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机器人 坐标系转换方法

阅读：450发布：2020-05-11

专利汇可以提供机器人坐标系转换方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种机器人坐标系转换方法，S1：在用户坐标系与机器人世界坐标系的公共空间中，寻找公共点，并分别读取该公共点在用户坐标系和机器人坐标系中的位置；S2：找出用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换关系；S3：将S1获得的公共点位置坐标带入S2中的转换关系，通过最小二程法可确定步骤2中转换关系式。本发明提出一种机器人坐标系转换方法，极大简化了在用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换问题，该转换方法能直接从用户坐标系转换到机器人世界坐标系，计算简便，流程清晰。，下面是机器人坐标系转换方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，方法步骤如下：
S1：在用户坐标系与机器人世界坐标系的公共空间中，寻找公共点，并分别读取该公共点在用户坐标系和机器人坐标系中的位置；
S2：找出用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换关系；
S3：将S1获得的公共点位置坐标带入S2中的转换关系，通过最小二程法可确定步骤2中转换关系式。
2.根据权利要求1所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述S1中公共点在机器人世界坐标系中的位置坐标为p1(x1,y1,z1)，公共点在用户坐标系中的位置坐标为p′1(x′1,y′1,z′1)。
3.根据权利要求2所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述S2中机器人世界坐标系课通过旋转、平移、缩放得到用户坐标系。
4.根据权利要求3所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述S2中机器人世界坐标系与用户坐标系可用如下如下关系表述：
5.根据权利要求4所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述机器人世界坐标系与用户坐标系的关系表达式中，θx，θy，θz分别为机器人世界坐标系绕x，y，z轴旋转角度。
6.根据权利要求4所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述机器人世界坐标系与用户坐标系的关系表达式中Δx，Δy，Δz为机器人世界坐标系以x，y，z轴平移量，为待确定参数，设置m为尺度变换参数，为待确定参数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种机器人坐标系转换方法，其特征在于，所述公共点为一尖锐物体作测量点，尖锐点≤1mm。

说明书全文

机器人 坐标系转换方法

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于用户坐标系和机器人世界坐标系之间的转换方法。

背景技术

[0002] 在机器人控制领域中，为了提高机器人末端工具的速度和操作精度，精确定位机器人工具坐标系位置十分重要。而在工程应用中，机器人实际工作坐标系与机器人系统坐标往往是不重合的。因此寻找一种方法，实现从机器人实际坐标系到机器人系统坐标系的转换显得尤为必要。

[0003] 通常在工程应用中，机器人的世界坐标系相对机器人是固定的，而用户坐标系在不同的工作场景有不同的设定，通过找到用户坐标系与世界坐标系的关系，即可确定机器人在不同应用场景的坐标位置。

发明内容

[0004] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种机器人坐标系转换方法，通过测量机器人工具点在用户坐标系中的位置与工具点在机器人世界坐标系中的位置，通过空间变换，完成从用户坐标系到机器人世界坐标系的转换。

[0005] 一种机器人坐标系转换方法，方法步骤如下：

[0006] S1：在用户坐标系与机器人世界坐标系的公共空间中，寻找公共点，并分别读取该公共点在用户坐标系和机器人坐标系中的位置；

[0007] S2：找出用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换关系；

[0008] S3：将S1获得的公共点位置坐标带入S2中的转换关系，通过最小二程法可确定步骤2中转换关系式。

[0009] 优选的，所述S1中公共点在机器人世界坐标系中的位置坐标为p1(x1,y1,z1)，公共点在用户坐标系中的位置坐标为p′1(x′1y′1,z′1)。

[0010] 优选的，所述S2中机器人世界坐标系课通过旋转、平移、缩放得到用户坐标系。

[0011] 优选的，所述S2中机器人世界坐标系与用户坐标系可用如下如下关系表述：

[0012]

[0013] 优选的，所述机器人世界坐标系与用户坐标系的关系表达式中，θx，θy，θz分别为机器人世界坐标系绕x，y，z轴旋转角度。

[0014] 优选的，所述机器人世界坐标系与用户坐标系的关系表达式中Δx，Δy，Δz为机器人世界坐标系以x，y，z轴平移量，为待确定参数。考虑到两个坐标系的尺度可能不尽相同，设置m为尺度变换参数，为待确定参数。

[0015] 其中：

[0016]

[0017]

[0018]

[0019] 优选的，所述公共点为一尖锐物体作测量点，尖锐点≤1mm。

[0020] 在机器人系统中，分别存在世界坐标系，基坐标系，法兰坐标系和工具坐标系，通常，世界坐标系位于机器人底部是固定不动的，而其他三个坐标系为非固定的。而在机器人内部，此四个坐标之间的转换关系一般是写入系统内部的，只需确定用户坐标系与其中一个坐标系的关系，其余三个坐标系均可确定。

[0021] 机器人工具点为机器人末端的一点，通常机器人运动到某一点即表示机器人工具点运动到坐标系中的某一点。在测量时，选用的尖锐物体，可是圆锥或其他顶部十分尖锐的物体，将机器人工具点移动到物体顶部时，通过机器人系统可获得该点在机器人世界坐标系中的位置。

[0022] 在测量公共点在用户坐标系中的位置时，会在用户自定义的空间中测量出一个在机器人工作范围内的坐标系，通过机器视觉，红外测量，或者其他手动的方式，可获得公共点在用户坐标系中的位置。

[0023] 在获得3组不同的公共点坐标后，可得三组方程，如果机器人世界坐标系的测量尺度与用户坐标系的测量尺度相同，那么尺度变换参数m可以为0，即只需求解6个未知数即可。如若机器人世界坐标系测量尺度与用户坐标系测量尺度相同，那么则需要求解包括尺度变换参数m在内的7个未知数，通常采用最小二乘法来求解。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

[0025] 本发明提出一种机器人坐标系转换方法，极大简化了在用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换问题，现有应用在多轴机器人坐标系转换的方法中，需要经过多轴转换，从用户坐标系到基坐标系、工具坐标系等多个坐标系之间的传导来实现从用户坐标系到机器人世界坐标系的转换，本发明提供的转换方法能直接从用户坐标系转换到机器人世界坐标系计算简便，流程清晰。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

[0027] 实施例1

[0028] 一种机器人坐标系转换方法，具体实施方式如下：

[0029] 一种机器人坐标系转换方法，方法步骤如下：

[0030] S1：在用户坐标系与机器人世界坐标系的公共空间中，寻找公共点，并分别读取该公共点在用户坐标系和机器人坐标系中的位置；所述公共点为一尖锐物体作测量点，尖锐点≤1mm。

[0031] S2：找出用户坐标系与机器人世界坐标系之间的转换关系；

[0032] S3：将S1获得的公共点位置坐标带入S2中的转换关系，通过最小二程法可求得7个参数的解，即θx，θy，θz，Δx，Δy，Δz，m，即可确定步骤2中转换关系式。

[0033] S1中公共点在机器人世界坐标系中的位置坐标为p1(x1,y1,z1)，公共点在用户坐标系中的位置坐标为p′1(x′1,y′1,z′1)，重复此步骤，找出三个公共点，得到p2，p′2，p3，p′3。

[0034] S2中机器人世界坐标系课通过旋转、平移、缩放得到用户坐标系，机器人世界坐标系与用户坐标系可用如下如下关系表述：

[0035]

[0036] 机器人世界坐标系与用户坐标系的关系表达式中，θx，θy，θz分别为机器人世界坐标系绕x，y，z轴旋转角度；Δx，Δy，Δz为机器人世界坐标系以x，y，z轴平移量，为待确定参数。考虑到两个坐标系的尺度可能不尽相同，设置m为尺度变换参数，为待确定参数。

[0037] 其中：

[0038]

[0039]

[0040]

[0041] 实施例2

[0042] 下面根据具体实例，列出此模型的具体求解过程。

[0043] 由于θx、θy、θz都是小角度，所以sinθ≈θ，cosθ≈1，可得：

[0044]

[0045]

[0046] 此时，只需带入3组公共点坐标，即p1、p1′、p2、p′2、p3、p′3，利用最小二乘法，即可解出Δx、Δy、Δz、m、θx、θy、θz。选取在用户坐标系中三点p1(-2580017.47,4690744.52,3237959.97)、p2(-2838514.07,4704426.82,3228286.33)、p3(-2885534.88,4672522.41,
3250504.92)，相应的在机器人世界坐标系中对应坐标为p1′(-2850023.95,4680925.47,
3237036.80)、p2′(-2838520.55,4694597.96,3227343.64)、p3′(-2885541.3037,
4662693.07,3249581.20)，把上述点带入化简后的变换公式，利用Matlab，可解出Δx＝
377.92、Δy＝-9786.07、Δz＝-622.27，θx＝2.34、θy＝6.21、θz＝-4.16，m＝-4.28。

[0047] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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