工具头位姿的调整方法、装置及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工具头位姿的调整方法、装置及可读存储介质，通过激光距离传感器检测到激光点的距离值，各激光点能构建至少一平面，从而确定待检测部位对应的各平面，并计算各平面的综合法向量，利用位姿表达式计算机器人工具头的位姿参数，从而调整工具头的位姿；本发明专利技术能够准确确定工具头待调整位姿的位姿参数，进而提高了艾灸仪的作业效率，并且，本发明专利技术的激光距离传感器成本低，机器人作业时，精度高、实时性强，能够适应工具头与人体接触式场景或保持人体一定距离的场景。

【技术实现步骤摘要】
工具头位姿的调整方法、装置及可读存储介质
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种工具头位姿的调整方法、装置及可读存储介质。
技术介绍
随着机器人技术的发展，机器人的性能和安全性有了长足的提升，人机协作机器人的出现，更是标志着人和机器人协同工作成为切实可行的事情。近十年现代工业飞速发展，机器人的普及应用也使得机器人的成本在近两年迅速靠近消费者可负担的水平。个人护理机器人作为机器人的一种，包括安装在机械手臂末端带有护理功能(按摩，艾灸，化妆，美容等)的工具头，该工具头与被护理的人体直接接触或者保持特定的距离和姿势来进行护理作业。目前，确定护理机器人工作时位姿(位置和姿态)的解决方案主要有机器视觉方案、接触式多轴力传感器方案、雷达(超声波或者激光等)传感器。上述解决方案都有不尽人意的地方，例如，机器视觉方案的机器人价格昂贵，机器人视觉方案需要特殊光源照射，扫描时间和坐标生成时间长，实时性差，摄像头的体积大不利于集成在工具头，并且暴露了客户的隐私部位；接触式多轴力传感器方案的机器人价格昂贵，只适用于工具头与人体接触式场景，对工具头位姿指导没有前瞻性；雷达方案的机器人价格昂贵、精度差、盲区大、容易受干扰，且长时间雷达波的放射对人体健康有潜在风险。所以，如何提供一种价格低廉、精度高、实时性强及位姿确定准确的工具头位姿确定方案成为待解决的问题。上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种价格低廉、精度高、实时性强及位姿确定准确的工具头位姿确定方案。为实现上述目的，本专利技术提供一种工具头位姿的调整方法，所述工具头位姿的调整方法包括：控制激光距离传感器的激光点照射到待检测部位上，使得各所述激光点不在一条直线上，其中，所述激光距离传感器的数量大于2个；获取各所述激光距离传感器测量的距离值、各所述激光距离传感器的初始坐标及各所述激光距离传感器的激光方向，其中，所述距离值为所述激光距离传感器与对应的所述激光点的距离；基于所述距离值、所述初始坐标及所述激光方向计算所述待检测部位上各激光点的激光点坐标，计算各所述激光点坐标所确定的平面的综合平面法向量，其中，所述综合平面法向量由所述激光点坐标确定的平面的平面法向量求得；基于预设的位姿表达式、所述距离值及所述综合平面法向量计算所述机器人的工具头待调整位姿的位姿参数，并基于所述位姿参数控制所述机器人的工具头调整至所述待调整位姿。可选地，若所述激光距离传感器的数量大于3个，所述计算各所述激光点坐标所确定的平面的综合平面法向量的步骤包括：计算所述激光点坐标所确定的对应平面的平面法向量；利用加权平均算法计算各所述平面法向量的加权平均值，将所述加权平均值作为所述综合平面法向量。可选地，所述位姿表达式包括欧拉角、四元数或者旋转矩阵表达式。可选地，所述激光距离传感器的数量为3个，各所述激光距离传感器的激光束互相平行。可选地，所述基于所述距离值、所述初始坐标及所述激光方向计算所述待检测部位上各激光点的激光点坐标的步骤包括：设各所述激光方向的单位向量分别为Ra(rx1，ry1，rz1)、Rb(rx2，ry2，rz2)、Rc(rx3，ry3，rz3)，各所述激光距离传感器所在工具头坐标系的坐标为Pa(x1，y1，z1)、Pb(x2，y2，z2)、Pc(x3，y3，z3)，各所述距离值为d1、d2、d3，各所述激光点的坐标为Ua、Ub、Uc.，则Ua.x＝x1+rx1*d1，Ua.y＝y1+ry1*d1，Ua.z＝z1+rz1*d1；Ub.x＝x2+rx2*d2，Ub.y＝y2+ry2*d2，Ub.z＝z2+rz2*d2；Uc.x＝x3+rx3*d3，Uc.y＝y3+ry3*d3，Uc.z＝z3+rz3*d3；即求得各所述激光点的坐标Ua(Ua.x，Ua.y，Ua.z)、Ub(Ub.x，Uby，Ub.z)、Uc(Uc.x，Uc.y，Uc.z)。可选地，所述基于预设的位姿表达式、所述距离值及所述综合平面法向量计算所述机器人的工具头待调整位姿的位姿参数的步骤包括：设求得的所述综合平面法向量为V(vx，vy，vz)，约定vz>0，其中，若vz<0，则所述综合平面法向量乘以-1；预设公式M(α，β，γ)*[0，0，1]T＝VnormT。，其中M(α，β，γ)为欧拉角旋转公式中的旋转矩阵，Vnorm表示模为1的所述综合平面法向量，α、β、γ分别表示欧拉角；基于所述预设公式、所述距离值及欧拉角旋转公式求得所述位姿参数。可选地，所述基于所述预设公式、所述距离值及欧拉角旋转公式求得所述位姿参数的步骤包括：令rx＝0，基于所述预设公式及所述欧拉角旋转公式联立方程组求出ry、rz，其中，rx、ry、rz分别为欧拉角α、β、γ；基于所述距离值利用预设算法计算综合距离值，设为daver；将所述工具头坐标系的原点在z方向加上daver，使得所述原点设置在所述待检测部位；获取所述原点设置在所述待检测部位时，所述原点相对于机械手基座的基座坐标系的位姿参数，设为x0、y0、z0、rx0、ry0、rz0；设所述工具头的待调整位姿的欧拉角参数为Rx、Ry、Rz，则Rx＝rx0，Ry＝ry0+ry，Rz＝rz0+rz，则所述工具头的待调整位姿的位姿参数为x0、y0、z0、Rx、Ry、Rz。可选地，所述预设算法包括平均值算法及加权平均算法。此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种工具头位姿的调整装置，所述工具头位姿的调整装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的工具头位姿的调整程序，所述工具头位姿的调整程序被所述处理器执行时实现如上所述的工具头位姿的调整方法的步骤。此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有工具头位姿的调整程序，所述工具头位姿的调整程序被处理器执行时实现如上所述的工具头位姿的调整方法的步骤。本专利技术提供一种工具头位姿的调整方法、装置可读存储介质，能够准确确定机器人工具头的位姿，从而提高了机器人的作业效率；本专利技术的激光距离传感器成本低、体积小、精度高，能够很好的集成在机器人的工具头上，从而有利于工具头位姿的确定，能够实时对激光距离器的位置进行调整，并且本专利技术能够适应工具头与人体接触式场景或保持人体一定距离的场景。附图说明图1为本专利技术工具头位姿的调整方法第一实施例的流程示意图；图2为艾灸仪机器人在待检测部位进行针灸的示意图；图3为第一实施例中3个激光距离传感器在工具头上的示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工具头位姿的调整方法，用于机器人，其特征在于，所述工具头位姿的调整方法包括：/n控制激光距离传感器的激光点照射到待检测部位上，使得各所述激光点不在一条直线上，其中，所述激光距离传感器的数量大于2个；/n获取各所述激光距离传感器测量的距离值、各所述激光距离传感器的初始坐标及各所述激光距离传感器的激光方向，其中，所述距离值为所述激光距离传感器与对应的所述激光点的距离；/n基于所述距离值、所述初始坐标及所述激光方向计算所述待检测部位上各激光点的激光点坐标，计算各所述激光点坐标所确定的平面的综合平面法向量，其中，所述综合平面法向量由所述激光点坐标确定的平面的平面法向量求得；/n基于预设的位姿表达式、所述距离值及所述综合平面法向量计算所述机器人的工具头待调整位姿的位姿参数，并基于所述位姿参数控制所述机器人的工具头调整至所述待调整位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种工具头位姿的调整方法，用于机器人，其特征在于，所述工具头位姿的调整方法包括：
控制激光距离传感器的激光点照射到待检测部位上，使得各所述激光点不在一条直线上，其中，所述激光距离传感器的数量大于2个；
获取各所述激光距离传感器测量的距离值、各所述激光距离传感器的初始坐标及各所述激光距离传感器的激光方向，其中，所述距离值为所述激光距离传感器与对应的所述激光点的距离；
基于所述距离值、所述初始坐标及所述激光方向计算所述待检测部位上各激光点的激光点坐标，计算各所述激光点坐标所确定的平面的综合平面法向量，其中，所述综合平面法向量由所述激光点坐标确定的平面的平面法向量求得；
基于预设的位姿表达式、所述距离值及所述综合平面法向量计算所述机器人的工具头待调整位姿的位姿参数，并基于所述位姿参数控制所述机器人的工具头调整至所述待调整位姿。


2.如权利要求1所述的工具头位姿的调整方法，其特征在于，若所述激光距离传感器的数量大于3个，所述计算各所述激光点坐标所确定的平面的综合平面法向量的步骤包括：
计算所述激光点坐标所确定的对应平面的平面法向量；
利用加权平均算法计算各所述平面法向量的加权平均值，将所述加权平均值作为所述综合平面法向量。


3.如权利要求1所述的工具头位姿的调整方法，其特征在于，所述位姿表达式包括欧拉角、四元数或者旋转矩阵表达式。


4.如权利要求1所述的工具头位姿的调整方法，其特征在于，所述激光距离传感器的数量为3个，各所述激光距离传感器的激光束互相平行。


5.如权利要求4所述的工具头位姿的调整方法，其特征在于，所述基于所述距离值、所述初始坐标及所述激光方向计算所述待检测部位上各激光点的激光点坐标的步骤包括：
设各所述激光方向的单位向量分别为Ra(rx1，ry1，rz1)、Rb(rx2，ry2，rz2)、Rc(rx3，ry3，rz3)，各所述激光距离传感器所在工具头坐标系的坐标为Pa(x1，y1，z1)、Pb(x2，y2，z2)、Pc(x3，y3，z3)，各所述距离值为d1、d2、d3，各所述激光点的坐标为Ua、Ub、Uc.，则
Ua.x＝x1+rx1*d1，Ua.y＝y1+ry1*d1，Ua.z＝z1+rz1*d1；
Ub.x＝x2+rx2*d2，Ub.y＝y2+ry2*d2，Ub.z＝z2+rz2*d2；
Uc.x＝x3+rx3*d3，Uc.y＝y3+ry...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫超，李爱镇，
申请(专利权)人：珠海市万瑙特健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44