 701 can record the first pose parameter of the robot at this time; by controlling the parameter output means 703, the processor 701 can move the robot flange so that the flange coordinate system of the robot flange
  • the first axis direction is parallel to the first axis direction of the coordinate system to be measured.
  • the processor 701 can record the second pose parameter of the robot at this time;
  • the two pose parameters the processor 701 can calculate the target calibration parameter of the coordinate system to be measured in the target coordinate system, so the calibration of the coordinate system to be tested can be completed by the origin of the coordinate system to be measured and the first axis direction, which can be effective. Simplify the calibration process of the coordinate system to be tested.
  • the disclosed system, apparatus, and method may be implemented in other manners.
  • the device embodiments described above are merely illustrative.
  • the division of the unit is only a logical function division.
  • there may be another division manner for example, multiple units or components may be combined or Can be integrated into another system, or some features can be ignored or not executed.
  • the mutual coupling or direct coupling or communication connection shown or discussed may be an indirect coupling or communication connection through some interface, device or unit, and may be in an electrical, mechanical or other form.
  • the units described as separate components may or may not be physically separated, and the components displayed as units may or may not be physical units, that is, may be located in one place, or may be distributed to multiple network units. Some or all of the units may be selected according to actual needs to achieve the purpose of the solution of the embodiment.
  • each functional unit in each embodiment of the present application may be integrated into one processing unit, or each unit may exist physically separately, or two or more units may be integrated into one unit. in.
  • the above integrated unit can be implemented in the form of hardware or in the form of a software functional unit.
  • the integrated unit if implemented in the form of a software functional unit and sold or used as a standalone product, may be stored in a computer readable storage medium.
  • a computer readable storage medium A number of instructions are included to cause a computer device (which may be a personal computer, server, or network device, etc.) to perform all or part of the steps of the methods described in various embodiments of the present application.
  • the foregoing storage medium includes: a U disk, a mobile hard disk, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic disk, or an optical disk, and the like, which can store program codes. .

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Abstract

一种坐标系标定方法、系统和装置，用于简化待测坐标系的标定流程。该方法包括：使用标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点（202）；记录工具中心点触碰原点时机器人的第一位姿参数（203）；移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行（204）；记录法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行时机器人的第二位姿参数（205）；根据第一位姿参数以及第二位姿参数计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数（206）。

Description

一种坐标系标定方法、系统及装置 技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种坐标系标定方法、系统及装置。
背景技术
当前机器人技术在工业领域得到广泛应用，在机器人作业工作中，机器人作业的工具安装有两种，一种是安装在机器人的末端；另一种是固定安装在机器人外部。机器人工具坐标系的准确度直接影响了机器人的作业精度。
现有技术中，对于安装在机器人外部的工具，标定待测坐标系的方法是通过三点法标定：通过安装在机器人法兰上的标准工具，分别触碰待测坐标系的原点，X轴正方向一点以及XY平面上一点，得到三组机器人轴的位置，使用者三组机器人轴的位置计算出待测坐标系。
但是采用三点法标定需要待测坐标的原点、X轴和Y轴都很明确，在实际应用中，待测坐标系并没有明确的X轴或Y轴(例如：砂轮)，此时使用三点法标定待测坐标则不能触碰到X轴上的一点，无法计算出待测坐标系。
发明内容
本申请实施例提供了一种坐标系标定方法、系统及装置，能够有效简化待测坐标系的标定流程。
有鉴于此，本申请第一方面提供一种坐标系标定方法，所述方法利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测坐标系，所述方法包括：
使用标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点；
记录工具中心点触碰原点时机器人的第一位姿参数；
移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行；
记录法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行时机器人的第二位姿参数；
根据第一位姿参数以及第二位姿参数计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
结合本申请实施例的第一方面，在本申请实施例的第一方面的第一种实现方式中，所述根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数包括：
根据第一位姿参数计算待测坐标系的原点在机器人坐标系中的第一坐标参数；
通过转换公式将第一坐标参数转换为在世界坐标系中的第二坐标参数，转换公式用于机器人坐标系与世界坐标系之间的参数转换；
根据第二位姿参数计算法兰坐标系在机器人坐标系中的第一矩阵参数；
通过转换公式将第一矩阵参数转换为在世界坐标系中的第二矩阵参数；
根据第二矩阵参数计算待测坐标系的第一轴的向量；
根据待测坐标系的第一轴的向量计算待测坐标系的第一轴与世界坐标系的第一轴组成的平面的目标法向量；
根据待测坐标系的第一轴的向量计算待测坐标系的第一轴与世界坐标系的第一轴的目标夹角；
根据第二坐标参数、第二矩阵参数、目标法向量与目标夹角计算待测坐标系的目标齐次矩阵参数，目标齐次矩阵参数为目标标定参数，目标坐标系为世界坐标系。
结合本申请实施例的第一方面的第一种实现方式，在本申请实施例的第一方面的第二种实现方式中，所述方法还包括：
通过如下方式确定目标齐次矩阵参数：
取第二坐标参数的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000001
第二矩阵参数为
Figure PCTCN2016106403-appb-000002
待测坐标系的第一轴为Z轴，取待测坐标系的第一轴的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000003
解得：
目标法向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000004
目标夹角为
Figure PCTCN2016106403-appb-000005
Figure PCTCN2016106403-appb-000006
T为将世界坐标系绕目标法向量ω旋转目标夹角θ得到的待测坐标系的方向参数；
即，得到目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000007
结合本申请实施例的第一方面的第二种实现方式，在本申请实施例的第一方面的第三种实现方式中，所述方法还包括：
若取法兰坐标系的第二轴方向与待测坐标系的第二轴方向平行，则方法通过如下方式确定目标齐次矩阵参数：
Figure PCTCN2016106403-appb-000008
Tf为法兰坐标系的第二矩阵参数，T为将法兰坐标系绕法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的待测坐标系的方向参数；
即，得到目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000009
Figure PCTCN2016106403-appb-000010
为第二坐标参数的向量。
结合本申请实施例的第一方面，本申请实施例的第一方面的第一种至第三种实现方式中的任意一种，在本申请实施例的第一方面的第四种实现方式中，所述方法通过运动学正解算法计算第一位姿参数得到第一坐标参数，以及通过运动学正解算法计算第二位姿参数得到第一矩阵参数。
本申请实施例第二方面提供了一种坐标系标定系统，包括：
控制参数输出装置、位姿参数获取装置、处理器和存储器；
利用在机器人法兰上安装的标准工具，通过所述控制参数输出装置以及所述位姿参数获取装置，所述处理器用于执行以下步骤：
使用所述标准工具的工具中心点触碰所述待测坐标系的原点；
记录所述工具中心点触碰所述原点时所述机器人的第一位姿参数；
移动所述机器人法兰，使得所述机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行；
记录所述法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行时所述机器人的第二位姿参数；
根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
结合本申请实施例的第二方面，在本申请实施例的第二方面的第一种实现 方式中，所述处理器还用于执行以下步骤：
根据所述第一位姿参数计算所述待测坐标系的原点在所述机器人坐标系中的第一坐标参数；
通过转换公式将所述第一坐标参数转换为在所述世界坐标系中的第二坐标参数，所述转换公式用于所述机器人坐标系与所述世界坐标系之间的参数转换；
根据所述第二位姿参数计算所述法兰坐标系在所述机器人坐标系中的第一矩阵参数；
通过所述转换公式将所述第一矩阵参数转换为在所述世界坐标系中的第二矩阵参数；
根据所述第二矩阵参数计算所述待测坐标系的第一轴的向量；
根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴组成的平面的目标法向量；
根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴的目标夹角；
根据所述第二坐标参数、所述第二矩阵参数、所述目标法向量与所述目标夹角计算所述待测坐标系的目标齐次矩阵参数，所述目标齐次矩阵参数为所述目标标定参数，所述目标坐标系为所述世界坐标系。
结合本申请实施例的第二方面的第一种实现方式，在本申请实施例的第二方面的第二种实现方式中，所述处理器还用于执行以下步骤：
通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
取所述第二坐标参数的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000011
所述第二矩阵参数为
Figure PCTCN2016106403-appb-000012
所述待测坐标系的第一轴为Z轴，取所述待测坐标系的第一轴的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000013
解得：
所述目标法向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000014
所述目标夹角为
Figure PCTCN2016106403-appb-000015
Figure PCTCN2016106403-appb-000016
所述T为将所述世界坐标系绕所述目标法向量ω旋转所述目标夹角θ得到的所述待测坐标系的方向参数；
即，得到所述目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000017
结合本申请实施例的第二方面的第二种实现方式，在本申请实施例的第二方面的第三种实现方式中，所述处理器还用于执行以下步骤：
若取所述法兰坐标系的第二轴方向与所述待测坐标系的第二轴方向平行，则通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
Figure PCTCN2016106403-appb-000018
所述Tf为所述法兰坐标系的所述第二矩阵参数，所述T为将所述法兰坐标系绕所述法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的所述待测坐标系的方向参数；
即，得到所述目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000019
所述
Figure PCTCN2016106403-appb-000020
为所述第二坐标参数的向量。
结合本申请实施例的第二方面，本申请实施例的第二方面的第一种至第三种实现方式中的任意一种，在本申请实施例的第二方面的第四种实现方式中，所述处理器通过运动学正解算法计算第一位姿参数得到第一坐标参数，以及通过运动学正解算法计算第二位姿参数得到第一矩阵参数。
从以上技术方案可以看出，本申请实施里具有以下优点：
本申请实施例中，利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测坐标系，使用该标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点，并记录此时机器人的第一位姿参数；移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行，并记录此时机器人的第二位姿参数；通过上述第一位姿参数以及第二位姿参数计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数，所以通过待测坐标系的原点及第一轴方向即可完成该待测坐标系的标定，有效简化了待测坐标系的标定流程。
附图说明
图1为本申请实施例中D-H模型的示意图；
图2为本申请实施例中坐标系标定方法一个实施例示意图；
图3为本申请实施例中标准工具的TCP触碰待测坐标系的原点示意图；
图4为本申请实施例中砂轮工具坐标系的示意图；
图5为本申请实施例中法兰坐标系Z轴与待测坐标Z轴平行示意图；
图6为本申请实施例中待测坐标系与世界坐标系原点重合示意图；
图7为本申请实施例中坐标系标定系统一个实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”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，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。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。
机器人运动学正解算法是指给定机器人各杆件的结构参数和各关节的运动参数，求解出其末端执行器的位姿的过程。目前，在机器人运动学正解算法中广泛运用的机器人运动学模型是德纳维-哈滕伯格(Denavit-Hartenberg，D-H)模型，它是按照一定的规则把关节坐标系固定在机器人的每个连杆上，每个连杆和相邻连杆通过齐次变换矩阵联系起来。
为了使用D-H模型对机器人建模，需要为机器人每一个关节指定一个本地的参考坐标系，并且对于每个关节，都必须指定一个Z轴和X轴。其中， 在指定Z轴时，如果关节是旋转的，Z轴位于按照右手法则旋转的方向；绕Z轴的旋转角时关节变量；如果关节是滑动的，Z轴为沿直线运动的方向；沿Z轴的连杆长度d是关节变量。当两关节不平行或相交时，Z轴通常是斜线，但总有一条距离最短的公垂线，它正交于任意两条斜线，可以在公垂线方向上定义本地参考坐标系的X轴。需要说明的是，当两关节Z轴平行时，会有无数条公垂线，可以挑选与前一关节的公垂线共线的一条作为X轴，用以简化模型；当两关节Z轴相交时，它们之间不存在公垂线(或者说公垂线距离为零)，此时可以将垂直于两条轴线构成的平面的直线定义为X轴(相当于选取两条Z轴的叉积方向作为X轴)，亦可以简化模型。
在图1所示的D-H模型中，机器人的关节n与关节n+1通过连杆n连接，关节n+1和关节n+2通过连杆n+1连接。其中，关节n处的Z轴下标为n-1，即zn-1，同理，关节n+1的Z轴为zn，关节n+2的Z轴为zn+1；θ表示绕Z轴的旋转角，即θn为zn-1轴的旋转角，θn+1为zn轴的旋转角，θn+2为zn+1轴的旋转角；角α表示两个相邻的Z轴之间的角度，即αn为zn轴与z′n-1轴之间的夹角，z′n-1轴与zn-1轴平行，并且αn+1为zn+1轴与z′n轴之间的夹角，z′n轴与zn轴平行；a表示公垂线的长度，即an表示zn-1轴与zn轴之间公垂线的长度，an+1表示zn轴与zn+1轴之间公垂线的长度；d表示在Z轴上两条相邻的公垂线之间的距离，即dn+1表示在zn轴上相邻的xn轴与xn+1轴方向的公垂线之间的距离。并且图1中坐标系o-xyz为参考坐标系，其可以为世界坐标系。
基于D-H模型，在图1中，zn+1轴相对于zn轴上的参考坐标系的相对坐标系可通过如下公式表示：
Figure PCTCN2016106403-appb-000021
Figure PCTCN2016106403-appb-000022
上式中，nTn+1代表zn轴坐标系与zn+1轴坐标系之间坐标系转换的齐次变换矩阵；An+1代表zn+1轴坐标系的齐次变换矩阵；Rot(z,θn+1)为绕zn轴旋转θn+1角的旋转矩阵；Tran(0,0,dn+1)为沿zn轴方向移动dn+1距离的位移矩阵；Tran(an+1,0,0)为沿xn+1轴方向移动an+1距离的位移矩阵；Rot(x,αn+1)为绕zn+1轴旋转αn+1角的旋转矩阵。并且上式中，Cθn+1代表Cosθn+1，Sθn+1代表Sinθn+1。
本申请实施例中，待测坐标系的标定可以基于上述D-H模型，也可以基于除D-H模型以外的数学模型进行计算，具体此处不做限定。本申请具体实施例请参阅图2，本申请实施例中坐标系标定方法一个实施例包括：
201、在机器人法兰上安装标准工具；
本实施例中，用户可以在机器人末端轴的法兰上安装一个已知尺寸的标准工具，需要说明的是，如果该机器人的法兰坐标系的原点与法兰面的中心点重合，则默认的工具中心点(Tool Center Point，TCP)即在该法兰坐标系的原点处。法兰坐标系是机器人末端轴的轴坐标系，其原点位于法兰面的中心，X轴、Y轴随着机器人的末端轴转动而转动，Z轴垂直于法兰面向外。可以理解的是，在实际应用中，依据于已知长度尺寸A的标准工具，只需将该默认的TCP沿法兰坐标系的Z轴正方向移动A距离即可得到该标准工具的TCP在法兰坐标系中的坐标(0，0，A)。
需要说明的是，以六自由度机器人为例，其法兰坐标系在机器人坐标系的齐次转换矩阵可以为RTf＝A1A2A3A4A5A6，其具体计算方式可以参照上述齐次变换矩阵An+1，此处不做详细列出。可以理解的是，机器人坐标系是机器人本体上固有的坐标系，固定位于机器人的足部，以世界坐标系为参照基准，可以用来说明机器人的位置。
需要说明的是，世界坐标系也称为绝对坐标系，是参照大地不变的笛卡尔坐标系，是机器人坐标系和待测坐标系的原点坐标系。世界坐标系位置不随机 器人位置的变化而变化。在实际应用中，世界坐标系一般可以由用户自定义，用户可以指定世界坐标系与机器人坐标之间的转换矩阵。或者在默认配置中，世界坐标系可以位于机器人的足部，与机器人坐标系重合。
202、使用标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点；
本实施例中，如图3所示，用户可以通过示教器操控机器人，将该标准工具驶向待测坐标系，并可以将该标准工具的TCP触碰该待测坐标系的原点，选取原点坐标。用户可以选取该标准工具的TCP所触碰到的点即为原点。用户也可以通过多次触碰采样分析取平均值确定原点坐标，具体此处不做限定。
需要说明的是，当待测坐标系为打磨用的砂轮的工具坐标系时，如图4所示，用户可以优先选择砂轮水平方向的径向为待测坐标系的Z轴方向，选择与该水平方向的径向垂直的切线方向为X轴，选择该砂轮的轴向为Y轴方向，该X轴、Y轴和Z轴所组成的待测坐标系o1-xyz遵循右手法则。其中，该待测坐标系o1-xyz的原点位置可以如图4中所示，存在a、b、c三种情况，a位于砂轮厚度的中心点，b和c则分别位于与砂轮两侧面相交处，可以理解的是，用户还可以选取砂轮在b中o1的位置至在c中o1的位置中间的任意一点作为原点，具体此处不做限定。
需要说明的是，在实际应用中，用户还可以通过手工移动标准工具或人工数据输入，将该标准工具的TCP触碰待测坐标系的原点，具体此处不做限定。
203、记录机器人的第一位姿参数；
本实施例中，通过在机器人各关节安装的编码器或旋转变压器，机器人可以记录到机器人将标准工具的TCP触碰待测坐标系的原点时各关节的位姿参数。该位姿参数可以是各关节的旋转角度以及位移距离。可以理解的是，机器人可以通过控制电脑记录各关节位姿参数。
需要说明的是，依据于上述法兰坐标系与机器人坐标系的齐次变换矩阵，通过运动学正解算法可以计算得到该待测坐标系的原点在机器人坐标系中的坐标，并已知机器人坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，即可得到其在世界坐标系中的坐标，并可设为
Figure PCTCN2016106403-appb-000023
需要说明的是，在实际应用中，机器人各关节坐标系的Z轴之间的α角可以由实际测量得出，其值可以是固定可知的。可以理解的是，在实际应用中， 机器人各关节坐标系Z轴之间的α角的值一般可以是0或90或-90。并且在实际应用中，机器人各关节之间的连杆长度可以为相邻两Z轴的公垂线的距离，各关节之间的连杆长度可以是固定已知的。
204、移动机器人法兰使得法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行；
本实施例中，用户可以通过示教器移动机器人法兰，使得机器人的法兰坐标系的Z轴方向与待测坐标系的Z轴方向平行。需要说明的是，该待测坐标系的Z轴方向一般可以默认为过待测工件或工具的中心点且垂直于该待测工件或工具的固定面，如图5所示，将法兰坐标系的zf轴与待测坐标系的Z轴平行，该待测坐标系可以是图4所示的砂轮的工具坐标系，其Z轴方向过砂轮的中心点O，并且可以垂直于图5中所示的固定面。
需要说明的是，在实际应用中，用户还可以通过手工移动标准工具或人工数据输入移动上述机器人法兰，具体此处不做限定。
205、记录机器人的第二位姿参数；
本实施例中，通过在机器人各关节安装的编码器或旋转变压器，机器人可以记录到机器人在法兰坐标系的Z轴与待测坐标系的Z轴平行时各关节的位姿参数。
需要说明的是，依据于上述法兰坐标系与机器人坐标系的齐次变换矩阵，通过运动学正解算法可以计算此时法兰坐标系在机器人坐标系中的旋转矩阵，即可得到此时法兰坐标系在世界坐标系中的旋转矩阵，并可设为
Figure PCTCN2016106403-appb-000024
本实施例中，如图5所示，待测坐标系的Z轴方向与法兰坐标系的Z轴方向反向，可以得到该待测坐标系的Z轴的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000025
206、根据第一位姿参数以及第二位姿参数确定待测坐标系。
本实施例中，依据于上述机器人记录到的第一位姿参数以及第二位姿参数，机器人可以计算并处理该第一位姿参数以及第二位姿参数得到待测坐标系在世界坐标系中的齐次矩阵。可以理解的是，在实际应用中，机器人可以通过控制电脑进行计算工作。
需要说明的是，在待测坐标系不存在确切的X轴、Y轴时，其计算待测 坐标系的方法可以是选取离世界坐标系方向最近的坐标系作为待测坐标系方向，即假设待测坐标系与世界坐标系的原点重合求解坐标系方向，如图6所示，其步骤可以如下：
首先可以求得由世界坐标系Z轴和待测坐标系Z轴组成平面的法向量ω：
Figure PCTCN2016106403-appb-000026
然后可以求得实际坐标系Z轴和待测坐标系Z轴之间的夹角θ：
Figure PCTCN2016106403-appb-000027
然后可以将世界坐标系绕向量ω旋转角度θ即可得到待测坐标系的方向，根据罗德里格旋转公式可以得到：
Figure PCTCN2016106403-appb-000028
最后，由于上述得到的待测坐标系在世界坐标系中的坐标
Figure PCTCN2016106403-appb-000029
可以得到待测坐标系的齐次矩阵为：
Figure PCTCN2016106403-appb-000030
需要说明的是，在待测坐标系存在确切的X轴、Y轴时，用户可以通过示教器控制机器人法兰移动，使得法兰坐标系的X轴正方向与待测坐标系的X轴正方向平行。例如图5所示的待测坐标系，其计算方式可以是：
Figure PCTCN2016106403-appb-000031
可得待测坐标系的齐次矩阵为：
Figure PCTCN2016106403-appb-000032
可以理解的是，上式中待测坐标系的X轴已知与法兰坐标系的X轴同向，且待测坐标系遵循右手法则，故可以将法兰坐标系绕X轴旋转180度得到待测坐标系的方向。
本申请实施例中，用户可以利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测 坐标系，使用该标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点，并可以记录此时机器人的第一位姿参数；用户可以移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行，并可以记录此时机器人的第二位姿参数；通过上述第一位姿参数以及第二位姿参数可以计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数，所以通过待测坐标系的原点及第一轴方向即可完成该待测坐标系的标定，能够有效简化待测坐标系的标定流程。
本申请实施例中，为了执行本申请实施例中的坐标系标定方法，本申请提供一种坐标系标定系统，请参阅图7，本申请坐标系标定系统可包括：处理器701、存储器702、控制参数输出装置703以及位姿参数获取装置704。
上述坐标系标定系统还可以包括一个或多个电源705。
通过控制参数输出装置703以及位姿参数获取装置704，处理器701用于执行以下步骤：
使用标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点；
记录工具中心点触碰原点时机器人的第一位姿参数；
移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行；
记录法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行时机器人的第二位姿参数；
根据第一位姿参数以及第二位姿参数计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
在本申请的一些实施例中，处理器701还用于执行以下步骤：
根据第一位姿参数计算待测坐标系的原点在机器人坐标系中的第一坐标参数；
通过转换公式将第一坐标参数转换为在世界坐标系中的第二坐标参数，转换公式用于机器人坐标系与世界坐标系之间的参数转换；
根据第二位姿参数计算法兰坐标系在机器人坐标系中的第一矩阵参数；
通过转换公式将第一矩阵参数转换为在世界坐标系中的第二矩阵参数；
根据第二矩阵参数计算待测坐标系的第一轴的向量；
根据待测坐标系的第一轴的向量计算待测坐标系的第一轴与世界坐标系 的第一轴组成的平面的目标法向量；
根据待测坐标系的第一轴的向量计算待测坐标系的第一轴与世界坐标系的第一轴的目标夹角；
根据第二坐标参数、第二矩阵参数、目标法向量与目标夹角计算待测坐标系的目标齐次矩阵参数，目标齐次矩阵参数为目标标定参数，目标坐标系为世界坐标系。
在本申请的一些实施例中，处理器701还用于执行以下步骤：
通过如下方式确定目标齐次矩阵参数：
取第二坐标参数的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000033
第二矩阵参数为
Figure PCTCN2016106403-appb-000034
待测坐标系的第一轴为Z轴，取待测坐标系的第一轴的向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000035
解得：
目标法向量为
Figure PCTCN2016106403-appb-000036
目标夹角为
Figure PCTCN2016106403-appb-000037
Figure PCTCN2016106403-appb-000038
T为将世界坐标系绕目标法向量ω旋转目标夹角θ得到的待测坐标系的方向参数；
即，得到目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000039
在本申请的一些实施例中，处理器701还用于执行以下步骤：
若取法兰坐标系的第二轴方向与待测坐标系的第二轴方向平行，则通过如下方式确定目标齐次矩阵参数：
Figure PCTCN2016106403-appb-000040
Tf为法兰坐标系的第二矩阵参数，T为将法兰坐标系绕法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的待测坐标系的方向参数；
即，得到目标齐次矩阵参数
Figure PCTCN2016106403-appb-000041
Figure PCTCN2016106403-appb-000042
为第二坐标参数的向量。
在本申请的一些实施例中，处理器701还用于执行以下步骤：
通过运动学正解算法计算第一位姿参数得到第一坐标参数，以及通过运动学正解算法计算第二位姿参数得到第一矩阵参数。
本申请实施例中，用户可以利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测坐标系，通过控制参数输出装置703，处理器701可以使用该标准工具的工具中心点触碰待测坐标系的原点，通过位姿参数获取装置704，处理器701可以记录此时机器人的第一位姿参数；通过控制参数输出装置703，处理器701可以移动机器人法兰，使得机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与待测坐标系的第一轴方向平行，通过位姿参数获取装置704，处理器701并可以记录此时机器人的第二位姿参数；通过上述第一位姿参数以及第二位姿参数，处理器701可以计算待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数，所以通过待测坐标系的原点及第一轴方向即可完成该待测坐标系的标定，能够有效简化待测坐标系的标定流程。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，仅仅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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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网络单元上。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，在本申请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，本申请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(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请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、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书的各个部分均采用递进的方式进行描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点介绍的都是与其他实施例不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请的保护范围。

Claims (15)

  1. 一种坐标系标定方法，其特征在于，利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测坐标系，所述方法包括：
    使用所述标准工具的工具中心点触碰所述待测坐标系的原点；
    记录所述工具中心点触碰所述原点时所述机器人的第一位姿参数；
    移动所述机器人法兰，使得所述机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行；
    记录所述法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行时所述机器人的第二位姿参数；
    根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
  2. 根据权利要求1所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数包括：
    根据所述第一位姿参数计算所述待测坐标系的原点在所述机器人坐标系中的第一坐标参数；
    通过转换公式将所述第一坐标参数转换为在所述世界坐标系中的第二坐标参数，所述转换公式用于所述机器人坐标系与所述世界坐标系之间的参数转换；
    根据所述第二位姿参数计算所述法兰坐标系在所述机器人坐标系中的第一矩阵参数；
    通过所述转换公式将所述第一矩阵参数转换为在所述世界坐标系中的第二矩阵参数；
    根据所述第二矩阵参数计算所述待测坐标系的第一轴的向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴组成的平面的目标法向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴的目标夹角；
    根据所述第二坐标参数、所述第二矩阵参数、所述目标法向量与所述目标 夹角计算所述待测坐标系的目标齐次矩阵参数，所述目标齐次矩阵参数为所述目标标定参数，所述目标坐标系为所述世界坐标系。
  3. 根据权利要求2所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述方法还包括：
    所述方法通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    取所述第二坐标参数的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100001
    所述第二矩阵参数为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100002
    所述待测坐标系的第一轴为Z轴，取所述待测坐标系的第一轴的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100003
    解得：
    所述目标法向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100004
    所述目标夹角为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100005
    Figure PCTCN2016106403-appb-100006
    所述T为将所述世界坐标系绕所述目标法向量ω旋转所述目标夹角θ得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100007
  4. 根据权利要求3所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述方法还包括：
    若取所述法兰坐标系的第二轴方向与所述待测坐标系的第二轴方向平行，则所述方法通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    Figure PCTCN2016106403-appb-100008
    所述Tf为所述法兰坐标系的所述第二矩阵参数，所述T为将所述法兰坐标系绕所述法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100009
    所述
    Figure PCTCN2016106403-appb-100010
    为所述第二坐标参数的向量。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述方法通过运动学正解算法计算所述第一位姿参数得到所述第一坐标参数，以及通过所述运动学正解算法计算所述第二位姿参数得到所述第一矩阵参数。
  6. 一种坐标系标定系统，其特征在于，利用在机器人法兰上安装的标准工具标定待测坐标系，所述坐标系标定系统包括：
    控制参数输出装置、位姿参数获取装置、处理器和存储器；
    通过所述控制参数输出装置以及所述位姿参数获取装置，所述处理器用于执行以下步骤：
    使用所述标准工具的工具中心点触碰所述待测坐标系的原点；
    记录所述工具中心点触碰所述原点时所述机器人的第一位姿参数；
    移动所述机器人法兰，使得所述机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行；
    记录所述法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行时所述机器人的第二位姿参数；
    根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
  7. 根据权利要求6所述的坐标系标定系统，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    根据所述第一位姿参数计算所述待测坐标系的原点在所述机器人坐标系中的第一坐标参数；
    通过转换公式将所述第一坐标参数转换为在所述世界坐标系中的第二坐标参数，所述转换公式用于所述机器人坐标系与所述世界坐标系之间的参数转换；
    根据所述第二位姿参数计算所述法兰坐标系在所述机器人坐标系中的第一矩阵参数；
    通过所述转换公式将所述第一矩阵参数转换为在所述世界坐标系中的第二矩阵参数；
    根据所述第二矩阵参数计算所述待测坐标系的第一轴的向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所 述世界坐标系的第一轴组成的平面的目标法向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴的目标夹角；
    根据所述第二坐标参数、所述第二矩阵参数、所述目标法向量与所述目标夹角计算所述待测坐标系的目标齐次矩阵参数，所述目标齐次矩阵参数为所述目标标定参数，所述目标坐标系为所述世界坐标系。
  8. 根据权利要求7所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    取所述第二坐标参数的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100011
    所述第二矩阵参数为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100012
    所述待测坐标系的第一轴为Z轴，取所述待测坐标系的第一轴的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100013
    解得：
    所述目标法向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100014
    所述目标夹角为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100015
    Figure PCTCN2016106403-appb-100016
    所述T为将所述世界坐标系绕所述目标法向量ω旋转所述目标夹角θ得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100017
  9. 根据权利要求8所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    若取所述法兰坐标系的第二轴方向与所述待测坐标系的第二轴方向平行，则通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    Figure PCTCN2016106403-appb-100018
    所述Tf为所述法兰坐标系的所述第二矩阵参数，所述T为将所述法兰坐 标系绕所述法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100019
    所述
    Figure PCTCN2016106403-appb-100020
    为所述第二坐标参数的向量。
  10. 根据权利要求6至9中任一项所述的坐标系标定方法，其特征在于，所述处理器通过运动学正解算法计算所述第一位姿参数得到所述第一坐标参数，以及通过所述运动学正解算法计算所述第二位姿参数得到所述第一矩阵参数。
  11. 一种坐标系标定装置，其特征在于，包括处理器和存储器，控制参数输出装置以及位姿参数获取装置；
    通过所述控制参数输出装置以及所述位姿参数获取装置，所述处理器用于执行以下步骤：
    使用标准工具的工具中心点触碰所述待测坐标系的原点；
    记录所述工具中心点触碰所述原点时所述机器人的第一位姿参数；
    移动所述机器人法兰，使得所述机器人法兰的法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行；
    记录所述法兰坐标系的第一轴方向与所述待测坐标系的第一轴方向平行时所述机器人的第二位姿参数；
    根据所述第一位姿参数以及所述第二位姿参数计算所述待测坐标系在目标坐标系中的目标标定参数。
  12. 根据权利要求11所述的坐标系标定装置，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    根据所述第一位姿参数计算所述待测坐标系的原点在所述机器人坐标系中的第一坐标参数；
    通过转换公式将所述第一坐标参数转换为在所述世界坐标系中的第二坐标参数，所述转换公式用于所述机器人坐标系与所述世界坐标系之间的参数转换；
    根据所述第二位姿参数计算所述法兰坐标系在所述机器人坐标系中的第一矩阵参数；
    通过所述转换公式将所述第一矩阵参数转换为在所述世界坐标系中的第二矩阵参数；
    根据所述第二矩阵参数计算所述待测坐标系的第一轴的向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴组成的平面的目标法向量；
    根据所述待测坐标系的第一轴的向量计算所述待测坐标系的第一轴与所述世界坐标系的第一轴的目标夹角；
    根据所述第二坐标参数、所述第二矩阵参数、所述目标法向量与所述目标夹角计算所述待测坐标系的目标齐次矩阵参数，所述目标齐次矩阵参数为所述目标标定参数，所述目标坐标系为所述世界坐标系。
  13. 根据权利要求12所述的坐标系标定装置，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    取所述第二坐标参数的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100021
    所述第二矩阵参数为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100022
    所述待测坐标系的第一轴为Z轴，取所述待测坐标系的第一轴的向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100023
    解得：
    所述目标法向量为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100024
    所述目标夹角为
    Figure PCTCN2016106403-appb-100025
    Figure PCTCN2016106403-appb-100026
    所述T为将所述世界坐标系绕所述目标法向量ω旋转所述目标夹角θ得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100027
  14. 根据权利要求13所述的坐标系标定装置，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    若取所述法兰坐标系的第二轴方向与所述待测坐标系的第二轴方向平行， 则通过如下方式确定所述目标齐次矩阵参数：
    Figure PCTCN2016106403-appb-100028
    所述Tf为所述法兰坐标系的所述第二矩阵参数，所述T为将所述法兰坐标系绕所述法兰坐标系的第二轴旋转180度得到的所述待测坐标系的方向参数；
    即，得到所述目标齐次矩阵参数
    Figure PCTCN2016106403-appb-100029
    所述
    Figure PCTCN2016106403-appb-100030
    为所述第二坐标参数的向量。
  15. 根据权利要求11至14中任一项所述的坐标系标定装置，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：
    通过运动学正解算法计算所述第一位姿参数得到所述第一坐标参数，以及通过所述运动学正解算法计算所述第二位姿参数得到所述第一矩阵参数。
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