[發明專利]一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置及方法

在審

• 申請號: 202111318357.0
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN113858212A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 喬貴方;陳濤;張穎;田榮佳;劉娣;王保升
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

1.一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置，其特征在于，包括工業機器人一(1)、工業機器人二(2)、位置檢測裝置(3)和距離檢測裝置(4),所述位置檢測裝置(3)和距離檢測裝置(4)分別固定安裝在工業機器人二(2)和工業機器人一(1)的末端，所述距離檢測裝置(4)包含若干個激光測距傳感器(8)和一個固定板(7)，若干個激光測距傳感器(8)在固定板(7)外側端邊緣處圍繞著固定板(7)的中心均勻分布，所述固定板(7)固定安裝在工業機器人一(1)的末端，所述位置檢測裝置(3)包含若干個二維PSD傳感器(6)和一個轉接板(5)，若干個二維PSD傳感器(6)在轉接板(5)外側端處圍繞著轉接板(5)的中心均勻分布，所述轉接板(5)固定安裝在工業機器人二(2)的末端，若干個激光測距傳感器(8)與若干個二維PSD傳感器(6)一一對應設置。

2.根據權利要求1所述的一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置，其特征在于，所述激光測距傳感器(8)圍繞固定板(7)中心均勻設置有六個，所述二維PSD傳感器(6)圍繞轉接板(5)中心均勻設置有六個。

3.根據權利要求1所述的一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置，其特征在于，所述工業機器人一(1)的末端設置有法蘭盤一，所述固定板(7)固定安裝在法蘭盤一上，所述工業機器人二(2)的末端設置有法蘭盤二，所述轉接板(5)固定安裝在法蘭盤二上。

4.根據權利要求1所述的一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置，其特征在于，所述工業機器人一(1)、工業機器人二(2)、激光測距傳感器(8)和二維PSD傳感器(6)分別電性連接有電源，所述激光測距傳感器(8)和二維PSD傳感器(6)信號輸出端分別電性連接控制主機的信號輸入端，所述控制主機輸出端分別電性連接工業機器人一(1)和工業機器人二(2)。

5.一種如權利要求1或3或4任一項所述的非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置的轉換方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：首先做如下定義，若干個激光測距傳感器(8)在距離檢測裝置(4)的局部坐標系T₁下的坐標表示為(x_uj，y_uj，0)，其中u用于標識為距離檢測裝置(4)，j為激光測距傳感器(8)的序號；每一個二維PSD傳感器(6)的檢測坐標系到位置檢測裝置(3)的局部坐標系T₂的轉換關系為H_i；

S2：控制安裝位置檢測裝置(3)的工業機器人二(2)與安裝距離檢測裝置(4)的工業機器人一(1)方向相對，并調節工業機器人一(1)和工業機器人二(2)的相對位置，保證激光測距傳感器(8)的發射光線能夠被相應序號的二維PSD傳感器(6)接收到；

S3：激光測距傳感器(8)的距離測量值為L_i，激光測距傳感器(8)發射光線在二維PSD傳感器(6)上形成點狀光斑，每個點狀光斑在二維PSD傳感器(6)坐標系下的坐標系為(x_i，y_i，0)，其中i為二維PSD傳感器(6)的序號；根據二維PSD傳感器(6)的檢測坐標系到位置檢測裝置(3)的局部坐標系的轉換矩陣H_i，可以將該坐標轉換為位置檢測裝置(3)的局部坐標系下的坐標，記為x_di，y_di，0)，其中d用于標識為位置檢測裝置(3)；

S4：根據以上數據計算該裝置的位置向量P＝[x,y,z],姿態向量為Q＝[α,β,γ]，根據以上數據建立如下模型：

其中，

求解過程如下：

S41：令

F＝[f₁......f_n]^T，

S42：根據位姿范圍，給定一個初始位姿X_k，求解允許誤差為ε，k＝0，

S43：求解向量函數F(X_k)及雅克比矩陣

S44：

S45：如果|X_k+1-X_k|＜ε，則終止，獲得位姿裝置的當前位姿數據；否則k＝k+1，執行S43；

本步驟所得的位姿數據是位置檢測裝置(3)的局部坐標系相對于距離檢測裝置(4)的局部坐標系；根據以上位姿數據，可以計算轉換矩陣：

S5：定義工業機器人一(1)的法蘭盤在基坐標系F₁下的轉換關系為H₁，距離檢測裝置(4)在工業機器人二(2)的法蘭盤坐標系下的轉換關系為H_TCP1；工業機器人二(2)的法蘭盤在其基坐標系F₂下的轉換關系為H₂，位置檢測裝置(3)在工業機器人一(1)的法蘭盤坐標系下的轉換關系為H_TCP2；那么可以建立如下約束方程：

F₁H₁H_TCP1＝F₂H₂H_TCP2H

那么工業機器人一(1)和工業機器人二(2)的基坐標系轉換矩陣為：

F₁＝F₂H₂H_TCP2H(H₁H_TCP1)^-1。

6.根據權利要求5所述的一種非接觸式多機器人協作坐標系轉換裝置的轉換方法，其特征在于，j的數值為1～6，i的數值為1～6，j與i均為整數且其數值一一對應。