[发明专利]一种机器人坐标系与三维测量坐标系的变换方法

权利要求书

1.一种机器人坐标系与三维测量坐标系的变换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：公共点坐标提取：在机器人工作环境中选定4个公共点，然后在机器人运动坐标系下和三维测量坐标系下，分别提取这4个公共点的三维空间坐标作为坐标系变换的依据；

S2：变换矩阵计算：将4个公共点划分成4个特征三角形，并建立一个标准坐标系；计算运动坐标系下和扫描坐标系下的特征三角形转换到标准坐标系的正变换矩阵和逆变换矩阵；根据正变换矩阵和逆变换矩阵，将4个公共点的扫描坐标转换到运动坐标系下，并求取每个公共点转换后的均值坐标；最后计算公共点的扫描坐标到均值坐标的旋转平移矩阵；

S3：扫描数据坐标系转换：根据S2计算得到的变换矩阵，对测量系统得到的三维数据进行三维旋转和平移，使测量数据从测量系统的坐标系变换到机器人运动系统的坐标系中；

步骤S2中，包含以下子步骤：

S2.1：特征三角形划分：对4个公共点进行编号，编号为1、2、3、4；然后抽取一个点作为特征三角形的顶点，选取另一个点与顶点连线形成参考边，最后再选取一个点与另外两点连线形成一个三角形；

S2.2：标准坐标系建立：以特征三角形的顶点作为坐标系的原点，以特征三角形参考边的方向作为X轴方向，以特征三角形平面内垂直于参考边的方向作为Y轴方向，以垂直于三角形平面的方向为Z轴方向建立一个标准坐标系；

S2.3：标准坐标系变换矩阵计算：计算机器人运动坐标系和测量坐标系的特征三角形到标准坐标系的正变换矩阵和逆变换矩阵；令特征三角形三个点的坐 标为：(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)，(x₃,y₃,z₃)，则正变换矩阵为：

式中，i＝1、2、3，逆变换矩阵为：

S2.4：公共点坐标变换：将S2.3得到的测量坐标系到标准坐标系的4个正变换矩阵和机器人坐标系到标准坐标系的4个逆变换矩阵，根据特征三角形的对应关系一一对应后形成4对变换矩阵；然后，依次对测量系统下公共点的坐标乘上测量系统坐标系到标准坐标系的正变换矩阵，再乘上对应的逆变换矩阵；

S2.5：均值化处理：将S2.4得到的4种变换结果的坐标值进行均值计算，从而降低公共点坐标误差导致的坐标转换误差；

S2.6：变换矩阵计算：任意提取3个均值化处理后的公共点坐标，形成一个特征三角形，计算该特征三角形到标准坐标系的逆变换矩阵；然后在计算扫描坐标系下对应特征三角形到标准坐标系的正变换矩阵；最后将上述的正变换矩阵和逆变换矩阵作为一组坐标变换矩阵组，用于实现测量坐标系到运动坐标系的转换。

2.根据权利要求1所述的一种机器人坐标系与三维测量坐标系的变换方法，其特征在于，步骤S1中，公共点坐标提取的具体过程为：

S1.1：公共点选取：在机器人工作环境中，选取4个位置不同，且绝对位置 不会发生改变的角点作为公共点；

S1.2：公共点的运动坐标提取：通过机器人的示教器或点动控制器，将机器人的末端执行机构依次移动到4个公共点的位置，并按顺序记录4个公共点在运动坐标系下的三维空间坐标；

S1.3：公共点的测量坐标提取：对三维测量系统测量得到的三维数据进行处理，利用角点识别方法，得到4个公共点在测量系统下的三维空间坐标。