一种工件坐标系统的标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工件坐标系统的标定方法，以实现对任意形状的工件坐标系统进行精确标定；该方法通过控制机器人的运动，使测量装置能够测量出工件表面若干点的坐标，将测量到的点坐标与工件三维模型进行最优化匹配，进而完成工件坐标系统的标定；通过该方法，可以使测量过程简单易行，以及实现了对任意形状工件的坐标系统校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工件的位姿标定
，特别涉及一种机器人领域中工件坐 标系统的标定方法。
技术介绍
坐标系统标定是机器人领域的关键技术，其任务是确定机器人加工系统中 工件、工具等的位置。由离线编程等方法得到的机器人加工仿真程序，需要结 合工具/工件的标定才能实际应用。当前，现有的工件标定技术只能做到基于 工件上的标准面等进行标定，实现对工件的简单定位。但随着机器人加工对象 的曰渐复杂，大量的加工工件(如复杂曲面等)都不存在可供定位的标准面或 标准面的定位约束不够，这使得现有技术中的标定方法对于这些工件位置的标 定不够精确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够对任意形状的工件坐标系统 进行精确标定的方法。为解决上述技术问题,本专利技术采取的技术方案是提供一种工件坐标系统的标定方法，该方法包括下列步骤Al.标定测量装置和机器人基座坐标系间的位置关系，在所述机器人末端 固定所述工件，其中，所述测量装置及所述机器人基座位置固定；A2.控制所述机器人运动，通过所述测量装置测量所述工件表面若干点的 坐标；A3.将测量到的点坐标与工件三维^^莫型进行最优化匹配，完成所述工件坐 标系到机器人末端坐标系间位姿关系的标定。优选的，步骤A2还可以包括步骤通过所述机器人的控制使所述工件在 所述测量装置的测量范围内运动，使所述测量装置扫描到所述工件的表面。 优选的，步骤A3还可以包括步骤设置所述三维模型基准坐标系的初始 值，使所述三维模型与所述测量到的点坐标在三维空间中接近，通过三维最优 匹配算法使所述测量到的点坐标与所述三维模型实现三维最优匹配；其中，所 述最优匹配算法可以为迭代最近点算法、高斯-牛顿算法或注册算法。优选的，上述技术方案中的测量装置可以为线激光测量器或点激光测量器。本专利技术采取的另 一种技术方案是提供，该方 法包括下列步骤Bl.标定测量装置和机器人末端坐标系间的位置关系，其中，所述测量装 置固定于所述机器人的末端，并且所述工件及所述机器人位置固定；B2.控制所述机器人运动，通过所述测量装置测量所述工件表面若干点的 坐标；B3.将测量到的点坐标与工件三维模型进行最优化匹配，完成所述工件坐 标系到机器人基座坐标系间位姿关系的标定。优选的，步骤B2还可以包括步骤通过所述机器人的控制使所述工件处 于所述测量装置的测量范围内，使所述测量装置扫描到所述工件的表面。优选的，步骤B3还可以包括步骤设置所述三维模型基准坐标系的初始 值，使所述三维模型与所述测量到的点坐标在三维空间中接近，通过三维最优 匹配算法使所述测量到的点坐标与所述三维模型实现三维最优匹配；其中，所 述最优匹配算法可以为迭代最近点算法、高斯-牛顿算法或注册算法。优选的，上述技术方案中的测量装置可以为线激光测量器或点激光测量器。同现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点1. 可以运用接触与非接触式的测量装置作为测量工具，如线激光测量器、 点激光测量器等，测量过程简单易行；2. 由于采取了将测量到的工件表面点坐标与工件三维模型进行最优化匹 配，进而完成工件坐标系统标定的方式，对工件的定位无需基于工件上的标准 面，实现了对任意形状工件的坐标系统校准。附图说明图l是本专利技术实施方式的结构图； 图2是本专利技术实施方式的流程图3是本专利技术第二种实施方式的结构图； 图4是本专利技术第二种实施方式的流程具体实施例方式本专利技术的核心思想是通过控制机器人的运动，使测量装置能够测量出工 件表面若干点的坐标，将测量到的点坐标与工件三维才莫型进行最优化匹配，进 而完成所述工件坐标系统的标定。参照图l,是本专利技术实施方式的结构如图所示，包括机器人IO、测量装置ll、工件12,其中机器人10的基 座101和测量装置11分别固定，例如固定在世界坐标系中等，工件12固定于 机器人10的末端102。其中测量装置11可以为线激光测量器或点激光测量器。参照图2，是本专利技术实施方式的流程步骤201，标定测量装置和机器人基座坐标系间的位置关系，将工件固定 在机器人末端；由于测量装置11与机器人基座10 l相对静止，利用公知的标定技术可以完 成测量装置11与机器人基座101之间的位姿关系标定，假设其为87^将工件 12固定于机器人末端102，以便机器人10对其进行测量路径的编辑。步骤202,控制机器人运动，通过测量装置测量工件表面若干点的坐标； 通过机器人10的控制，可以使工件12在测量装置11的测量范围内运动， 使得测量装置11能够扫描到工件表面；假设工件12上被扫描的点在测量装置 11坐标系下的坐标为^w，则该点在才几器人末端102坐标系(ToolO)下的坐其中，ToolO为机器人末端102相对于机器人基座101之间的位姿矩阵， 的坐标，&为测量装置11与机器人基座101坐标系 间的位姿转换矩阵。步骤203，读入工件三维模型数据；三维模型的基准坐标系被定义为工件12坐标系，本实施例标定的坐标系 关系即为工件12坐标系与ToolO间的位姿关系。导入三维模型时，设置三维 模型基准坐标系(工件12坐标系)的初始值，即设置初始的工件12坐标系标 定值(Wobjinitial，其缺省值为单位位姿矩阵)，使三维模型与测量到的工件 12表面点在三维空间中接近。优选的，上述三维模型可以为CAD模型。 步骤204，将测量到的点坐标与工件三维模型进行最优化匹配。 通过诸如迭代最近点算法(Iterated Closest Point )、高斯-牛顿算法 (Gauss-Newton)或注册算法(Registration)等三维最优匹配算法，使测量 到的三维点与三维模型实现三维最优匹配，并得到三维点云匹配到三维模型过 程中的位姿转换关系，々!i殳为"^;c，计算出实际的工件12系统位姿，即为她必t _1*Wobjinitial。 参照图3，是本专利技术第二种实施方式的结构如图所示，本实施例与上述优选实施例的区别为工件12与测量装置11 的位置互换，即工件12位置固定，同机器人10相对静止，测量装置ll则固 定于机器人末端102。参照图4，是本专利技术第二种实施方式的流程步骤401,将测量装置固定在机器人末端，标定测量装置和机器人末 端坐标系间的位置关系；由于测量装置11固定在机器人末端102坐标系上，利用公知的标定技 术可以完成测量装置11与机器人末端102之间的位姿关系标定，假设其为M ，步骤402，控制4/L器人运动，通过测量装置测量工件表面若干点的坐标； 通过机器人10的控制使工件12处于测量装置11的测量范围内，使测量装置11能够扫描到工件12的表面。假设工件12上的被扫描点在测量装置11 坐标系下的坐标为^^,则该点在机器人基座101坐标系(Base)下的坐标即其中，ToolO为机器人末端102相对于机器人基座101之间的位姿矩阵， I肠为该点在Base下的坐标，7°°'°^为测量装置11与机器人末端102坐标系 间的位姿转换矩阵。步骤403，读入工件三维模型数据；三维模型的基准坐标系被定义为工件12坐标系，本实施例标定的坐标系 关系即为工件12坐标系与Base间的位姿关系。导入三维模型时，设置三维模 型基准坐标系(工件12坐标系)的初始值，即设置初始的工件12坐标系标定 值(Wobjinitial，其缺省本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工件坐标系统的标定方法，其特征在于，包括：１０１．标定测量装置和机器人基座坐标系间的位置关系，在所述机器人末端固定所述工件，其中，所述测量装置及所述机器人基座位置固定；１０２．控制所述机器人运动，通过所述测量装置测量所述 工件表面若干点的坐标；１０３．将测量到的点坐标与工件三维模型进行最优化匹配，完成所述工件坐标系到机器人末端坐标系间位姿关系的标定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤青，甘中学，孙云权，吴水华，宁随军，韦魏，
申请(专利权)人：廊坊智通机器人系统有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]