[發明專利]一種計算工件絕對坐標的方法

有效

• 申請號: 200910044423.2
• 申請日: 2009-09-27
• 公開（公告）號: CN101666619A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 胡從斌;張繼偉;劉華根
• 申請（專利權）人: 長沙長泰輸送包裝設備有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司
• 代理人: 李 由

技術領域

本發明涉及機器人自動化控制技術和在線測量技術，是一種基于對工件特征點提取，計算工件絕對坐標的方法。?

背景技術

在機器人自動化加工、搬運、裝配等領域，為提高機器人系統作業的柔性和智能程度，在機器人對工件進行作業前，首先利用測量設備對工件特征點進行提取、測量，再利用空間坐標變換算法將特征點變換到機器人世界坐標系內，從而得到工件相對于機器人世界坐標系的位置，即工件坐標系。計算工件坐標系下，與工件相關的加工、搬運、裝配等過程均以工件坐標系為參考坐標系建立機器人運動路徑，從而可以實現在自動化生產過程中，對新來的工件進行測量、計算、得到該工件的坐標系后，更新原來的工件坐標系，即可更新機器人針對工件加工、或搬運、或裝配等的工作路徑，而更新后的機器人工作路徑是完全符合當前工件位姿的。?

目前已經有多種激光測量定位工件的方法，但總體上存在如下的問題：一是由于大部分的激光測量設備自身的坐標系并非和硬件安裝法蘭重合，而是在測量設備內部的某個位置(如CCD中心等)，無法通過物理的方法直接進行標定，因此需要編寫復雜的標定算法和軟件，輔之以標定工具，才能完成測量設備的標定工作，而且該標定過程需要遠程電腦進行數據運算和通訊，增加了系統復雜度；二是對物體的測量過程是通過單線激光掃描物體的特征部位，采集大量的點數據，再對數據依次進行去噪、稀釋、算法處理、匹配等，最終得到物體相對于標準位置的偏差，進行偏差補償，這過程復雜，穩定性差，對算法和軟件的要求高，并且掃描過程占用很長時間，極大地影響了節奏和系統效益。?

發明內容

本發明旨在解決機器人生產過程中由于工件位置不確定性帶來的難題，以降低工裝設計難度，提高制造精度，同時也提高機器人自動化流水線的智能化、柔性化程度。?

1.本發明解決問題的方案是：利用工業測量設備對工件的特征點進行提取、計算，通過空間坐標變換算法將工件的特征點坐標從測量設備坐標系下變換到機器人世界坐標系下，通過提取三個不同的特征點，創建工件坐標系。上述過程包括以下步驟：?

測量設備被固定在機器人執行器末端，測量設備的位置相對于機器人執行器末端的位置不變；?

在機器人運動過程中，被測量工件的位置相對于機器人世界坐標系不變；?

測量設備的坐標系原點在其自身的安裝法蘭中心點，通過機器人自帶的空間點標定功能標定出測量設備的坐標系原點；?

通過測量設備自帶的軟件，計算出測量設備坐標系的姿態；?

測量設備測量工件不同部位，提取出工件在測量設備坐標系下的三個特征點數據；?

根據空間坐標變換算法，將工件的三個特征點從測量設備坐標系下變換到機器人的世界坐標系下，得到在機器人世界坐標系下的工件三個特征點；?

根據三個特征點建立工件的絕對坐標系，選擇第一個特征點作為工件坐標系原點，第一個特征點指向第二個特征點的為工件坐標系的X軸方向，三個特征點確定的平面作為工件坐標系的XOY平面，從而確定最終的工件坐標系。?

本發明中，利用初始化工件的絕對坐標系對工件測量完成后，機器人對工件進行加工、搬運、裝配等過程中，機器人的程序均建立在工件坐標系上。?

本發明計算工件絕對坐標的方法中，轉換公式為P_cam×P_feature＝P_wld，其中P_cam為測量設備相對于機器人執行器末端的空間位置和姿態關系，P_wld為機器人世界坐標系下的特征點；P_cam為RPY格式，首先將P_cam轉換為Quaternion格式，再轉換為4×4矩陣；P_feature為空間點坐標，將P_feature轉換為Vector向量格式，由矩陣和向量相乘即可得出P_wld，P_wld為空間坐標點。?

參數設定：根據實際工況選擇機器人的速度以及和周圍設備的配合邏輯等，以使得系統達到最穩定的運行狀態。?

系統自動運行：在完成標定，施教，設定等工作后，系統具備自動運行的條件，可投入生產。?

本發明的優點在于：?

第一，將工件的特征提取這一關鍵而復雜的工作從測量過程剝離出去，集成到測量設備內部，通過測量設備自帶的人機交互軟件對測量設備特征提取算法進行選擇以及參數設定；?

第二，可根據工件各個特征的不同選擇不同的特征提取算法，兼容性強大；?