[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

摘要

本发明提出一种机器人坐标系与三维测量坐标系的变换方法，该方法通过公共点提取、变换矩阵计算和坐标转换步骤实现测量数据的坐标到机器人坐标的变换。具体的，该方法首先在机器人工作环境中选取4个位置不变的角点作为公共点；然后，建立标准坐标系，并计算公共点到标准坐标系的正变换和逆变换矩阵，从而推算出三维测量系统到机器人运动系统的坐标变换矩阵；最后，根据变换矩阵将三维测量数据变换到机器人坐标系下。本发明的优点在于只需通过4个公共点，无需复杂的迭代计算即可计算出坐标转换所需的旋转平移矩阵，并对公共点误差带来的变换误差进行了一定的修正。因此，本方法可解决智能机器人与三维测量系统坐标系转换问题，并降低由于公共点误差而带来的转换误差。

主权项

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。