一種單一或多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明適用于單一或者多機(jī)器人坐標(biāo)系標(biāo)定領(lǐng)域，以及機(jī)器人組的串聯(lián)工作領(lǐng) 域，尤其涉及到一種單一或多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前機(jī)器人已經(jīng)很廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，它可以代替人做一些單調(diào)、頻繁和 重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，隨著機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)張，對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越復(fù)雜。對(duì) 于獨(dú)立的一個(gè)機(jī)器人而言，在進(jìn)行作業(yè)過(guò)程中可以通過(guò)機(jī)器人示教器示教機(jī)器人的作業(yè)程 序、位置以及其他信息，然后按照再現(xiàn)指令，逐條取出解讀，在一定精度范圍重復(fù)被示教的 程序，完成工作任務(wù)。以上的示教過(guò)程具有局限性，對(duì)于固定且位置不發(fā)生變化的工作目標(biāo) 而言，此過(guò)程可以滿足要求，但是對(duì)于會(huì)發(fā)生一定變化的目標(biāo)或者是多機(jī)器人協(xié)作的情況 下，機(jī)器人示教器則不能滿足這樣的復(fù)雜作業(yè)要求，因此需要進(jìn)行坐標(biāo)系標(biāo)定來(lái)完成復(fù)雜 的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于實(shí)現(xiàn)單一或多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法。
[0004] 本發(fā)明提供一種單一機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法，包括如下步驟：第 一步：通過(guò)一標(biāo)定塊，以標(biāo)記塊為依據(jù)確定世界坐標(biāo)系XYZ，并記錄標(biāo)記塊多個(gè)角點(diǎn)的三維 坐標(biāo)值；第二步：確定機(jī)器人坐標(biāo)系XYZ;第三步：一機(jī)器人的末端獲取標(biāo)定塊中的角點(diǎn)在 機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；第四步：獲得該機(jī)器人的末端接觸到的標(biāo)定塊的點(diǎn)的世界坐標(biāo) 值；第五步：將已獲得的機(jī)器人坐標(biāo)值與相應(yīng)的世界坐標(biāo)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到機(jī)器人坐標(biāo)系 到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0005] 本發(fā)明又提供一種多個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法，包括如下步驟： 第一步：采用所述的單一機(jī)器人坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；第二步：任意兩個(gè)機(jī)器 人的末端分別接觸目標(biāo)物體的同一個(gè)位置，分別得到標(biāo)定塊中的同一個(gè)位置在不同機(jī)器人 坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；第三步：根據(jù)任意兩個(gè)機(jī)器人得到的位置關(guān)系得到任意兩個(gè)機(jī)器人 之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0006] 本發(fā)明又提供一種多個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法，包括如下步驟： 步驟Gl:以接觸的方式使機(jī)器人的末端與標(biāo)定塊中的角點(diǎn)重合；步驟G2 :讀取角點(diǎn)在世界 坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；步驟G3 :獲取機(jī)器人末端的位置坐標(biāo)；步驟G4 :重復(fù)步驟G2和G3得 到足夠的點(diǎn)；步驟G5 :已知相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)齊次坐標(biāo)變換關(guān)系計(jì)算出坐標(biāo)的變換矩 陣
[0007] 本發(fā)明通過(guò)硬件與軟件相結(jié)合的方式完成的，首先進(jìn)行工作臺(tái)的世界坐標(biāo)系的確 定，其次利用標(biāo)定塊結(jié)合機(jī)器人坐標(biāo)反饋得到各個(gè)機(jī)器人坐標(biāo)系與所確定的世界坐標(biāo)系之 間的坐標(biāo)變換關(guān)系以及所確定的世界坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，再次，利用 標(biāo)定塊結(jié)合任意兩個(gè)機(jī)器人的坐標(biāo)反饋得到任意兩個(gè)機(jī)器人之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，其中包 括機(jī)器人n到機(jī)器人m之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系以及機(jī)器人m到機(jī)器人n之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 關(guān)系，最后利用所標(biāo)定計(jì)算出來(lái)的各個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到世界坐標(biāo)系中任意位置點(diǎn)的 坐標(biāo)變換，用于確定機(jī)器人的協(xié)同工作以及串聯(lián)工作的點(diǎn)位關(guān)系。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1本發(fā)明三維標(biāo)定塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2為圖1所示標(biāo)定塊的上表面的平面圖示意圖；
[0010] 圖3為圖1所示標(biāo)定塊的第一側(cè)面的平面圖示意圖；
[0011] 圖4為圖1所示標(biāo)定塊的第二側(cè)的平面圖示意圖；
[0012] 圖5為本發(fā)明機(jī)器人坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換原理圖；
[0013]圖6為本發(fā)明機(jī)器人末端與標(biāo)點(diǎn)塊中角點(diǎn)接觸的局部放大圖像；
[0014] 圖7為本發(fā)明任意兩個(gè)機(jī)器人坐標(biāo)系之間的變換原理圖的示意圖；
[0015] 圖8為圖7的兩個(gè)機(jī)器人與標(biāo)定塊中同一位置接觸的局部放大圖；
[0016] 圖9為本發(fā)明多機(jī)器人協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖10為本發(fā)明多機(jī)器人協(xié)同串聯(lián)工作完成物體接力傳送的示意圖；
[0018] 圖11為本發(fā)明多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系標(biāo)定流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法，指的是利用標(biāo)定塊結(jié)合數(shù)學(xué)方法將機(jī) 器人獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)一到工作場(chǎng)合中的已建立完成的世界坐標(biāo)系中，同時(shí)建立各個(gè)相鄰機(jī) 器人的坐標(biāo)系關(guān)系，其中，世界坐標(biāo)系是系統(tǒng)的絕對(duì)坐標(biāo)系，在沒(méi)有建立用戶坐標(biāo)系之前畫 面上所有點(diǎn)的坐標(biāo)都是以該坐標(biāo)系的原點(diǎn)來(lái)確定各自的位置的。
[0020] 本發(fā)明提供一種單一機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同工作坐標(biāo)系的標(biāo)定方法，每一個(gè)獨(dú)立機(jī)器人 的坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，包括如下步驟：
[0021] 第一步：通過(guò)一標(biāo)定塊，以標(biāo)記塊為依據(jù)確定世界坐標(biāo)系，并記錄標(biāo)記塊多個(gè)角點(diǎn) 的三維坐標(biāo)；
[0022] 第二步：確定機(jī)器人坐標(biāo)系；
[0023] 第三步：一機(jī)器人的末端獲取標(biāo)定塊中的點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；
[0024] 第四步：獲得該機(jī)器人的末端接觸到的標(biāo)定塊的點(diǎn)的世界坐標(biāo)值；
[0025] 第五步：將已獲得的機(jī)器人坐標(biāo)值與相應(yīng)的世界坐標(biāo)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到機(jī)器人坐 標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0026] 所述第一步的世界坐標(biāo)系是根據(jù)標(biāo)定塊10來(lái)確定的，具體介紹如下：
[0027] 圖1本發(fā)明三維標(biāo)定塊的結(jié)構(gòu)示意圖，此三維標(biāo)定塊100為標(biāo)定塊為一三維立體 結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中標(biāo)定塊為一正方體，該標(biāo)定塊1〇〇設(shè)有上表面11、與上表面11相鄰且同 時(shí)交匯在第一連接點(diǎn)100的第一側(cè)面12和第二側(cè)面13、與上表面100相對(duì)的下表面（圖 未示）、與第一側(cè)面12相對(duì)的第三側(cè)面（圖未示）、與第二側(cè)面13相對(duì)的第四側(cè)面（圖未 示），其中，第一側(cè)面12與第二側(cè)面13相鄰設(shè)置，且第一側(cè)面12位于第二側(cè)面13的左邊。
[0028]圖1示意了標(biāo)定塊100的上表面11、第一側(cè)面12和第二側(cè)面13,該三個(gè)表面被等 分成多個(gè)小方格，在本實(shí)施例中，三個(gè)表面被等分成16個(gè)小方格，每一個(gè)方格的長(zhǎng)度和寬 度均為5個(gè)單位，相鄰兩個(gè)小方格之間的交點(diǎn)為角點(diǎn)，各角點(diǎn)位于標(biāo)定塊100每一面的內(nèi) 部，在本實(shí)施例中，各角點(diǎn)不包括與各側(cè)邊交匯的點(diǎn)，那么標(biāo)定塊100的每面設(shè)有9個(gè)角點(diǎn)
[0029] 所述第一側(cè)面12設(shè)有與所述第一連接點(diǎn)100連接的第一邊101，所述第二側(cè)面13 設(shè)有與所述第一連接點(diǎn)100連接的第二邊102。所述第一側(cè)面12和第二側(cè)邊13之間設(shè)有 與所述第一連接點(diǎn)100連接的第三邊103。
[0030] 設(shè)定標(biāo)定塊100的下表面中心點(diǎn)為世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)0,世界坐標(biāo)系的X坐標(biāo)方向 平行所述的第一邊101并向第一側(cè)面12延伸，世界坐標(biāo)系的Y坐標(biāo)方向平行所述的第二邊 102并向所述第二側(cè)面12延伸，世界坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)方向平行所述第三邊103并向所述上 表面11延伸。也就是說(shuō)，世界坐標(biāo)系是以標(biāo)定塊10的三維延伸方向分別作為X坐標(biāo)、Y坐 標(biāo)、以及Z坐標(biāo)。
[0031] 通過(guò)確定XYZ坐，可以很直觀的查找并記錄標(biāo)定塊中任一角點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中三 維坐標(biāo)位置。
[0032] 圖2為標(biāo)定塊100的上表面11的平面圖示意圖，上表面11的內(nèi)部9個(gè)角點(diǎn)的三 維坐標(biāo)如圖2內(nèi)部所表述，9個(gè)角點(diǎn)分三排設(shè)置，第一排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依 序?yàn)椋海?5、5、20)、（0、5、20)、（5、5、20)，第二排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序?yàn)椋海?5、 0、20)、（0、0、20)、（5、0、20)，第三排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序?yàn)椋海?5、-5、20)、 (0、-5、20)、（5、-5、20)〇
[0033] 圖3標(biāo)定塊100的第一側(cè)面12的平面圖示意圖，第一側(cè)面12的內(nèi)部9個(gè)角點(diǎn)的 三維坐標(biāo)如圖2內(nèi)部所表述，9個(gè)角點(diǎn)分三排設(shè)置，第一排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依 序?yàn)椋海?5、-10、15)、（0、-10、-15)、（5、-10、15)，第二排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序 為：（-5、-10、10)、（0、-10、10)、（5、-10、10)，第三排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序?yàn)椋?(-5,-10,5), (0,-10,5), (5,-10,5) 〇
[0034] 圖4標(biāo)定塊100的第二側(cè)面13的平面圖示意圖，第二側(cè)面13的內(nèi)部9個(gè)角點(diǎn)的 三維坐標(biāo)如圖2內(nèi)部所表述，9個(gè)角點(diǎn)分三排設(shè)置，第一排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依 序?yàn)椋海?10、5、15)、（-10、0、15)、（-10、-5、15)，第二排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序 為 ：（-10、5、10)、（-10、0、10)、（-10、-5、10)，第三排三個(gè)角點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)從左至右依序?yàn)椋?(_10、5、5)、（_10、0、5)、（-10、-5、5)〇
[0035] 圖5為機(jī)器人坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換原理圖，其中，a21為機(jī)器人，a25為機(jī) 器人的末端，10為三維標(biāo)定塊，a23為機(jī)器人坐標(biāo)系，a25為機(jī)器人的末端，a24為世界坐標(biāo) 系，即標(biāo)定塊10的坐標(biāo)系，a26為工作臺(tái)。其中，機(jī)器人的末端a25用于對(duì)待加工的零件進(jìn) 行工作；機(jī)器人坐標(biāo)系a23是根據(jù)固定和支撐機(jī)器人手臂的固定裝置a27來(lái)確定的，將固定 裝置a27作為一三維裝置，根據(jù)其各個(gè)方向的延伸方向確定機(jī)器人坐標(biāo)系a23,機(jī)器人坐標(biāo) 系a23的Z軸平行于世界坐標(biāo)系a24的Z軸。
[0036] 為了更直觀的體現(xiàn)出坐標(biāo)系的標(biāo)定過(guò)程以世界坐標(biāo)