[发明专利]一种计算工件绝对坐标的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人自动化控制技术和在线测量技术，是一种基于对工件特征点提取，计算工件绝对坐标的方法。 

背景技术

在机器人自动化加工、搬运、装配等领域，为提高机器人系统作业的柔性和智能程度，在机器人对工件进行作业前，首先利用测量设备对工件特征点进行提取、测量，再利用空间坐标变换算法将特征点变换到机器人世界坐标系内，从而得到工件相对于机器人世界坐标系的位置，即工件坐标系。计算工件坐标系下，与工件相关的加工、搬运、装配等过程均以工件坐标系为参考坐标系建立机器人运动路径，从而可以实现在自动化生产过程中，对新来的工件进行测量、计算、得到该工件的坐标系后，更新原来的工件坐标系，即可更新机器人针对工件加工、或搬运、或装配等的工作路径，而更新后的机器人工作路径是完全符合当前工件位姿的。 

目前已经有多种激光测量定位工件的方法，但总体上存在如下的问题：一是由于大部分的激光测量设备自身的坐标系并非和硬件安装法兰重合，而是在测量设备内部的某个位置(如CCD中心等)，无法通过物理的方法直接进行标定，因此需要编写复杂的标定算法和软件，辅之以标定工具，才能完成测量设备的标定工作，而且该标定过程需要远程电脑进行数据运算和通讯，增加了系统复杂度；二是对物体的测量过程是通过单线激光扫描物体的特征部位，采集大量的点数据，再对数据依次进行去噪、稀释、算法处理、匹配等，最终得到物体相对于标准位置的偏差，进行偏差补偿，这过程复杂，稳定性差，对算法和软件的要求高，并且扫描过程占用很长时间，极大地影响了节奏和系统效益。 

发明内容

本发明旨在解决机器人生产过程中由于工件位置不确定性带来的难题，以降低工装设计难度，提高制造精度，同时也提高机器人自动化流水线的智能化、柔性化程度。 

1.本发明解决问题的方案是：利用工业测量设备对工件的特征点进行提取、计算，通过空间坐标变换算法将工件的特征点坐标从测量设备坐标系下变换到机器人世界坐标系下，通过提取三个不同的特征点，创建工件坐标系。上述过程包括以下步骤： 

测量设备被固定在机器人执行器末端，测量设备的位置相对于机器人执行器末端的位置不变； 

在机器人运动过程中，被测量工件的位置相对于机器人世界坐标系不变； 

测量设备的坐标系原点在其自身的安装法兰中心点，通过机器人自带的空间点标定功能标定出测量设备的坐标系原点； 

通过测量设备自带的软件，计算出测量设备坐标系的姿态； 

测量设备测量工件不同部位，提取出工件在测量设备坐标系下的三个特征点数据； 

根据空间坐标变换算法，将工件的三个特征点从测量设备坐标系下变换到机器人的世界坐标系下，得到在机器人世界坐标系下的工件三个特征点； 

根据三个特征点建立工件的绝对坐标系，选择第一个特征点作为工件坐标系原点，第一个特征点指向第二个特征点的为工件坐标系的X轴方向，三个特征点确定的平面作为工件坐标系的XOY平面，从而确定最终的工件坐标系。 

本发明中，利用初始化工件的绝对坐标系对工件测量完成后，机器人对工件进行加工、搬运、装配等过程中，机器人的程序均建立在工件坐标系上。 

本发明计算工件绝对坐标的方法中，转换公式为P_cam×P_feature＝P_wld，其中P_cam为测量设备相对于机器人执行器末端的空间位置和姿态关系，P_wld为机器人世界坐标系下的特征点；P_cam为RPY格式，首先将P_cam转换为Quaternion格式，再转换为4×4矩阵；P_feature为空间点坐标，将P_feature转换为Vector向量格式，由矩阵和向量相乘即可得出P_wld，P_wld为空间坐标点。 

参数设定：根据实际工况选择机器人的速度以及和周围设备的配合逻辑等，以使得系统达到最稳定的运行状态。 

系统自动运行：在完成标定，施教，设定等工作后，系统具备自动运行的条件，可投入生产。 

本发明的优点在于： 

第一，将工件的特征提取这一关键而复杂的工作从测量过程剥离出去，集成到测量设备内部，通过测量设备自带的人机交互软件对测量设备特征提取算法进行选择以及参数设定； 

第二，可根据工件各个特征的不同选择不同的特征提取算法，兼容性强大；