一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法技术方案

本发明专利技术属于机器人技术和计算机图形学领域，公开一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法，包括：S1、根据机器人生产系统三维仿真模型表面特征，构建机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系；S2、在机器人生产系统三维仿真模型上选择一组表面特征对；S3、根据约束关系，计算表面特征对之间的变换矩阵；S4、根据变换矩阵，三维仿真模型的位姿将得到调整，进而对机器人生产系统三维仿真模型的位姿进行快速而精确的调整。采用本发明专利技术方法可以根据机器人生产系统三维仿真模型的表面特征，快速调整三维模型的位姿，从而实现机器人生产系统三维仿真模型的快速搭建。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法
本专利技术涉及机器人技术和计算机图形学领域，尤其涉及一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法。
技术介绍
随着机器人应用领域的发展，对工业机器人仿真的研究越来越广泛。现有的机器人仿真系统中大都支持改变三维仿真模型的局部坐标系，从而改变其在空间中的位姿，这种方法在灵活性和准确性上存在局限。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法。本专利技术采用如下技术方案实现：一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法，包括步骤：S1、根据机器人生产系统三维仿真模型表面特征，构建机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系；S2、在机器人生产系统三维仿真模型上选择一组表面特征对；S3、根据约束关系，计算表面特征对之间的变换矩阵；S4、根据变换矩阵，三维仿真模型的位姿将得到调整，进而对机器人生产系统三维仿真模型的位姿进行快速而精确的调整。优选地，机器人生产系统三维仿真模型表面特征包括特征点、特征边和特征面，其中，特征边为直线类型，特征面为平面类型。优选地，机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系包括重合约束、距离约束、平行约束、角度约束。优选地，选择的一组表面特征对包括特征点-特征点、特征边-特征边、特征面-特征面，其中：特征点-特征点间的约束关系包括重合约束和距离约束，特征边-特征边以及特征面-特征面间的约束关系包括重合约束、平行约束、距离约束和角度约束。优选地，变换矩阵T包括旋转矩阵R和平移变换t。优选地，当选择特征点-特征点组合方式时，可以选择重合约束和距离约束，计算表面特征对之间的变换矩阵T的方法包括：分别在模型A和模型B上拾取两个特征点P1和P2：(1)当选择重合约束时，计算P2到P1的平移变换t，即可求出变换矩阵T；(2)当选择距离约束时，首先计算P2到P1的距离d，以P2到P1的向量作为平移基准向量，然后根据设定的距离D和P2到P1的距离d确定平移方向，计算平移变换t，即可求出变换矩阵T。优选地，当选择特征边-特征边组合方式时，可以选择平行约束、重合约束、距离约束、角度约束，计算表面特征对之间的变换矩阵T的方法包括：分别在模型A和模型B上拾取两条特征边E1和E2：(1)当选择平行约束时，首先获取E1和E2的单位方向向量和和的夹角θ由下式计算：以和的叉乘向量作为旋转轴，罗德里格斯旋转公式可以计算绕旋转θ到的旋转矩阵R，即可求出变换矩阵T。(2)当选择重合约束时，首先给E1和E2施加平行约束，然后取边E2上的一点Pe2，过Pe2作E1的垂线于点Pe1，计算Pe2到Pe1的平移变换t，即可求出T。(3)当选择距离约束时，先施加平行约束，取边E2上的一点Pe2，过Pe2作E1的垂线于点Pe1，然后令Pe1＝P1，Pe2＝P2，转化为选择特征点-特征点组合方式的距离约束的情况。(4)当选择角度约束时，获取E1和E2的单位方向向量和先确定旋转方向如果令否则令然后施加平行约束并计算绕旋转设定角度θval的旋转矩阵R，即可求出变换矩阵T。优选地，当选择特征面-特征面组合方式时，可选择选择平行约束、重合约束、距离约束、角度约束，计算表面特征对之间的变换矩阵T的方法包括：分别在模型A和模型B上拾取两个特征面F1和F2。(1)当选择平行约束时，将两个面F1和F2的法向量和单位化为和如前面特征边-特征边平行约束方法相同，利用罗德里格斯旋转公式可以求出旋转矩阵R，即可求出变换矩阵T。(2)当选择重合约束时，首先给两个面F1和F2施加平行约束，然后取面F2上的一点Pf2，过点Pf2作面F1的垂线于Pf1，计算点Pf2到点Pf1的平移变换t，即可求出变换矩阵T。(3)当选择距离约束时，先施加平行约束，取面F2上的一点Pf2，过点Pf2作面F1的垂线于Pf1，然后令Pf1＝P1，Pf2＝P2，转化为选择特征点-特征点组合方式的距离约束的情况。(4)当选择角度约束时，先确定旋转方向将两个面F1和F2的法向量和单位化为和如果令否则，令然后施加平行约束并计算绕旋转180°-θval的旋转矩阵R，即可求出变换矩阵T；其中：θval为设定角度。与一般技术相比，本专利技术的有益效果包括：通过特征间约束，可以精确地调整三维仿真模型的位姿，从而实现机器人生产系统虚拟模型的快速搭建。附图说明图1为一个实施例中一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法的流程图。具体实施方式为更进一步阐明本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚和完整地描述。一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、根据机器人生产系统三维仿真模型表面特征，构建机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系。在一个实施例中，机器人生产系统三维仿真模型表面特征包括特征点、特征边和特征面，其中，特征边为直线类型，特征面为平面类型。特征间的约束关系包括重合约束、距离约束、平行约束、角度约束等。S2、在机器人生产系统三维仿真模型上选择一组表面特征对。在一个实施例中，所选择的一组表面特征对包括特征点-特征点、特征边-特征边、特征面-特征面，其中特征点-特征点间的约束关系包括重合约束和距离约束，特征边-特征边以及特征面-特征面间的约束关系包括重合约束、平行约束、距离约束和角度约束，如表1所示。表1S3、根据约束关系，计算表面特征对之间的变换矩阵。在一个实施例中，变换矩阵T包括旋转矩阵R和平移变换t，计算方法包括：当选择特征点-特征点组合方式时，可以选择重合约束和距离约束。分别在模型A和模型B上拾取两个特征点P1和P2。(1)当选择重合约束时，计算P2到P1的平移变换t，即可求出T。(2)当选择距离约束时，首先计算P2到P1的距离d，以P2到P1的向量作为平移基准向量，然后根据设定的距离D和P2到P1的距离d确定平移方向，计算平移变换t，即可求出T。当选择特征边-特征边组合方式时，可以选择四种约束关系。分别在模型A和模型B上拾取两条特征边E1和E2。(5)当选择平行约束时，首先获取E1和E2的单位方向向量和和的夹角θ由下式计算：以和的叉乘向量作为旋转轴，罗德里格斯旋转公式可以计算绕旋转θ到的旋转矩阵R，即可求出T。(6)当选择重合约束时，首先给E1和E2施加平行约束，然后取边E2上的一点Pe2，过Pe2作E1的垂线于点Pe1，计算Pe2到Pe1的平移变换t，即可求出T。(7)当选择距离约束时，先施加平行约束，取边E2上的一点Pe2，过Pe2作E1的垂线于点Pe1，然后令Pe1＝P1，Pe2＝P2，转化为选择特征点-特征点组合方式的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法，其特征在于，包括步骤：/nS1、根据机器人生产系统三维仿真模型表面特征，构建机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系；/nS2、在机器人生产系统三维仿真模型上选择一组表面特征对；/nS3、根据约束关系，计算表面特征对之间的变换矩阵；/nS4、根据变换矩阵，三维仿真模型的位姿将得到调整，进而对机器人生产系统三维仿真模型的位姿进行快速而精确的调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人生产系统三维仿真模型的位姿调整方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据机器人生产系统三维仿真模型表面特征，构建机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系；
S2、在机器人生产系统三维仿真模型上选择一组表面特征对；
S3、根据约束关系，计算表面特征对之间的变换矩阵；
S4、根据变换矩阵，三维仿真模型的位姿将得到调整，进而对机器人生产系统三维仿真模型的位姿进行快速而精确的调整。


2.根据权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，机器人生产系统三维仿真模型表面特征包括特征点、特征边和特征面，其中，特征边为直线类型，特征面为平面类型。


3.根据权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，机器人生产系统三维仿真模型特征间的约束关系包括重合约束、距离约束、平行约束、角度约束。


4.根据权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，选择的一组表面特征对包括特征点-特征点、特征边-特征边、特征面-特征面，其中：特征点-特征点间的约束关系包括重合约束和距离约束，特征边-特征边以及特征面-特征面间的约束关系包括重合约束、平行约束、距离约束和角度约束。


5.根据权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，变换矩阵T包括旋转矩阵R和平移变换t。


6.根据权利要求5所述的位姿调整方法，其特征在于，当选择特征点-特征点组合方式时，可以选择重合约束和距离约束，计算表面特征对之间的变换矩阵T的方法包括：
分别在模型A和模型B上拾取两个特征点P1和P2：
(1)当选择重合约束时，计算P2到P1的平移变换t，即可求出变换矩阵T；
(2)当选择距离约束时，首先计算P2到P1的距离d，以P2到P1的向量作为平移基准向量，然后根据设定的距离D和P2到P1的距离d确定平移方向，计算平移变换t，即可求出变换矩阵T。


7.根据权利要求5所述的位姿调整方法，其特征在于，当选择特征边-特征边组合方式时，可以选择平行约束、重合约束、距离约束、角度约束，计算表面特征对之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，杨天，张宪民，郑永忠，
申请(专利权)人：华南理工大学，佛山市三技精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44