[發明專利]一種機器人生產系統三維仿真模型的位姿調整方法

在審

• 申請號: 202011615707.5
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112767560A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王念峰;楊天;張憲民;鄭永忠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;佛山市三技精密機械有限公司
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊望仙

1.一種機器人生產系統三維仿真模型的位姿調整方法，其特征在于，包括步驟：

S1、根據機器人生產系統三維仿真模型表面特征，構建機器人生產系統三維仿真模型特征間的約束關系；

S2、在機器人生產系統三維仿真模型上選擇一組表面特征對；

S3、根據約束關系，計算表面特征對之間的變換矩陣；

S4、根據變換矩陣，三維仿真模型的位姿將得到調整，進而對機器人生產系統三維仿真模型的位姿進行快速而精確的調整。

2.根據權利要求1所述的位姿調整方法，其特征在于，機器人生產系統三維仿真模型表面特征包括特征點、特征邊和特征面，其中，特征邊為直線類型，特征面為平面類型。

3.根據權利要求1所述的位姿調整方法，其特征在于，機器人生產系統三維仿真模型特征間的約束關系包括重合約束、距離約束、平行約束、角度約束。

4.根據權利要求1所述的位姿調整方法，其特征在于，選擇的一組表面特征對包括特征點-特征點、特征邊-特征邊、特征面-特征面，其中：特征點-特征點間的約束關系包括重合約束和距離約束，特征邊-特征邊以及特征面-特征面間的約束關系包括重合約束、平行約束、距離約束和角度約束。

5.根據權利要求1所述的位姿調整方法，其特征在于，變換矩陣T包括旋轉矩陣R和平移變換t。

6.根據權利要求5所述的位姿調整方法，其特征在于，當選擇特征點-特征點組合方式時，可以選擇重合約束和距離約束，計算表面特征對之間的變換矩陣T的方法包括：

分別在模型A和模型B上拾取兩個特征點P₁和P₂：

(1)當選擇重合約束時，計算P₂到P₁的平移變換t，即可求出變換矩陣T；

(2)當選擇距離約束時，首先計算P₂到P₁的距離d，以P₂到P₁的向量作為平移基準向量，然后根據設定的距離D和P₂到P₁的距離d確定平移方向，計算平移變換t，即可求出變換矩陣T。

7.根據權利要求5所述的位姿調整方法，其特征在于，當選擇特征邊-特征邊組合方式時，可以選擇平行約束、重合約束、距離約束、角度約束，計算表面特征對之間的變換矩陣T的方法包括：

分別在模型A和模型B上拾取兩條特征邊E₁和E₂：

(1)當選擇平行約束時，首先獲取E₁和E₂的單位方向向量和和的夾角θ由下式計算：

以和的叉乘向量作為旋轉軸，羅德里格斯旋轉公式可以計算繞旋轉θ到的旋轉矩陣R，即可求出變換矩陣T；

(2)當選擇重合約束時，首先給E₁和E₂施加平行約束，然后取邊E₂上的一點P_e2，過P_e2作E₁的垂線于點P_e1，計算P_e2到P_e1的平移變換t，即可求出T；

(3)當選擇距離約束時，先施加平行約束，取邊E₂上的一點P_e2，過P_e2作E₁的垂線于點P_e1，然后令P_e1＝P₁，P_e2＝P₂，轉化為選擇特征點-特征點組合方式的距離約束的情況；

(4)當選擇角度約束時，獲取E₁和E₂的單位方向向量和先確定旋轉方向如果令否則令然后施加平行約束并計算繞旋轉設定角度θ_val的旋轉矩陣R，即可求出變換矩陣T。

8.根據權利要求5所述的位姿調整方法，其特征在于，當選擇特征面-特征面組合方式時，可選擇選擇平行約束、重合約束、距離約束、角度約束，計算表面特征對之間的變換矩陣T的方法包括：

分別在模型A和模型B上拾取兩個特征面F₁和F₂：

(1)當選擇平行約束時，將兩個面F₁和F₂的法向量和單位化為和如前面特征邊-特征邊平行約束方法相同，利用羅德里格斯旋轉公式可以求出旋轉矩陣R，即可求出變換矩陣T；

(2)當選擇重合約束時，首先給兩個面F₁和F₂施加平行約束，然后取面F₂上的一點Pf2，過點Pf2作面F₁的垂線于Pf1，計算點Pf2到點Pf1的平移變換t，即可求出變換矩陣T；

(3)當選擇距離約束時，先施加平行約束，取面F₂上的一點Pf2，過點Pf2作面F₁的垂線于Pf1，然后令Pf1＝P1，Pf2＝P2，轉化為選擇特征點-特征點組合方式的距離約束的情況；

(4)當選擇角度約束時，先確定旋轉方向將兩個面F₁和F₂的法向量和單位化為和如果令否則，令然后施加平行約束并計算繞旋轉180°-θ_val的旋轉矩陣R，即可求出變換矩陣T；其中：θ_val為設定角度。