WO2019019432A1 - 机器人末端工具的位姿测量方法 - Google Patents

机器人末端工具的位姿测量方法 Download PDF

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WO2019019432A1
WO2019019432A1 PCT/CN2017/106889 CN2017106889W WO2019019432A1 WO 2019019432 A1 WO2019019432 A1 WO 2019019432A1 CN 2017106889 W CN2017106889 W CN 2017106889W WO 2019019432 A1 WO2019019432 A1 WO 2019019432A1
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WO
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coordinate system
axis
end tool
unit vector
positive direction
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赖勇斐
聂炎
李军旗
刘庆
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深圳市圆梦精密技术研究院
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    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
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    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40611—Camera to monitor endpoint, end effector position

Definitions

  • the present application belongs to the field of industrial robot technology, and more particularly to a pose measurement method for a robot end tool.
  • the processing precision of industrial robots is getting higher and higher.
  • the accuracy of the posture calibration at the center point of the tool directly affects the machining accuracy of the industrial robot.
  • the posture refers to the industrial robot.
  • the center point of the tool After the industrial robot is replaced with a new tool or after a long period of work, the center point of the tool will be deviated, resulting in a lower machining accuracy of the robot. Therefore, it is necessary to measure the center point of the robot end tool and perform offset compensation.
  • the method of manual observation is usually adopted, and the multi-pose is approached to the fixed point to realize the measurement of the center point position of the end tool.
  • this method relies on manual movement and visual observation, and its accuracy and stability are low.
  • the purpose of the present application is to provide a pose measurement method for a robot end tool, which solves the technical problem that the center point pose measurement of the robot end tool existing in the prior art is low in accuracy and stability.
  • the present application provides a pose measurement method for an end tool of an object, including steps
  • the unit vector of the positive direction of the X-axis of the second coordinate system, the unit vector of the positive direction of the Y-axis, and the unit vector of the positive direction of the Z-axis together form an attitude transformation matrix of the second coordinate system, which is calculated by the attitude transformation matrix A rotation offset of the second coordinate system relative to the first coordinate system is derived.
  • the origin of the first coordinate system is set to O 1
  • the origin of the second coordinate system is set to O 2
  • the coordinate value of O 1 in the first coordinate system is set to (0, 0, 0)
  • O 2 The coordinate value of the first coordinate system is set to (x 0 , y 0 , z 0 );
  • the step of the unit vector of the X-axis positive direction, the unit vector of the positive direction of the Y-axis, and the unit vector of the positive direction of the Z-axis of the second coordinate system specifically includes:
  • Points P 1 and P 2 are taken on the X-axis and the Y-axis of the second coordinate system, respectively, and the coordinate values of P 1 and P 2 in the first coordinate system are respectively set to (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 , y 2 , z 2 );
  • the unit vector of the positive direction of the X-axis of the second coordinate system is (a 1 , b 1 , c 1 )
  • the unit vector of the positive direction of the Y-axis of the second coordinate system is (a 2 , b 2 , c 2 )
  • the unit vector of the positive direction of the Z axis of the second coordinate system be (a 3 , b 3 , c 3 )
  • the rotation offset is Where R x is a rotational offset of the second coordinate system relative to the first coordinate system on the X axis, and R y is a rotational offset of the second coordinate system relative to the first coordinate system on the Y axis
  • the shift amount, R z is a rotational offset of the second coordinate system with respect to the first coordinate system on the Z axis.
  • the three-dimensional features of the flange and the end tool are obtained by a binocular three-dimensional scanner.
  • the beneficial effect of the pose measuring method of the robot end tool provided by the present application is that the pose measuring method of the robot end tool of the present application establishes the first by respectively at the center of the flange and the center of the end tool compared with the prior art. a coordinate system and a second coordinate system, calculating a positional offset of the origin of the second coordinate system with respect to the origin of the first coordinate system, and calculating, by the pose transformation matrix of the second coordinate system, the second coordinate system relative to the The rotational offset of the first coordinate system, which in turn leads to the pose of the end tool relative to the flange, which is obtained by calculating the relative position and relative attitude of the end tool and the flange.
  • the pose of the end tool is higher in accuracy and stability than the manual observation method.
  • FIG. 1 is a flowchart of implementing a pose measurement method of a robot end tool according to an embodiment of the present application
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a pose measurement system of a robot end tool according to an embodiment of the present application
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a first coordinate system and a second coordinate system used in the embodiment of the present application.
  • 1-binocular three-dimensional scanner 2-robot; 21-flange; 210-first coordinate system; 22-end tool; 220-second coordinate system.
  • first, second, and the like are used for the purpose of description only, and are not to be construed as indicating or implying a relative importance or implicitly indicating the number of technical features indicated.
  • features defining “first” and “second” may include one or more of the features either explicitly or implicitly.
  • the meaning of "a plurality" is two or more unless specifically and specifically defined otherwise.
  • the robot 2 includes a robot arm, a flange 21 fixed to the robot arm, and an end tool 22 interposed in the flange 21, and the end tool 22 includes a welding gun, a cutter, and the like.
  • the pose of the robot end tool refers to the position and posture of the end tool 22 in the specified coordinate system, and the position and posture of the end tool 22 can be used as the position offset and the rotational offset of the end tool 22 with respect to the specified coordinate system, respectively.
  • the pose measurement method includes the following steps:
  • Step S101 is specifically:
  • the outer lattice combination of the flange 21 is formed.
  • the three-dimensional features of the blue 21, the outer lattice of the end tool 22 combine to form a three-dimensional feature of the end tool 22.
  • step S101 the three-dimensional features of the flange 21 and the end tool 22 are acquired by the binocular three-dimensional scanner 1.
  • the binocular three-dimensional scanner 1 When the binocular three-dimensional scanner 1 is used, the binocular three-dimensional scanner 1 is placed in the vicinity of the robot end tool 22, and the outer end features of the end tool 22 and the flange 21 are scanned to obtain the outer point of the end tool 22 and the flange 21.
  • Array then upload the data of the outer lattice to the reverse engineering software, use reverse engineering software to remove the unwanted data, and then fit the remaining point data to the line and face, and finally through the fitted line and surface.
  • Step S102 is specifically:
  • the center of the flange 21 is determined according to the three-dimensional characteristics of the flange 21, according to the three-dimensional characteristics of the end tool 22. Determining the center of the end tool 22, determining the center of the flange 21 and the center of the end tool 22, first processing the outer map by reverse engineering software such as Geomagic, Imageware, etc., deleting unnecessary point data, and then remaining data Line fitting and face fitting are performed, and finally the center of the flange 21 and the center of the end tool 22 are determined by the fitted lines and faces.
  • reverse engineering software such as Geomagic, Imageware, etc.
  • Step S103 is specifically:
  • the first coordinate system 210 and the second coordinate system 220 are respectively established with the center of the flange 21 and the center of the end tool 22 as an origin, and the first coordinate system 210 and the second coordinate system 220 are Cartesian rectangular coordinate systems, including perpendicular to each other. X, Y and Z axes;
  • Step S104 is specifically:
  • the positional offset means that the origin of the second coordinate system 220 is on the X-axis with respect to the origin of the first coordinate system 210, respectively.
  • the origin of the first coordinate system 210 is defined as O 1
  • the origin of the second coordinate system 220 is defined as O 2
  • O 1 in the first coordinate system 210 The coordinate value is set to (0, 0, 0)
  • the coordinate value of O 2 in the first coordinate system 210 is set to (x 0 , y 0 , z 0 )
  • the origin of the second coordinate system 220 is relative to the first
  • the positional shift amount of the origin of the coordinate system 210 is set to ( ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z), where ⁇ x is the positional shift amount of the second coordinate system 220 with respect to the first coordinate system 210 in the X direction, and ⁇ y is a positional offset of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210 in the Y direction, and ⁇ z is a positional shift of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210 in the Z direction the amount.
  • Step S105 is specifically:
  • the straight lines of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis of the second coordinate system 220 all have a certain direction.
  • the respective directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis of the second coordinate system 220 can be represented by direction vectors, and the respective direction vectors are divided.
  • the unit vectors of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are obtained by the respective die lengths.
  • step S105 referring to FIG. 3, points P 1 and P 2 , P 1 and P 2 are taken in the first coordinate system 210 on the X-axis and the Y-axis of the second coordinate system 220, respectively.
  • the coordinate values are set to (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 , y 2 , z 2 ), respectively, and P 1 and P 2 are any points on the X and Y axes, respectively; the directed line segment O 2 P
  • the vector direction of 1 is the same as the vector direction of the positive direction of the X-axis of the second coordinate system 220, and the vector direction of the directed line segment O 2 P 2 is the same as the vector direction of the positive direction of the Y-axis of the second coordinate system 220, so the vector is calculated.
  • Unit vector Unit vector among them Is the unit vector of the positive direction of the X-axis in the second coordinate system 220, a unit vector of the positive direction of the Y axis in the second coordinate system 220;
  • Vector sum Vectors are perpendicular to each other, according to Vector sum
  • the expression of the vector can be calculated and Vector sum
  • the plane in which the vectors are located is perpendicular to each other vector,
  • the vector is the unit vector of the positive direction of the Z axis in the second coordinate system 220, assuming among them and so According to the above steps, the unit vector of the X-axis positive direction, the Y-axis positive direction, and the Z-axis positive direction in the second coordinate system 220 can be obtained.
  • Step S106 is specifically:
  • the unit vectors of the positive direction of the axes together form an attitude transformation matrix of the second coordinate system 220, and the rotational offset of the second coordinate system 220 with respect to the first coordinate system 210 is calculated by the attitude transformation matrix.
  • step S106 the unit vector of the positive direction of the X-axis in the second coordinate system 220 is set to Unit vector of the positive direction of the Y axis in the second coordinate system 220
  • the attitude transformation matrix is calculated as
  • the attitude transformation matrix may represent the attitude transformation of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210, ie, the attitude transformation of the end tool 22 relative to the flange 21 may be indicated.
  • step S106 the rotation offset of the second coordinate system 220 with respect to the first coordinate system 210 can be obtained, and the rotation offset is
  • R x is the rotational offset of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210 on the X axis
  • R y is the rotational offset of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210 on the Y axis
  • R z is the rotational offset of the second coordinate system 220 relative to the first coordinate system 210 on the Z axis
  • a 3 b 1 c 2 - b 2 c 1
  • b 3 a 1 c 2 - a 2 c 1
  • c 3 a 1 b 2 - a 2 b 1 is brought into the expression of the rotation offset, which can be obtained
  • a 1 , b 1 , c 1 , a 2 , b 2 , c 2 are obtained when solving the unit vector of the positive direction of
  • the pose measuring method of the robot end tool calculates the second coordinate by establishing the first coordinate system 210 and the second coordinate system 220 at the center of the flange 21 and the center of the end tool 22, respectively.
  • the accuracy and stability of the pose measurement method are high.

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Abstract

一种机器人末端工具的位姿测量方法，包括以下步骤：通过获取法兰(21)和末端工具(22)的三维特征，分别在法兰(21)的中心和末端工具(22)的中心建立第一坐标系(210)和第二坐标系(220)，计算出第二坐标系(220)相对于第一坐标系(210)的位置偏移量，再根据第二坐标系(220)的各个单位向量计算第二坐标系(220)相对于第一坐标系(210)的旋转偏移量，从而得出末端工具(22)相对于法兰(21)的位姿。与人工观察的方法相比，该位姿测量方法的精度及稳定性均较高。

Description

机器人末端工具的位姿测量方法 技术领域
本申请属于工业机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种机器人末端工具的位姿测量方法。
背景技术
随着高端制造业的发展，对于工业机器人的加工精度要求越来越高。在使用工业机器人加工相应的产品时，需要在工业机器人的末端夹设焊枪、刀具等加工工具，工具中心点的位姿标定精度直接影响着工业机器人的加工精度，其中,位姿是指工业机器人的末端工具在指定坐标系中的位置和姿态。
在工业机器人更换新的工具或者经过长时间的作业后，工具的中心点会出现一定的偏差，导致机器人的加工精度变低，所以需要测定机器人末端工具的中心点，并进行偏差补偿。目前，对于机器人末端工具中心点位姿的测量，通常采用人工观察的方法，以多姿态靠近固定点，实现末端工具的中心点位姿的测定。但是该方法依赖手工移动及肉眼观察，其精度及稳定性均较低。
技术问题
本申请的目的在于提供一种机器人末端工具的位姿测量方法，以解决现有技术中存在的机器人末端工具中心点位姿测量为手工方式造成精度及稳定性较低的技术问题。
技术解决方案
本申请提供了一种器人末端工具的位姿测量方法，包括步骤
获取用于夹住末端工具的法兰的三维特征和所述末端工具的三维特征；
根据所述法兰的三维特征确定所述法兰的中心，根据所述末端工具的三维 特征确定所述末端工具的中心；
分别以所述法兰的中心和所述末端工具的中心为原点建立第一坐标系和第二坐标系；
计算所述第二坐标系的原点相对于所述第一坐标系的原点的位置偏移量；
计算在所述第一坐标系中，所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量；
所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量共同形成所述第二坐标系的姿态变换矩阵，通过所述姿态变换矩阵计算得出所述第二坐标系相对于所述第一坐标系的旋转偏移量。
进一步地，计算所述第二坐标系的原点相对于所述第一坐标系的原点的位置偏移量的具体步骤包括：
所述第一坐标系的原点设为O1，所述第二坐标系的原点设为O2，O1在所述第一坐标系的坐标值设为(0,0,0)，O2在所述第一坐标系的坐标值设为(x0,y0,z0)；
计算所述位置偏移量为Δx＝x0，Δy＝y0，Δz＝z0，其中Δx为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在X方向的位置偏移量，Δy为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Y方向的位置偏移量，Δz为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Z方向的位置偏移量。
进一步地，计算在所述第一坐标系中，所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量的步骤具体包括：
在所述第二坐标系的X轴和Y轴上分别取点P1和P2，P1和P2在所述第一坐标系中的坐标值分别设为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)；
计算出向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000001
计算出向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000002
Figure PCTCN2017106889-appb-000003
计算
Figure PCTCN2017106889-appb-000004
的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000005
为
Figure PCTCN2017106889-appb-000006
其中
Figure PCTCN2017106889-appb-000007
为第二坐标系中X轴正方向的单位向量，
计算
Figure PCTCN2017106889-appb-000008
的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000009
为
Figure PCTCN2017106889-appb-000010
其中
Figure PCTCN2017106889-appb-000011
为第二坐标系中Y轴正方向的单位向量；
计算所述第二坐标系中Z轴正方向的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000012
为
Figure PCTCN2017106889-appb-000013
进一步地，设所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量为(a1,b1,c1),设所述第二坐标系的Y轴正方向的单位向量为(a2,b2,c2)，设所述第二坐标系的Z轴正方向的单位向量为(a3,b3,c3)，计算得出所述姿态变换矩阵为
Figure PCTCN2017106889-appb-000014
进一步地，所述旋转偏移量为
Figure PCTCN2017106889-appb-000015
其中Rx为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在X轴的旋转偏移量，Ry为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Y轴的旋转偏移量，Rz为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Z轴的旋转偏移量。
进一步地，通过双目三维扫描仪获取所述法兰和所述末端工具的三维特征。
有益效果
本申请提供的机器人末端工具的位姿测量方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请机器人末端工具的位姿测量方法，通过在法兰的中心和末端工具的中心分别建立第一坐标系和第二坐标系，计算第二坐标系的原点相对于第一坐标系的原点的位置偏移量，并通过第二坐标系的姿态变换矩阵计算得出第二坐标系相对于所述第一坐标系的旋转偏移量，进而得出末端工具相对于法兰的位姿，该位姿测量方法通过计算末端工具和法兰的相对位置和相对姿态得出 末端工具的位姿，与人工观察的方法相比，该位姿测量方法的精度及稳定性均较高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的机器人末端工具的位姿测量方法的实现流程图；
图2为本申请实施例提供的机器人末端工具的位姿测量系统的示意图；
图3为本申请实施例所采用的第一坐标系和第二坐标系的示意图。
其中，图中各附图标记：
1-双目三维扫描仪；2-机器人；21-法兰；210-第一坐标系；22-末端工具；220-第二坐标系。
本发明的实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1及图2，现对本申请提供的机器人末端工具的位姿测量方法进行说明。机器人2包括机械臂、固定于机械臂上的法兰21以及夹设于法兰21中的末端工具22，末端工具22包括焊枪、刀具等。机器人末端工具的位姿是指该末端工具22在指定坐标系中的位置和姿态，末端工具22的位置和姿态分别可用该末端工具22相对于指定坐标系的位置偏移量和旋转偏移量来表示。该位姿测量方法包括以下步骤：
步骤S101具体为：
获取用于夹住末端工具22的法兰21的三维特征和末端工具22的三维特征，即通过获取法兰21和末端工具22的外廓点阵，法兰21的外廓点阵组合形成法兰21的三维特征，末端工具22的外廓点阵组合形成末端工具22的三维特征。
进一步地，在步骤S101中，通过双目三维扫描仪1获取法兰21和末端工具22的三维特征。使用双目三维扫描仪1时，将双目三维扫描仪1放置在机器人末端工具22的附近，扫描末端工具22和法兰21的外廓特征，得到末端工具22和法兰21的外廓点阵，再将外廓点阵的数据上传至逆向工程软件中，利用逆向工程软件去除不需要的数据，再将剩余点数据进行线拟合和面拟合，最终通过拟合出的线和面形成三维特征。
步骤S102具体为：
根据法兰21的三维特征确定法兰21的中心，根据末端工具22的三维特征 确定末端工具22的中心，确定法兰21的中心和末端工具22的中心时，首先通过逆向工程软件如Geomagic、Imageware等对外廓点阵进行处理，删除不必要的点数据，再将剩余点数据进行线拟合和面拟合，最终通过拟合出的线和面确定法兰21的中心和末端工具22的中心。
步骤S103具体为：
分别以法兰21的中心和末端工具22的中心为原点建立第一坐标系210和第二坐标系220，第一坐标系210和第二坐标系220均为笛卡尔直角坐标系，包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴；
步骤S104具体为：
计算第二坐标系220的原点相对于第一坐标系210的原点的位置偏移量，位置偏移量是指第二坐标系220的原点相对于第一坐标系210的原点分别在X轴、Y轴和Z轴上的位置偏移量。
进一步地，在步骤S104中，如图3所示，将第一坐标系210的原点设为O1，第二坐标系220的原点设为O2，O1在所述第一坐标系210的坐标值设为(0,0,0)，O2在所述第一坐标系210的坐标值设为(x0,y0,z0)，将第二坐标系220的原点相对于第一坐标系210的原点的位置偏移量设为(Δx,Δy,Δz)，其中Δx为所述第二坐标系220相对于所述第一坐标系210在X方向的位置偏移量，Δy为所述第二坐标系220相对于所述第一坐标系210在Y方向的位置偏移量，Δz为所述第二坐标系220相对于所述第一坐标系210在Z方向的位置偏移量。所以Δx＝x0-0＝x0，Δy＝y0-0＝y0，Δz＝z0-0＝z0，由此可以得出末端工具22相对于法兰21的位置偏移量为(x0,y0,z0)。
步骤S105具体为：
计算在第一坐标系210中，第二坐标系220的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量，以第一坐标系210为基准坐标系，第二坐标系220的X轴、Y轴、Z轴所在的直线均具有一定的方向。第二坐标系220的X轴、Y轴、Z轴各自的方向可用方向向量表示，各个方向向量除 以各自的模长即可得到X轴、Y轴、Z轴的单位向量。
进一步地，在步骤S105中，请参阅图3，在第二坐标系220的X轴和Y轴上分别取点P1和P2，P1和P2在所述第一坐标系210中的坐标值分别设为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，P1和P2分别为X轴和Y轴上的任意一点；有向线段O2P1的向量方向与第二坐标系220的X轴正方向的向量方向相同，有向线段O2P2的向量方向与第二坐标系220的Y轴正方向的向量方向相同，所以计算出向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000016
Figure PCTCN2017106889-appb-000017
向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000018
则
Figure PCTCN2017106889-appb-000019
的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000020
Figure PCTCN2017106889-appb-000021
Figure PCTCN2017106889-appb-000022
的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000023
Figure PCTCN2017106889-appb-000024
其中
Figure PCTCN2017106889-appb-000025
为第二坐标系220中X轴正方向的单位向量，
Figure PCTCN2017106889-appb-000026
为第二坐标系220中Y轴正方向的单位向量；
Figure PCTCN2017106889-appb-000027
向量和
Figure PCTCN2017106889-appb-000028
向量相互垂直，根据
Figure PCTCN2017106889-appb-000029
向量和
Figure PCTCN2017106889-appb-000030
向量的表达式可以计算得出与
Figure PCTCN2017106889-appb-000031
向量和
Figure PCTCN2017106889-appb-000032
向量所在的平面相互垂直的
Figure PCTCN2017106889-appb-000033
向量，
Figure PCTCN2017106889-appb-000034
向量为第二坐标系220中Z轴正方向的单位向量，假设
Figure PCTCN2017106889-appb-000035
其中
Figure PCTCN2017106889-appb-000036
Figure PCTCN2017106889-appb-000037
Figure PCTCN2017106889-appb-000038
所以
Figure PCTCN2017106889-appb-000039
根据以上步骤可以求出第二坐标系220中X轴正方向、Y轴正方向及Z轴正方向的单位向量。
步骤S106具体为：
第二坐标系220的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z 轴正方向的单位向量共同形成第二坐标系220的姿态变换矩阵，通过姿态变换矩阵计算得出第二坐标系220相对于第一坐标系210的旋转偏移量。
进一步地，在步骤S106中，将第二坐标系220中X轴正方向的单位向量设为
Figure PCTCN2017106889-appb-000040
第二坐标系220中Y轴正方向的单位向量
Figure PCTCN2017106889-appb-000041
第二坐标系220的Z轴正方向的单位向量设为
Figure PCTCN2017106889-appb-000042
其中a3＝b1c2-b2c1，b3＝a1c2-a2c1，c3＝a1b2-a2b1，计算得出姿态变换矩阵为
Figure PCTCN2017106889-appb-000043
姿态变换矩阵可以表示第二坐标系220相对于第一坐标系210的姿态变换，即可以表示出末端工具22相对于法兰21的姿态变换。
进一步地，在步骤S106中，根据上述的姿态变换矩阵，可以求出第二坐标系220相对于第一坐标系210的旋转偏移量，旋转偏移量为
Figure PCTCN2017106889-appb-000044
Figure PCTCN2017106889-appb-000045
其中Rx为第二坐标系220相对于第一坐标系210在X轴的旋转偏移量，Ry为第二坐标系220相对于第一坐标系210在Y轴的旋转偏移量，Rz为第二坐标系220相对于第一坐标系210在Z轴的旋转偏移量，再将a3＝b1c2-b2c1，b3＝a1c2-a2c1，c3＝a1b2-a2b1带入旋转偏移量的表达式中，可以得到
Figure PCTCN2017106889-appb-000046
其中a1，b1，c1，a2，b2，c2在求解第二坐标系220中X轴正方向和Y轴正方向的单位向量时均已求出，将a1，b1，c1，a2，b2，c2的值带入旋转偏移量的表达式中，即可得到最终旋转偏移量的结果。
本申请提供的机器人末端工具的位姿测量方法，该位姿测量方法，通过在法兰21的中心和末端工具22的中心分别建立第一坐标系210和第二坐标系220，计算第二坐标系220的原点相对于第一坐标系210的原点的位置偏移量， 并通过第二坐标系220的姿态变换矩阵计算得出第二坐标系220相对于所述第一坐标系210的旋转偏移量，进而得出末端工具22相对于法兰21的位姿，该位姿测量方法的精度及稳定性均较高。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

  1. 机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：包括步骤
    获取用于夹住末端工具的法兰的三维特征和所述末端工具的三维特征；
    根据所述法兰的三维特征确定所述法兰的中心，根据所述末端工具的三维特征确定所述末端工具的中心；
    分别以所述法兰的中心和所述末端工具的中心为原点建立第一坐标系和第二坐标系；
    计算所述第二坐标系的原点相对于所述第一坐标系的原点的位置偏移量；
    计算在所述第一坐标系中，所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量；
    所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量共同形成所述第二坐标系的姿态变换矩阵，通过所述姿态变换矩阵计算得出所述第二坐标系相对于所述第一坐标系的旋转偏移量。
  2. 如权利要求1所述的机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：计算所述第二坐标系的原点相对于所述第一坐标系的原点的位置偏移量的具体步骤包括：
    所述第一坐标系的原点设为O1，所述第二坐标系的原点设为O2，O1在所述第一坐标系的坐标值设为(0,0,0)，O2在所述第一坐标系的坐标值设为(x0,y0,z0)；
    计算所述位置偏移量为Δx＝x0，Δy＝y0，Δz＝z0，其中Δx为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在X方向的位置偏移量，Δy为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Y方向的位置偏移量，Δz为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Z方向的位置偏移量。
  3. 如权利要求2所述的机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：计算在所述第一坐标系中，所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量、Y轴正方 向的单位向量以及Z轴正方向的单位向量的步骤具体包括：
    在所述第二坐标系的X轴和Y轴上分别取点P1和P2，P1和P2在所述第一坐标系中的坐标值分别设为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)；
    计算出向量
    Figure PCTCN2017106889-appb-100001
    计算出向量
    Figure PCTCN2017106889-appb-100002
    Figure PCTCN2017106889-appb-100003
    计算
    Figure PCTCN2017106889-appb-100004
    的单位向量
    Figure PCTCN2017106889-appb-100005
    为
    Figure PCTCN2017106889-appb-100006
    其中
    Figure PCTCN2017106889-appb-100007
    为第二坐标系中X轴正方向的单位向量，
    计算
    Figure PCTCN2017106889-appb-100008
    的单位向量
    Figure PCTCN2017106889-appb-100009
    为
    Figure PCTCN2017106889-appb-100010
    其中
    Figure PCTCN2017106889-appb-100011
    为第二坐标系中Y轴正方向的单位向量；
    计算所述第二坐标系中Z轴正方向的单位向量
    Figure PCTCN2017106889-appb-100012
    为
    Figure PCTCN2017106889-appb-100013
  4. 如权利要求1所述的机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：设所述第二坐标系的X轴正方向的单位向量为(a1,b1,c1),设所述第二坐标系的Y轴正方向的单位向量为(a2,b2,c2)，设所述第二坐标系的Z轴正方向的单位向量为(a3,b3,c3)，计算得出所述姿态变换矩阵为
    Figure PCTCN2017106889-appb-100014
  5. 如权利要求4所述的机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：所述旋转偏移量为
    Figure PCTCN2017106889-appb-100015
    其中Rx为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在X轴的旋转偏移量，Ry为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Y轴的旋转偏移量，Rz为所述第二坐标系相对于所述第一坐标系在Z轴的旋转偏移量。
  6. 如权利要求1所述的机器人末端工具的位姿测量方法，其特征在于：通 过双目三维扫描仪获取所述法兰和所述末端工具的三维特征。
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