基于轮廓传感器的空间定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于轮廓传感器的空间定位方法，主要将物体在空间内的移动关系转换成空间矩形在空间内的移动关系，运用空间矩形上的特征点的坐标变化求得空间矩形在三维坐标系内的旋转角度和平移值。本发明专利技术还提供了一种基于轮廓传感器的空间定位系统。本发明专利技术提供的方法需要特征点少，计算量小；反馈速度快，同时能有效降低基于轮廓传感器测量方法的误差。时能有效降低基于轮廓传感器测量方法的误差。时能有效降低基于轮廓传感器测量方法的误差。

【技术实现步骤摘要】
基于轮廓传感器的空间定位方法及系统


[0001]本专利技术属于空间定位
，特别涉及一种基于轮廓传感器的空间定位方法和系统。

技术介绍

[0002]随着工业生产自动化程度越来越高。机器人使用越来越来越普及。使得生产效率越来越高，产品质量越来越好的同时也产生了一些新的技术问题需要解决。
[0003]传统模式下，生产过程中会将待处理工件放到特定工装夹具上进行固定。机器人按照固定轨迹对工件进行处理。在这个过程中机器人的行走路径是固定不变的，这时就需要待处理工件在空间内的位置是固定不变的。但是在一些生产情况下无法保证待处理工件在空间内的位置的一致性。这时就需要机器人根据待处理工件在空间位置的变化情况改变机器人的运行轨迹以适应待处理工件。保证自动化生产的完成。这个过程中机器人需要知道待处理工件在空间位置的变化情况。这时产生了一个新的问题。即如何测量待处理工件在空间位置的变化情况。
[0004]根据测量工具的不同测量系统主要分为两种。轮廓传感器空间测量系统和相机视觉空间测量系统。
[0005](1)相机获得特征点坐标的方式：
[0006]相机对工件进行拍照，获得工件的图像信息。根据相机的像素不同。获得图像的像素点也不同。比如5千万像素的相机，获得图像有5千万个像素点规则排列。每个像素点的光学信号也不同。再通过图像信息数据分析软件找到对应的特征点。得到特征点的像素坐标。但是这个特征点的像素坐标是二维的，还需要测得这个特征点的深度信息。通常用双目相机测得特征点的深度信息。远原理就是根据特征点分别在左目相机和右目相机的像素坐标和两相机焦距的距离用算法算得特征点的深度信息。再利用特定的方法和算法将特征点的像素坐标和深度信息转化为基准坐标系base1的三维坐标值。
[0007](2)轮廓传感器获得特征点坐标的方式
[0008]轮廓传感器的测量原理：轮廓传感器有发射区和接收区。发射区发射一段激光线。根据传感器分辨率不同，这一段激光线含有的激光点数目也不同。以上海TDA项目为例传感器发射激光线含有1200个激光点。激光线照射到工件表面上，并通过工件反射在传感器接收区接受。传感器直接测得激光点的发射位置和接受位置和从发射到接收的间隔时间和接受激光点的光学信息。传感器通过内部算法算得所有接受激光点相对于传感器本身坐标系的坐标值。由于传感器发射是一条激光线所以只能得到两个维度的坐标值。分别是垂直于发射区平面方向的坐标值和在发射区平面内平行于激光线方向上的坐标值。第三个维度坐标必须有其他方法获得。我们可以调整传感器的摆放位置使传感器发射的激光线垂直于base1的一个坐标轴。
[0009]这样激光线上的每一个激光点在base1该轴上的坐标值均是相同且固定的。这样我们可以通过测量传感器在base1中的位置信息得到传感器测量工件上点的第三个维度的
坐标值。在通过特定的校正方法使测量点在传感器坐标系中两个维度的坐标值转换为测量点在base1中另外两个轴的坐标值。这样我们就会得到测量点在base1中的三维坐标值。
[0010]这两种特征点的坐标采集方式都会存在误差。经过后续的计算会放大这个误差。从而不能准确的进行定位。

技术实现思路

[0011]本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出了一种能够有效降低误差的基于轮廓传感器的空间定位方法。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于轮廓传感器的空间定位方法，包括以下步骤：
[0013]设置辅具建立基准坐标系；
[0014]在辅具的底边、顶边和侧边周围分别设置轮廓传感器；通过轮廓传感器分别采集辅具的底边、顶边和侧边上的轮廓特征点在基准坐标系中的坐标值；
[0015]通过轮廓传感器分别采集待定位物体的底边、顶边和侧边上的轮廓特征点在基准坐标系中的坐标值；
[0016]通过辅具上的轮廓特征点的坐标值和待定位物体的轮廓特征点的坐标值计算出从辅具所在的位置移动到待定位物体所在位置的移动参数。
[0017]进一步，以辅具的底边为X轴，辅具的侧边为Y轴，辅具的底边和为Y轴的侧边的交点为坐标原点建立基准坐标系。
[0018]其中，在辅具底边的下方固定设置第一轮廓传感器BX1和第二轮廓传感器BX2，在辅具的顶边的上方固定设置第三轮廓传感器BX3，在辅具的一个侧边的外侧固定设置第四轮廓传感器BX4。
[0019]更进一步，调整第一轮廓传感器BX1和第二轮廓传感器BX2的角度，使得两个传感器发出激光线在辅具上且与辅具底边垂直，第一轮廓传感器BX1发出激光线与辅具底边交点为第一轮廓特征点，第二轮廓传感器BX2发出激光线与辅具底边交点为第二轮廓特征点；调整第三轮廓传感器BX3角度使得传感器发出激光线在辅具上与辅具顶边垂直，第三轮廓传感器BX3发出激光线与辅具顶边交点为第三轮廓特征点；调整第四轮廓传感器BX4角度使得传感器发出激光线在辅具上与辅具侧边垂直，第四轮廓传感器BX4发出激光线与辅具侧边交点为第四轮廓特征点。
[0020]进一步，所述辅具的底边长度与待定位物体的底边长度相同，辅具的侧边长度与带定位物体的侧边长度相同，所述辅具为长方体辅具。
[0021]进一步，根据以下公式获得从辅具所在的位置移动到待定位物体所在位置的移动参数：
[0022]x＝P4_Z*(SINA*SINC
‑
COSA*COSC*SINB)+d*(COSC*SINA+COSA*SINB*SINC)+COSA*COSB*P4_X；
[0023]y＝P1_Y+n*(P2_Y
‑
P1_Y)；
[0024]z＝P1_Z+n*(P2_Z
‑
P1_Z)；
[0025]TANA＝(P1_Y
‑
P2_Y)/((a
‑
b)^2+(P1_Z
‑
P2_Z)^2)^1/2；
[0026]TANB＝
‑
(P1_Z
‑
P2_Z)/(a
‑
b)；
[0027]TANC＝((P1_Z
‑
P3_Z)+TANB*(a
‑
c)/COSC)/(P1_Y
‑
P3_Y)；
[0028]上述公式中，x表示辅具沿X轴平移的距离，y表示辅具沿Y轴平移的距离，z表示辅具沿Z轴平移的距离，A表示辅具围绕Z轴旋转的角度，B表示辅具围绕Y轴旋转的角度，C表示辅具围绕X轴旋转的角度，n＝(x
‑
a)/(b
‑
a)；a表示第一轮廓特征点到基准坐标系中原点的距离，b表示第二轮廓特征点到基准坐标系中原点的距离，c表示第三轮廓特征点到基准坐标系中Y轴的距离，d表示第四轮廓特征点到基准坐标系中原点的距离；P1_X、P1_Y和P1_Z分别表示第一轮廓传感器BX1观测得到的待定位物体底边上的点在基准坐标系中X轴、Y轴和Z轴上的值；P2_X、P2_Y和P2_Z分别表示第二轮廓传感器BX2观测得到的待定位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：包括以下步骤：设置辅具建立基准坐标系；在辅具的底边、顶边和侧边周围分别设置轮廓传感器；通过轮廓传感器分别采集辅具的底边、顶边和侧边上的轮廓特征点在基准坐标系中的坐标值；通过轮廓传感器分别采集待定位物体的底边、顶边和侧边上的轮廓特征点在基准坐标系中的坐标值；通过辅具上的轮廓特征点的坐标值和待定位物体的轮廓特征点的坐标值计算出从辅具所在的位置移动到待定位物体所在位置的移动参数。2.根据权利要求1所述的基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：以辅具的底边为X轴，辅具的侧边为Y轴，辅具的底边和为Y轴的侧边的交点为坐标原点建立基准坐标系。3.根据权利要求1所述的基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：在辅具底边的下方固定设置第一轮廓传感器BX1和第二轮廓传感器BX2，在辅具的顶边的上方固定设置第三轮廓传感器BX3，在辅具的一个侧边的外侧固定设置第四轮廓传感器BX4。4.根据权利要求3所述的基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：调整第一轮廓传感器BX1和第二轮廓传感器BX2的角度，使得两个传感器发出激光线在辅具上且与辅具底边垂直，第一轮廓传感器BX1发出激光线与辅具底边交点为第一轮廓特征点，第二轮廓传感器BX2发出激光线与辅具底边交点为第二轮廓特征点；调整第三轮廓传感器BX3角度使得传感器发出激光线在辅具上与辅具顶边垂直，第三轮廓传感器BX3发出激光线与辅具顶边交点为第三轮廓特征点；调整第四轮廓传感器BX4角度使得传感器发出激光线在辅具上与辅具侧边垂直，第四轮廓传感器BX4发出激光线与辅具侧边交点为第四轮廓特征点。5.根据权利要求1所述的基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：所述辅具的底边长度与待定位物体的底边长度相同，辅具的侧边长度与带定位物体的侧边长度相同，所述辅具为长方体辅具。6.根据权利要求4所述的基于轮廓传感器的空间定位方法，其特征在于：根据以下公式获得从辅具所在的位置移动到待定位物体所在位置的移动参数：x＝P4_Z*(SINA*SINC
‑
COSA*COSC*SINB)+d*(COSC*SINA+COSA*SINB*SINC)+COSA*COSB*P4_X；y＝P1_Y+n*(P2_Y
‑
P1_Y)；z＝P1_Z+n*(P2_Z
‑
P1_Z)；TANA＝(P1_Y
‑
P2_Y)/((a
‑
b)^2+(P1_Z
‑
P2_Z)^2)^1/2；TANB＝
‑
(P1_Z

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，吴泽华，
申请(专利权)人：吉林省莱恒工业装备有限公司，
类型：发明
国别省市：