CN112815836B - 一种机器人点激光的位置转化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人点激光位置转化方法，包括如下步骤：获取固定点P1在基坐标系下的位置Tp1；将激光位移传感器的最小量程处的激光点对准固定点P1，并计算此时激光位移传感器的工具坐标系Tmin；将激光位移传感器的最大量程处的激光点对准固定点P1，并计算此时激光位移传感器的工具坐标系Tmax；计算在法兰盘坐标系Tool0下工具坐标系Tmin和工具坐标系Tmax之间的空间单位向量e；获取此时法兰盘坐标系Tool0在基坐标系下的位置T0，基于位置T0和激光测距点在法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M计算出激光测距点在基坐标系下的位置Tb，方法所采用的装置结构简单、安装方便、价格低廉。在通过计算机进行位置计算时，坐标转化的算法简单易懂。

Description

一种机器人点激光的位置转化方法
技术领域
本发明涉及工业生产技术领域，特别涉及一种机器人点激光位置转化方法。
背景技术
在工业生产中，由于工件的一致性差或者其他原因，经常需要用到点激光进行工件定位，但点激光只能测量出工件的相对值，例如：测量工件的直径，测量板材的厚度等等。而无法得到工件相对于机器人的实际坐标值。
工业机器人TCP(Tool Center Point)校准指的是校准工具中心点在机器人末端坐标系下的位置。一般情况下TCP校准常用的是“四点法”，在该方法的校准过程中，操作者操作机器人以多个姿态(通常为四个)使机器人工具中心点达到工业机器人工作空间的某一固定点，从而利用约束关系得到TCP的校准结果。但是点激光发射的是一束激光，通过“四点法”校准激光束，人眼很难将激光束的同一点以不同姿态对准到空间的固定点上，产生的误差会很大(主要由人眼决定)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人点激光位置转化方法，实现对工件的定位。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机器人点激光位置转化方法，所述机器人包括一个法兰连接端，所述法兰连接端上设有激光位移传感器，建立所述激光位移传感器的工具坐标系T，包括如下步骤：
S1：获取固定点P1在基坐标系下的位置Tp1；
S2：将所述激光位移传感器的最小量程处的激光点对准所述固定点P1，并计算此时所述激光位移传感器的工具坐标系Tmin；
S3：将所述激光位移传感器的最大量程处的激光点对准所述固定点P1，并计算此时所述激光位移传感器的工具坐标系Tmax；
S4：计算在法兰盘坐标系Tool0下所述工具坐标系Tmin和工具坐标系Tmax之间的空间单位向量e；
S5：通过所述激光位移传感器测得激光测距点与所述激光位移传感器之间的距离M，所述激光测距点在所述激光位移传感器的量程内，获取此时所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置T0，通过距离M和空间向量e计算出所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M；
S6：基于所述位置T0和所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M计算出所述激光测距点在所述基坐标系下的位置Tb。
进一步地，所述工具坐标系Tmin＝Tp1*T0min -1，其中T0min为当所述激光位移传感器的最小量程处的激光点对准所述固定点P1时，所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置。
进一步地，所述工具坐标系Tmax＝Tp1*T0max -1，其中T0max为当所述激光位移传感器的最大量程处的激光点对准所述固定点P1时，所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置。
进一步地，所述空间向量
Figure GDA0004041911530000021
其中，
Figure GDA0004041911530000022
Figure GDA0004041911530000023
Figure GDA0004041911530000024
工具坐标系
Figure GDA0004041911530000025
工具坐标系
Figure GDA0004041911530000026
x、y、z为所述工具坐标系T的原点在所述法兰盘坐标系Tool0下的坐标值。
进一步地，所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M＝Tmin+M*e。
进一步地，所述激光测距点在所述基坐标系下的位置Tb＝T0*T0M。
分析可知，本发明公开一种机器人点激光位置转化方法，本方法所采用的装置结构简单、安装方便、价格低廉。在通过计算机进行位置计算时，坐标转化的算法简单易懂。经过一系列的公式转化，将点激光得到的测量值转化到机器人坐标系下，从而实现工件的定位。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1本发明一个实施例的一种机器人激光位置转化方法的机器人的结构示意图。
图2本发明一个实施例的一种机器人激光位置转化方法的机器人的激光位移传感器的结构示意图。
图3本发明一个实施例的一种机器人激光位置转化方法的流程图。
附图标记说明：1-机器人；2-激光位移传感器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种机器人激光位置转化方法，机器人1包括一个法兰连接端，法兰连接端上设有激光位移传感器2，建立所述激光位移传感器的工具坐标系T，位置转化方法包括如下步骤：
S1：建立机器人的基坐标系和法兰连接端的法兰盘坐标系Tool0，获取固定点P1在基坐标系下的位置Tp1；
S2：将激光位移传感器2的最小量程处的激光点对准固定点P1，并计算此时激光位移传感器2的工具坐标系Tmin；工具坐标系Tmin＝Tp1*T0min -1，其中T0min为当激光位移传感器2的最小量程处的激光点对准固定点P1时，法兰盘坐标系Tool0在基坐标系下的位置。
S3：将激光位移传感器2的最大量程处的激光点对准固定点P1，并计算此时激光位移传感器2的工具坐标系Tmax；工具坐标系Tmax＝Tp1*T0max -1，其中T0max为当激光位移传感器2的最大量程处的激光点对准固定点P1时，法兰盘坐标系Tool0在基坐标系下的位置。
S4：计算在法兰盘坐标系Tool0下工具坐标系Tmin和工具坐标系Tmax之间的空间向量e；
求出Tmax和Tmin分别为从法兰盘坐标系Tool0的原点指向点激光最大量程和最小量程处TCP的空间向量e，所述空间向量
Figure GDA0004041911530000041
其中，
Figure GDA0004041911530000042
Figure GDA0004041911530000043
Figure GDA0004041911530000051
工具坐标系
Figure GDA0004041911530000052
工具坐标系
Figure GDA0004041911530000053
x、y、z为工具坐标系T的原点在法兰盘坐标系Tool0下的坐标值。
S5：通过激光位移传感器2测得激光测距点与激光位移传感器2之间的距离M，激光测距点在所述激光位移传感器2的量程内，获取此时所述法兰盘坐标系Tool0在基坐标系下的位置T0，通过距离M和空间向量e计算出激光测距点在法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M；
根据向量加法的法则可知，激光测距点在法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M＝Tmin+M*e，。
S6：基于位置T0和位置T0M计算出激光测距点在基坐标系下的位置Tb，激光测距点在基坐标系下的位置Tb＝T0*T0M。
机器人1的基座标系：基座标系一般简写为Wobj0，它位于机器人1底座的中心处，一般情况下激光位移传感器2的激光的测量范围是75mm到130mm，即它的最小量程就是激光点在75mm处，最大量程就是激光点在130mm处。工具坐标系一般指工具的中心点，一般将工具中心接触点作为工具坐标系的原点。法兰盘坐标系Tool0，原点位于机器人1安装法兰的中心处，X轴指向安装法兰的控制孔的相反方向，Z轴垂直于安装法兰并指向外面。
本发明公开了一种机器人点激光位置转化方法，可得激光测距点在基坐标系下的位置Tb，激光测距点在基坐标系下的位置Tb＝T0*T0M。与现有技术相比，本发明的操作简单，此方法对激光位移传感器2的安装没有任何要求，只需要将激光位移传感器安装在机器人1的法兰盘上即可。相比于相机和线激光定位的方法，本方法是使用激光位移传感器2发射点激光定位的方案，价格更加低廉，且不需要其他的附属设备，如光源和工控机等。在通过计算机进行计算时，上述坐标转化的算法简单易懂，且可以转化成任意机器人1的程序代码，从而实现机器人定位。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人点激光位置转化方法，所述机器人包括一个法兰连接端，所述法兰连接端上设有激光位移传感器，建立所述激光位移传感器的工具坐标系T，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取固定点P1在基坐标系下的位置Tp1；
S2：将所述激光位移传感器的最小量程处的激光点对准所述固定点P1，并计算此时所述激光位移传感器的工具坐标系Tmin；
S3：将所述激光位移传感器的最大量程处的激光点对准所述固定点P1，并计算此时所述激光位移传感器的工具坐标系Tmax；
S4：计算在法兰盘坐标系Tool0下所述工具坐标系Tmin和工具坐标系Tmax之间的空间单位向量e；
S5：通过所述激光位移传感器测得激光测距点与所述激光位移传感器之间的距离M，所述激光测距点在所述激光位移传感器的量程内，获取此时所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置T0，通过距离M和空间向量e计算出所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M；
S6：基于所述位置T0和所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M计算出所述激光测距点在所述基坐标系下的位置Tb。
2.根据权利要求1所述的一种机器人点激光位置转化方法，其特征在于，所述工具坐标系Tmin＝Tp1*T0min -1，其中T0min为当所述激光位移传感器的最小量程处的激光点对准所述固定点P1时，所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置。
3.根据权利要求2所述的一种机器人点激光位置转化方法，其特征在于，所述工具坐标系Tmax＝Tp1*T0max -1，其中T0max为当所述激光位移传感器的最大量程处的激光点对准所述固定点P1时，所述法兰盘坐标系Tool0在所述基坐标系下的位置。
4.根据权利要求1所述的一种机器人点激光位置转化方法，其特征在于，所述空间单位向量
Figure FDA0004041911520000021
其中，
Figure FDA0004041911520000022
Figure FDA0004041911520000023
Figure FDA0004041911520000024
工具坐标系
Figure FDA0004041911520000025
工具坐标系
Figure FDA0004041911520000026
x、y、z为所述工具坐标系T的原点在所述法兰盘坐标系Tool0下的坐标值。
5.根据权利要求4所述的一种机器人点激光位置转化方法，其特征在于，所述激光测距点在所述法兰盘坐标系Tool0下的位置T0M＝Tmin+M*e。
6.根据权利要求5所述的一种机器人点激光位置转化方法，其特征在于，所述激光测距点在所述基坐标系下的位置Tb＝T0*T0M。
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