CN109773774A - 一种机器人与变位机位姿关系的标定方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种机器人与变位机位姿关系的标定方法，涉及工业制造领域，解决了标定过程中，变位机制造精度被忽略的问题。该标定方法包括：分别控制变位机的倾斜轴和旋转轴旋转至多个待测位置，操作机器人跟踪标记物，并记录标记物在各个待测位置处的TCP坐标；根据多个TCP坐标，分别获得倾斜轴中心线以及旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量；获得倾斜轴中心线与倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线之间的公垂线段；根据倾斜轴中心线、基准位置处的旋转轴中心线以及公垂线段，获得变位机坐标系中各轴线的方向向量、变位机坐标系原点在机器人坐标系的坐标。该标定方法用于实现机器人与变位机的协调运动。

Description

一种机器人与变位机位姿关系的标定方法

技术领域

本发明涉及工业制造领域，尤其涉及一种机器人与变位机位姿关系的标定方法。

背景技术

随着制造业向高精度、高效率的方向不断发展，工业机器人在制造业的应用越来越广泛。对于一台工业机器人而言，其有效工作空间和容许空间受到运动学约束的限制，因此需要利用变位机等辅助设备来提供冗余自由度，以达到拓展工业机器人工作空间的目的。

在生产过程中，需要确定变位机相对于工业机器人的位置，以达到工业机器人与变位机高效协调运动的目的。然而，现有技术中，采用的机器人与变位机位姿关系的标定方法忽略了变位机自身的制造误差，因此会降低标定过程的精度，从而不利于保证协同运动的精度和质量。

发明内容

本发明的实施例提供一种机器人与变位机位姿关系的标定方法，解决了标定过程中，变位机制作精度被忽略的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本申请实施例的一方面，提供一种机器人与变位机位姿关系的标定方法，包括：分别控制所述变位机的倾斜轴和旋转轴旋转至多个待测位置，并记录安装于所述变位机上的标记物在各个所述待测位置处的TCP坐标；根据多个所述TCP坐标，分别获得所述倾斜轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量以及所述旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量；获得所述倾斜轴中心线与所述倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线之间的公垂线段；根据所述倾斜轴中心线、所述基准位置处的旋转轴中心线以及所述公垂线段，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量、所述变位机坐标系原点在机器人坐标系的坐标。

可选的，获得所述倾斜轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量的方法包括：步骤一、控制所述变位机仅绕倾斜轴旋转至多个第一待测位置，操作所述机器人跟踪所述标记物，并记录所述标记物在每个所述第一待测位置的第一TCP坐标；步骤二、由多个所述第一TCP坐标拟合出所述倾斜轴中心线的位置和方向向量。

可选的，获得所述旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量的方法包括：步骤三、控制所述变位机仅绕旋转轴旋转至多个第二待测位置，操作所述机器人跟踪所述标记物，并记录所述标记物在每个所述第二待测位置的第二TCP坐标；步骤四、由多个所述第二TCP坐标拟合出所述旋转轴中心线的方向向量。

可选的，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量的方法包括：将执行所述步骤一至所述步骤二后，得到的所述倾斜轴中心线的位置和方向向量作为所述变位机坐标系中的第一水平轴的位置和方向向量；或者，多次重复所述步骤一至所述步骤二，获得多条所述倾斜轴中心线的位置和方向向量；对获得的多条所述倾斜轴中心线的方向向量单位化后求平均值，并将多条所述倾斜轴中心线的单位方向向量的平均值单位化后作为所述第一水平轴的单位方向向量；并根据多条所述倾斜轴中心线的位置得出所述第一水平轴的位置。

可选的，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量的方法还包括：将所述公垂线段的方向向量作为所述变位机坐标系的第二水平轴的方向向量。

可选的，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量的方法还包括：根据所述第一水平轴和所述第二水平轴的方向向量，获得所述变位机坐标系的竖直轴的方向向量。

可选的，在获得所述旋转轴中心线的方向向量的方法包括所述步骤三和步骤四的情况下，获得位于所述基准位置处的旋转中心线的方法包括：在执行所述步骤三之前，获取所述倾斜轴的旋转角度，根据所述旋转角度以及执行所述步骤三至所述步骤四后得到的所述旋转轴中心线的方向向量，得到在所述倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线的方向向量；或者，多次重复所述步骤三至所述步骤四，获得多条所述旋转轴中心线的方向向量；根据每一条所述旋转轴中心线的方向向量以及执行所述步骤三之前，获取的倾斜轴的旋转角度，得到在所述倾斜轴旋转至零位时，每一条位于所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量；对获得的多条位于所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量求平均值，该平均值作为所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量。

可选的，所述方法还包括：获得处于所述基准位置处的所述旋转轴中心线与所述变位机坐标系的竖直轴之间的夹角。

可选的，所述步骤一之前，所述方法还包括：获取所述标记物初始安装位置对应的TCP坐标，作为一所述第一TCP坐标。

可选的，所述步骤三之前，所述方法还包括：获取所述标记物在最后一个所述第一待测位置的第一TCP坐标，作为一所述第二TCP坐标。

可选的，每次重复所述步骤一至所述步骤二之前，所述方法还包括：获取所述标记物的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标。

可选的，每次重复所述步骤三至所述步骤四之前，所述方法还包括：获取所述标记物的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标，以及所述倾斜轴转过的角度。

可选的，所述方法还包括:获得所述变位机坐标系在所述机器人坐标系的变换矩阵以及欧拉角。

可选的，所述方法还包括：所述变位机坐标系的原点位于所述公垂线段与所述倾斜轴中心线的垂足处。

本申请实施例的另一方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器；所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的任意一种方法。

本申请实施例的又一方面，提供一种计算机可读介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的任意一种方法。

本发明实施例提供一种机器人与变位机位姿关系的标定方法，由上述可知，该标定方法中，需要获取倾斜轴中心线与倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线之间的公垂线段，且该变位机坐标系中各轴线的方向向量以及变位机坐标系原点在机器人坐标系的坐标由倾斜轴中心线、位于基准位置处的旋转轴中心线、公垂线段获得。此外，上述标定方法还可以得出基准位置处的旋转轴中心线与变位机坐标系的竖直轴之间的夹角。其中，公垂线段以及夹角能够反映出变位机的机构参数以及制作误差，从而可以提高位姿关系标定的准确度，使得机器人与变位机协调运动的过程中，对位更加的精确，达到提高协作运动精度和质量的目的。在此基础上，相对于现有技术中采用的标定方法将上述参数(公垂线段以及夹角)默认为零时，只能适用特定类型的变位机的方案而言，本申请提供的标定方法可以适用的变位机的类型更加广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人与变位机位姿关系标定示意图；

图2为图1中变位机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人与变位机位姿关系标定方法流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种机器人与变位机位姿关系标定示意图；

图5为图4中变位机的一种旋转方式示意图；

图6为图4中变位机的另一种旋转方式示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种机器人与变位机位姿关系标定示意图。

附图标记：

10-变位机；101-倾斜轴；102-旋转轴；103-承载盘；20-机器人；30-标记物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请在执行机器人与变位机位姿关系的标定方法之前，需要进行标定准备工作，包括：

首先，如图1所示，需要将变位机10设置于机器人20的一侧。

其中，本申请实施例中的机器人20为能够获得TCP(Tool CenterPoint，工具中心点)坐标的通用机器人。本申请对该机器人的功能和应用场景不做限定。

此外，该变位机10为双轴变位机。变位机10的双轴如图2所示，包括倾斜轴101和旋转轴102。旋转轴102上安装有用于固定待加工工件的承载盘103。上述待加工工件固定于该承载盘103的承载面上。基于此，该倾斜轴101在绕其自身的中心线，即倾斜轴101中心线J₁旋转时，可以对该承载盘103进行翻转，以控制上述待加工工件相对于地面的倾斜角。而旋转轴102在绕其自身的中心线，即旋转轴102中心线J₂旋转时，可以对该承载盘103进行旋转，以带动上述待加工工件绕旋转轴102中心线J₂旋转。

接下来，在机器人20的末端安装带有锥形尖端的工具，并在承载盘103的承载面上安装锥形的标记物30，以完成标定准备工作。其中，通过操作机器人20上的上述具有锥形尖端的工具与上述标记物30进行接触，可以使得该机器人20对该标记物30进行跟踪，以达到记录标记物30的TCP坐标的目的。当然，还可以在机器人20的末端安装圆球状的工具，而在承载盘103的承载面上安装具有凹槽的标记物30，通过操作机器人20上的上述圆球状的工具与上述具有凹槽的标记物30进行接触，使得该机器人20对该标记物30进行跟踪。本申请对机器人20对该标记物30进行跟踪的方式不做限定。

在此基础上，执行本申请实施例提供的机器人与变位机位姿关系的标定方法，该方法如图3所示，包括：

步骤S101、分别控制变位机10的倾斜轴101和旋转轴102旋转至多个待测位置，采用机器人20跟踪标记物30，并记录安装于该变位机10上的锥形的标记物30在各个待测位置处的TCP坐标。

步骤S102、根据多个TCP坐标，分别获得如图4所示的倾斜轴101中心线J₁在机器人20坐标系的方向向量以及旋转轴102中心线J₂在机器人坐标系的方向向量。

其中，通过上述步骤S101和步骤S102，获得上述倾斜轴101中心线J₁在机器人坐标系的方向向量的方法包括：

步骤一、保持旋转轴102的位置不发生变化，如图5所示，控制变位机10仅绕倾斜轴101旋转至多个第一待测位置(A1、A2、A3……An)，操作机器人20使安装于机器人20上的工具的尖端与标记物30的尖端相接触，对该标记物30在各个第一待测位置的第一TCP坐标进行检测，并记录标记物30在每个第一待测位置的第一TCP坐标。

具体的，标记物30在第一待测位置A1的第一TCP坐标为P₁₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)；标记物30在第一待测位置A2的第一TCP坐标为P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)；标记物30在第一待测位置A3的第一TCP坐标为P₁₃(x₁₃,y₁₃,z₁₃)……标记物30在第一待测位置An的第一TCP坐标为P_1n(x_1n,y_1n,z_1n)。其中，可选的，n≥3，n为正整数。

需要说明的是，在执行上述步骤一之前，可以通过安装于机器人20上的工具获取标记物30初始安装位置对应的TCP坐标，作为一组上述第一TCP坐标。例如，在变位机10未绕倾斜轴101旋转之前，标记物30初始安装位置对应初始位置A0，此时记录的坐标为P₁₀(x₁₀,y₁₀,z₁₀)可以作为一组上述第一TCP坐标。在此情况下，当需要获得三组第一TCP坐标时，只需在上述步骤一中，将倾斜轴101旋转两次，以获得两组第一TCP坐标，分别为P₁₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)和P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)即可，从而可以减少上述步骤一中，倾斜轴101的旋转次数，以提高标定过程的效率。

在此基础上，执行步骤二、由至少三组第一TCP坐标，例如，P₁₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)、P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)以及P₁₃(x₁₃,y₁₃,z₁₃)；或者P₁₀(x₁₀,y₁₀,z₁₀)、P₁₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)以及P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)拟合出上述倾斜轴101中心线J₁在机器人坐标系的位置和方向向量。

具体的，例如，通过上述三组第一TCP坐标拟合平面，该平面的法线方向为上述倾斜轴101中心线J₁的方向向量。其中该倾斜轴101中心线J₁的单位方向向量为J₁(i_x，i_y，i_z)。接下来，将上述三组第一TCP坐标投影到该平面上，并在该平面上拟合圆，求出圆心坐标J₁(x，y，z)，该圆心即为倾斜轴101中心线J₁上的一点。此时，确定出了倾斜轴101中心线J₁在机器人坐标系的方向和位置。

此外，通过上述步骤S101和步骤S102，获得旋转轴102中心线J₂在机器人坐标系的方向包括：

步骤三、保持倾斜轴101的位置不发生变化，如图6所示，控制变位机10仅绕旋转轴102旋转多个第二待测位置(B1、B2、B3……Bn)。操作机器人20使安装于机器人20上的工具的尖端与标记物30的尖端相接触，对该标记物30在各个第二待测位置的第二TCP坐标进行检测，并记录标记物30在每个第二待测位置的第二TCP坐标。

具体的，标记物30在第二待测位置B1的第二TCP坐标为P₂₁(x₂₁,y₂₁,z₂₁)；标记物30在第二待测位置B2的第二TCP坐标为P₂₂(x₂₂,y₂₂,z₂₂)；标记物30在第二待测位置B3的第二TCP坐标为P₂₃(x₂₃,y₂₃,z₂₃)……标记物30在第二待测位置Bn的第二TCP坐标为P_2n(x_2n,y_2n,z_2n)。其中，可选的，n≥3，n为正整数。

需要说明的是，在执行上述步骤三之前，可以通过安装于机器人20上的工具获取标记物30在最后一个第一待测位置的第一TCP坐标，例如，P₁₃(x₁₃,y₁₃,z₁₃)，并将该组第一TCP坐标作为一组上述第二TCP坐标。在此情况下，当需要获得三组第二TCP坐标时，只需在上述步骤三中，将旋转轴102旋转两次，以获得两组第二TCP坐标，分别为P₂₁(x₂₁,y₂₁,z₂₁)和P₂₂(x₂₂,y₂₂,z₂₂)即可，从而可以减少上述步骤三中，倾斜轴101的旋转次数，以提高标定过程的效率。

在此情况下，当通过步骤一获取三组第一TCP坐标后，在执行步骤三时，只需要获取两组第二TCP坐标即可。因此本申请提供的标定方法，在获得如倾斜轴101中心线J₁在机器人坐标系的方向向量以及旋转轴102中心线J₂在机器人坐标系的方向向量的过程中，最少只需要五组TCP坐标(三组第一TCP坐标+两组第二TCP坐标)。

在此情况下，上述步骤三中保持倾斜轴101的位置不发生变化是指，执行步骤一后，如果倾斜轴101旋转的坐标示数为α(例如40°)时，在执行上述步骤三时，使得倾斜轴101保持上述坐标示数α的位置不变。

在此基础上，执行步骤四、由至少三组第二TCP坐标，例如，P₂₁(x₂₁,y₂₁,z₂₁)、P₂₂(x₂₂,y₂₂,z₂₂)以及P₂₃(x₂₃,y₂₃,z₂₃)；或者P₁₃(x₁₃,y₁₃,z₁₃)、P₂₁(x₂₁,y₂₁,z₂₁以及P₂₃(x₂₃,y₂₃,z₂₃)拟合出旋转轴102中心线J₂的位置和方向向量。

具体的，例如，通过上述三组第二TCP坐标拟合平面，该平面的法线方向为上述旋转轴102中心线J₂的方向向量。其中，该旋转轴102中心线J₂的单位方向向量为J₂(s_x,，s_y，s_z)。接下来，将上述三组第二TCP坐标投影到该平面上，并在该平面上拟合圆，求出圆心坐标J₂(x，y，z)，该圆心即为旋转轴102中心线J₂上的一点。此时，确定出了旋转轴102中心线J₂在机器人坐标系的方向和位置。

其中，当倾斜轴101旋转至零位时，上述旋转轴102中心线J₂位于如图4所示的基准位置L₂处。其中，上述倾斜轴101的零位可以根据需要进行设定。

具体的，例如，获得在倾斜轴101旋转至零位时，位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量的方法包括：首先，在执行上述步骤三之前，获取倾斜轴101的旋转角度(即该倾斜轴101旋转的坐标示数为α，例如α为40°)。接下来，根据该旋转角度α以及执行上述步骤三至步骤四后获得的旋转轴102中心线J₂的方向向量，得出位于上述基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

具体的计算过程可以为：由上述可知，在执行第三步骤之前，倾斜轴101旋转的坐标示数为α(例如40°)，该倾斜轴101旋转至非零位，在此情况下，可以将通过上述步骤四拟合出的旋转轴102中心线J₂围绕倾斜轴101中心线J₁旋转-α(例如-40°)，即可得到位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

或者，为了获得位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量，还可以在执行上述步骤三之前，将倾斜轴101旋转至零位，即该倾斜轴101旋转的坐标示数为0°。然后再执行上述步骤三和步骤四，拟合出的旋转轴102中心线J₂即位于上述基准位置L₂。

综上所述，获得上述基准位置L₂的两种方式中，相对于执行上述步骤三之前，将倾斜轴101旋转至零位的方式而言，采用执行上述步骤三之前保持倾斜轴101的位置不发生变化的方式，对标定过程的要求较低，更加易于操作。

或者，又例如，为了进一步提高获得的基准位置L₂的精度，可选的，可以多次重复上述步骤三至步骤四，获得多条旋转轴102中心线J₂的方向向量。接下来，根据每一条旋转轴102中心线J₂的方向向量以及每次执行上述步骤三之前，获取的倾斜轴的旋转角度，得到在倾斜轴101旋转至零位时，每一条位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。然后，对获得的多条基准位置L₂处旋转轴102中心线J₂的方向向量单位化后求平均值，以该平均值作为上述位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

具体的，例如，第一轮计算执行步骤三之前，获得的倾斜轴101旋转的坐标示数为α为40°；将执行步骤三至步骤四后，获得的一条旋转轴102中心线J₂的方向向量围绕倾斜轴101中心线J₁旋转-40°，得到一条位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

第二轮计算执行步骤三之前，获得的倾斜轴101旋转的坐标示数为α为20°；将执行步骤三至步骤四后，获得的另一条旋转轴102中心线J₂的方向向量围绕倾斜轴101中心线J₁旋转-20°，得到另一条位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

第三轮计算执行步骤三之前，获得的倾斜轴101旋转的坐标示数为α为60°；将执行步骤三至步骤四后，获得的又一条旋转轴102中心线J₂的方向向量围绕倾斜轴101中心线J₁旋转-60°，得到又一条位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

接下来，对获得的上述三条基准位置L₂处旋转轴102中心线J₂的方向向量单位化后求平均值，以该平均值作为上述位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量。

由于受到制作公差、偶然因素等因素的影响，位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的方向向量并不固定不变，所以为了再进一步提高获得的基准位置L₂的精度，可选的，每次重复上述步骤三至步骤四之前，该标定方法还包括：改变承载盘103上的标记物30的安装位置(初始安装位置)，以及倾斜轴101的旋转坐标示数，从而获取标记物30的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标，以及倾斜轴101转过的角度。

步骤S103、获得如图4所示的倾斜轴101中心线J₁与倾斜轴101旋转至零位时，位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂之间的公垂线段d的方向向量和长度。其中，公垂线段d的单位方向向量为d(j_x，j_y，j_z)。

此外，为了提高获取的公垂线段d的精度，可以多次重复上述步骤一至步骤二、步骤三至步骤四以及获取基准位置L₂处旋转轴102中心线J₂的方向向量的步骤，并根据每次执行步骤一至步骤二获得的倾斜轴101中心线J₁以及每次执行步骤三、步骤四、获取基准位置L₂的步骤而得到的位于基准位置L₂的旋转轴102中心线J₂，获取的一公垂线段d，并将多次计算得出的公垂线段d进行平均，将平均值作为最终的结果。

其中，本申请对部分步骤重复的次数不做限定，在不影响生产效率的情况下，重复此处越多，标定结果越精确。

步骤S104、根据倾斜轴101中心线J₁、位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂、公垂线段d，获得变位机10坐标系中各轴线的方向向量，以及该变位机坐标系原点O在机器人20坐标系的坐标。

具体的，执行上述步骤S105，以得到如图4所示的变位机10坐标系中的第一水平轴Y的单位方向向量的方法包括：

将执行上述步骤一至步骤二后，得到的倾斜轴101中心线J₁的单位方向向量J₁(i_x，i_y，i_z)作为该变位机10坐标系中的第一水平轴Y的单位方向向量，且该倾斜轴101中心线J₁上的一点J₁(x，y，z)为该第一水平轴Y上的一点。

或者，多次重复上述步骤一至步骤二，获得多条倾斜轴101中心线J₁的方向向量。接下来，对获得的多条倾斜轴101中心线J₁的单位方向向量求平均值，并将多条倾斜轴101中心线J₁的单位方向向量的平均值作为第一水平轴Y的单位方向向量。

此外，将多次重复上述步骤一至步骤二而获得的多个倾斜轴101中心线J₁上的一点J₁(x，y，z)求平均，将求得的平均值作为上述第一水平轴Y上的一点。

由于受到制作公差、偶然因素等因素的影响，上述倾斜轴101中心线J₁并不固定不变，因此为了进一步提高获得的第一水平轴Y方向向量的精度，可选的，每次重复上述步骤一至步骤二之前，该标定方法还包括：改变承载盘103上的标记物30的安装位置(初始安装位置)，以获取标记物30的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标。

在此基础上，上述公垂线段d与该第一水平轴Y之间的交点为该变位机10坐标系的原点O，上述交点的坐标即为该原点O的坐标O(o_a，o_b，o_c)。

此外，执行上述步骤S105，以得到如图4所示的变位机10坐标系中的第二水平轴X的单位方向向量的方法包括：

将公垂线段d的单位方向向量d(j_x，j_y，j_z)作为变位机10坐标系的第二水平轴X的单位方向向量。

需要说明的是，上述变位机10坐标系的第一水平轴采用Y表示，第二水平轴采用X表示，是以变位机10的放置位置如图4所示为例进行的说明。当变位机10的放置位置如图7所示时，该变位机10坐标系的第一水平轴采用X表示，第二水平轴采用Y表示。其中，该第一水平轴、第二水平轴的获得方法同上所述，此处不再赘述。

在此基础上，执行上述步骤S105，以得到如图4所示的变位机10坐标系中的竖直轴Z的单位方向向量的方法包括：

如图4所示，根据第一水平轴Y的单位方向向量J₁(i_x，i_y，i_z)和第二水平轴X的单位方向向量d(j_x，j_y，j_z)，采用右手定则可以获得变位机10坐标系的竖直轴Z的单位方向向量(k_x，k_y，k_z)。

在此基础上，上述标定方法还包括：如图4所示，获得处于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂与变位机10坐标系的竖直轴Z之间的夹角θ。

同理，为了提高计算结果的精度，可以通过重复部分上述步骤，获得多个夹角θ，并求平均值作为最终的结果。

基于此，可以根据该变位机10坐标系中的第一水平轴Y的单位方向向量(i_x，i_y，i_z)、第二水平轴X的单位方向向量d(j_x，j_y，j_z)、竖直轴Z的单位方向向量(k_x，k_y，k_z)以及原点O的坐标O(o_a，o_b，o_c)，可以获得变位机10坐标系到机器人20坐标系的变换矩阵T以及欧拉角。

其中，

综上所述，本申请实施例提供的机器人20与变位机10位姿关系的标定方法中，需要获取倾斜轴101中心线J₁与倾斜轴101旋转至零位时，位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂之间的公垂线段，且该变位机坐标系变位机10坐标系中各轴线的方向向量以及变位机10坐标系原点在机器人20坐标系的坐标由倾斜轴101中心线J₁、位于基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂的公垂线段d获得。此外，上述标定方法还可以得出基准位置L₂处的旋转轴102中心线J₂与变位机10坐标系的竖直轴Z之间的夹角θ。其中，公垂线段d以及夹角θ能够反映出变位机的机构参数以及制造误差，从而可以提高位姿关系标定的准确度，使得机器人20与变位机10协调运动的过程中，对位更加的精确，达到提高协同运动精度和质量的目的。在此基础上，相对于现有技术中采用的标定方法将上述参数(公垂线段以及夹角)默认为零时，只能适用特定类型的变位机的方案而言，本申请提供的标定方法可以适用的变位机的类型更加广泛。

本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器。该存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时实现如上所述的任意一种机器人与变位机位姿关系的标定方法。

本申请实施例提供一种计算机可读介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的任意一种机器人与变位机位姿关系的标定方法。

其中，前述的计算机可读介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种机器人与变位机位姿关系的标定方法，其特征在于，包括：

分别控制所述变位机的倾斜轴和旋转轴旋转至多个待测位置，并记录安装于所述变位机上的标记物在各个所述待测位置处的TCP坐标；

根据多个所述TCP坐标，分别获得所述倾斜轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量以及所述旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量；

获得所述倾斜轴中心线与所述倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线之间的公垂线段；

根据所述倾斜轴中心线、所述基准位置处的旋转轴中心线以及所述公垂线段，获得所述变位机坐标系中各坐标轴的方向向量、所述变位机坐标系原点在机器人坐标系的坐标。

2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，获得所述倾斜轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量的方法包括：

步骤一、控制所述变位机仅绕倾斜轴旋转至多个第一待测位置，操作所述机器人跟踪所述标记物，并记录所述标记物在每个所述第一待测位置的第一TCP坐标；

步骤二、由多个所述第一TCP坐标拟合出所述倾斜轴中心线的位置和方向向量。

3.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，获得所述旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量的方法包括：

步骤三、控制所述变位机仅绕旋转轴旋转到多个第二待测位置，操作所述机器人跟踪所述标记物，并记录所述标记物在每个所述第二待测位置的第二TCP坐标；

步骤四、由多个所述第二TCP坐标拟合出所述旋转轴中心线的位置和方向向量。

4.根据权利要求2或3所述的标定方法，其特征在于，获得所述变位机坐标系中各轴线的位置和方向向量的方法包括：

将执行所述步骤一至所述步骤二后，得到的所述倾斜轴中心线的位置和方向向量作为所述变位机坐标系中的第一水平轴的位置和方向向量；

或者，多次重复所述步骤一至所述步骤二，获得多条所述倾斜轴中心线的位置和方向向量；对获得的多条所述倾斜轴中心线的方向向量单位化后求平均值，并将多条所述倾斜轴中心线的单位方向向量的平均值作为所述第一水平轴的单位方向向量；并根据多条所述倾斜轴中心线的位置得出所述第一水平轴的位置。

5.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量的方法还包括：将所述公垂线段的方向向量作为所述变位机坐标系的第二水平轴的方向向量。

6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，获得所述变位机坐标系中各轴线的方向向量的方法还包括：

根据所述第一水平轴和所述第二水平轴的方向向量，获得所述变位机坐标系的竖直轴的方向向量。

7.根据权利要求6所述的标定方法，其特征在于，在获得所述旋转轴中心线在机器人坐标系的位置和方向向量的方法包括所述步骤三和步骤四的情况下，获得位于所述基准位置处的旋转中心线的方向向量的方法包括：

在执行所述步骤三之前，获取所述倾斜轴的旋转角度，根据所述旋转角度以及执行所述步骤三至所述步骤四后得到的所述旋转轴中心线的方向向量，得到在所述倾斜轴旋转至零位时，位于基准位置处的旋转轴中心线的方向向量；

或者，多次重复所述步骤三至所述步骤四，获得多条所述旋转轴中心线的方向向量；

根据每一条所述旋转轴中心线的方向向量以及每次执行所述步骤三之前，获取的倾斜轴的旋转角度，得到在所述倾斜轴旋转至零位时，每一条位于所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量；

对获得的多条位于所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量单位化后求平均值，该平均值作为所述基准位置处的旋转轴中心线的方向向量。

8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得处于所述基准位置处的所述旋转轴中心线与所述变位机坐标系的竖直轴之间的夹角。

9.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述步骤一之前，所述方法还包括：

获取所述标记物初始安装位置对应的TCP坐标，作为一所述第一TCP坐标。

10.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述步骤三之前，所述方法还包括：

获取所述标记物在最后一个所述第一待测位置的第一TCP坐标，作为一所述第二TCP坐标。

11.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，每次重复所述步骤一至所述步骤二之前，所述方法还包括：获取所述标记物的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标。

12.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，每次重复所述步骤三至所述步骤四之前，所述方法还包括：获取所述标记物的变化后的初始安装位置所对应的TCP坐标，以及所述倾斜轴转过的角度。

13.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述方法还包括:

获得所述变位机坐标系在所述机器人坐标系的变换矩阵以及欧拉角。

14.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述变位机坐标系的原点位于所述公垂线段与所述倾斜轴中心线的垂足处。

15.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器；所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-14任一项所述的方法。

16.一种计算机可读介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-14任一项所述的方法。