一种基于激光传感器的工具标定方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本申请提供一种基于激光传感器的工具标定方法、装置和电子设备，该方法包括：通过机械臂控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动；通过两次圆周运动的圆心坐标和传感器坐标系相对于基座坐标系的第一位姿关系，确定工具的工具坐标系相对于法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵；通过机械臂控制工具在离开传感器坐标系的XOY平面时停止运动，读取机械臂当前的多个关节角和工具坐标系相对于传感器坐标系的第二相对位置；基于多个关节角和第二相对位置确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一相对位置；基于第一旋转矩阵和第一相对位置，确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。相对于法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。相对于法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光传感器的工具标定方法、装置和电子设备


[0001]本申请涉及机械臂领域，具体而言，涉及一种基于激光传感器的工具标定方法、装置和电子设备。

技术介绍

[0002]现有技术中，机械手臂类型的机器人在作业之前，人们通常使用四点标定法或六点标定法来标定工具相对于机械臂法兰盘末端坐标系的位姿关系。所谓四(六)点标定即：人工操作机械臂使其携带的工具末端以四(六)种不同的姿态到达空间中同一个位置。而判断工具末端是否到达了同一个位置，通常是靠人眼来判断的，因此会产生较大的误差。而且每次人工手动操作机械臂使得工具到达同一个位置往往费时费力、效率不高。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供了一种基于激光传感器的工具标定方法、装置、电子设备和存储介质，目的在于提升工具标定的准确性，本申请可以自动标定工具相对于机械臂法兰盘末端的坐标系的位姿关系。
[0004]本申请实施例第一方面提供了一种基于激光传感器的工具标定方法。该方法应用于机械臂，机械臂包括基座和法兰盘，法兰盘末端的设有工具，该方法包括：
[0005]通过机械臂控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动；其中，传感器坐标系XOY平面平行于基座的基座坐标系XOY平面，法兰盘的法兰盘末端坐标系XOY平面平行于传感器坐标系XOY平面；通过两次圆周运动的圆心坐标和传感器坐标系相对于基座坐标系的第一位姿关系，确定工具的工具坐标系相对于法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵；通过机械臂控制工具在离开传感器坐标系的XOY平面时停止运动，读取机械臂当前的多个关节角和工具坐标系相对于传感器坐标系的第二相对位置；基于多个关节角和第二相对位置确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一相对位置；基于第一旋转矩阵和第一相对位置，确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。
[0006]于一实施例中，控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动，包括：依据指定运动半径和指定角速度，控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做第一次圆周运动；控制法兰盘沿法兰盘末端坐标系的Z轴下降指定高度；在下降完成之后，依据指定运动半径和指定角速度，控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做第二次圆周运动。
[0007]于一实施例中，在确定工具的工具坐标系相对于法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵之前，还包括：基于工具在第一次圆周运动时，多次挡住激光传感器的激光射线的时刻，以及指定角速度，确定每两个相邻时刻之间形成的第一圆心角；基于多个第一圆心角和指定运动半径，确定第一次圆周运动的圆心坐标；基于工具在第二次圆周运动时，多次挡住激光传感器的激光射线的时刻，以及指定角速度，确定每两个相邻时刻之间形成的第二圆心角；基于多个第二圆心角和指定运动半径，确定第二次圆周运动的圆心坐标。
[0008]于一实施例中，确定工具的工具坐标系相对于法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵，包括：基于指定高度和两次圆周运动的圆心坐标，确定工具坐标系的Z轴在传感器坐标系下的第一方向向量；基于第一方向向量确定工具坐标系相对于传感器坐标系的第二旋转矩阵；基于工具在做两次圆周运动时，任一时刻读取的多个关节角，确定基座坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第三旋转矩阵；基于第一位姿关系、第二旋转矩阵和第三旋转矩阵，确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵。
[0009]于一实施例中，通过机械臂控制工具在离开传感器坐标系的XOY平面时停止运动，包括：控制机械臂调整姿态，使工具坐标系的Z轴垂直于传感器坐标系的XOY平面；通过机械臂控制工具平移，当工具挡住激光传感器的任一条激光射线时，控制工具沿工具坐标系的Z轴反向移动；控制工具在离开传感器坐标系的XOY平面时停止运动。
[0010]于一实施例中，基于多个关节角和第二相对位置确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一相对位置，包括：基于多个关节角，确定基座坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第二位姿关系；基于第一位姿关系、第二位姿关系与第二相对位置，确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一相对位置。
[0011]于一实施例中，传感器坐标系由激光传感器发出的两束相互垂直的激光射线作为X轴和Y轴。
[0012]本申请实施例第二方面提供了一种基于激光传感器的工具标定装置，包括：控制模块、第一确定模块、读取模块、第二确定模块和第三确定模块。
[0013]其中，控制模块用于通过机械臂控制工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动；传感器坐标系XOY平面平行于基座的基座坐标系XOY平面，法兰盘的法兰盘末端坐标系XOY平面平行于传感器坐标系XOY平面；第一确定模块用于通过两次圆周运动的圆心坐标和传感器坐标系相对于基座坐标系的第一位姿关系，确定工具的工具坐标系相对于法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵；读取模块用于通过机械臂控制工具在离开传感器坐标系的XOY平面时停止运动，读取机械臂当前的多个关节角和工具坐标系相对于传感器坐标系的第二相对位置；第二确定模块用于基于多个关节角和第二相对位置确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的第一相对位置；第三确定模块用于基于第一旋转矩阵和第一相对位置，确定工具坐标系相对于法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。
[0014]本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器。其中，处理器被配置为执行成本申请实施例第一方面及其任一实施例的工具标定方法。
[0015]本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序可由处理器执行以完成成本申请实施例第一方面及其任一实施例的工具标定方法。
[0016]本申请提供的基于激光传感器的工具标定方法、装置、电子设备和存储介质，通过机械臂控制法兰盘与工具以不同姿态运动并读取相关参数，再通过计算得到工具相对于机械臂法兰盘末端的坐标系自动标定的位姿关系，减小了误差，节省了人力，提高了自动标定工具的工作效率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0018]图1为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图；
[0019]图2为本申请一实施例提供的工具标定组件的应用场景示意图；
[0020]图3为本申请一实施例提供的工具标定方法的流程示意图；
[0021]图4为本申请一实施例提供的步骤S200的细节流程示意图；
[0022]图5为本申请一实施例提供的圆心角的计算辅助示意图；
[0023]图6为本申请一实施例提供的步骤S200的细节流程示意图；
[0024]图7为本申请一实施例提供的步骤S300的细节流程示意图；
[0025]图8为本申请一实施例提供的第一方向向量的计算辅助示意图；
[0026]图9为本申请一实施例提供的步骤S400的细节流程示意图；
[0027]图10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光传感器的工具标定方法，应用于机械臂，所述机械臂包括基座和法兰盘，所述法兰盘末端的设有工具，其特征在于，包括：通过所述机械臂控制所述工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动；其中，所述传感器坐标系XOY平面平行于所述基座的基座坐标系XOY平面，所述法兰盘的法兰盘末端坐标系XOY平面平行于所述传感器坐标系XOY平面；通过两次圆周运动的圆心坐标和所述传感器坐标系相对于基座坐标系的第一位姿关系，确定所述工具的工具坐标系相对于所述法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵；通过所述机械臂控制所述工具在离开所述传感器坐标系的XOY平面时停止运动，读取所述机械臂当前的多个关节角和所述工具坐标系相对于所述传感器坐标系的第二相对位置；基于所述多个关节角和所述第二相对位置确定所述工具坐标系相对于所述法兰盘末端坐标系的第一相对位置；基于所述第一旋转矩阵和所述第一相对位置，确定所述工具坐标系相对于所述法兰盘末端坐标系的目标位姿关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述工具在激光传感器的传感器坐标系XOY平面做两次圆周运动包括：依据指定运动半径和指定角速度，控制所述工具在所述激光传感器的传感器坐标系XOY平面做第一次圆周运动；控制所述法兰盘沿法兰盘末端坐标系的Z轴下降指定高度；在下降完成之后，依据所述指定运动半径和所述指定角速度，控制所述工具在所述激光传感器的传感器坐标系XOY平面做第二次圆周运动。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述确定所述工具的工具坐标系相对于所述法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵之前，所述方法还包括：基于所述工具在所述第一次圆周运动时，多次挡住所述激光传感器的激光射线的时刻，以及所述指定角速度，确定每两个相邻时刻之间形成的第一圆心角；基于多个第一圆心角和所述指定运动半径，确定所述第一次圆周运动的圆心坐标；基于所述工具在所述第二次圆周运动时，多次挡住所述激光传感器的激光射线的时刻，以及所述指定角速度，确定每两个相邻时刻之间形成的第二圆心角；基于多个第二圆心角和所述指定运动半径，确定所述第二次圆周运动的圆心坐标。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述工具的工具坐标系相对于所述法兰盘末端的法兰盘末端坐标系的第一旋转矩阵包括：基于所述指定高度和所述两次圆周运动的圆心坐标，确定所述工具坐标系的Z轴在传感器坐标系下的第一方向向量；基于所述第一方向向量确定工具坐标系相对于传感器坐标系的第二旋转矩阵；基于所述工具在做两次圆周运动时，任一时刻读取的多个关节角，确定所述基座坐标系相对于所述法兰盘末端坐标系的第三旋转矩阵；基于所述第一位姿关系、所述第二旋转矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖焱，
申请(专利权)人：杭州申昊科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：