一种单一或多机器人系统协同工作坐标系的标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明适用于单一或者多机器人坐标系标定领域，以及机器人组的串联工作领 域，尤其涉及到一种单一或多机器人系统协同工作坐标系的标定方法。
【背景技术】
[0002] 目前机器人已经很广泛的应用在工业生产中，它可以代替人做一些单调、频繁和 重复的长时间作业，随着机器人的应用领域的不断扩张，对机器人的要求也越来越复杂。对 于独立的一个机器人而言，在进行作业过程中可以通过机器人示教器示教机器人的作业程 序、位置以及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一定精度范围重复被示教的 程序，完成工作任务。以上的示教过程具有局限性，对于固定且位置不发生变化的工作目标 而言，此过程可以满足要求，但是对于会发生一定变化的目标或者是多机器人协作的情况 下，机器人示教器则不能满足这样的复杂作业要求，因此需要进行坐标系标定来完成复杂 的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例的目的在于实现单一或多机器人系统协同工作坐标系的标定方法。
[0004] 本发明提供一种单一机器人系统协同工作坐标系的标定方法，包括如下步骤：第 一步：通过一标定块，以标记块为依据确定世界坐标系XYZ，并记录标记块多个角点的三维 坐标值；第二步：确定机器人坐标系XYZ;第三步：一机器人的末端获取标定块中的角点在 机器人坐标系下的坐标值；第四步：获得该机器人的末端接触到的标定块的点的世界坐标 值；第五步：将已获得的机器人坐标值与相应的世界坐标值进行转换，得到机器人坐标系 到世界坐标系的转换关系。
[0005] 本发明又提供一种多个机器人系统协同工作坐标系的标定方法，包括如下步骤： 第一步：采用所述的单一机器人坐标系到世界坐标系的转换关系；第二步：任意两个机器 人的末端分别接触目标物体的同一个位置，分别得到标定块中的同一个位置在不同机器人 坐标系下的位置坐标；第三步：根据任意两个机器人得到的位置关系得到任意两个机器人 之间的坐标系转换关系。
[0006] 本发明又提供一种多个机器人系统协同工作坐标系的标定方法，包括如下步骤： 步骤Gl:以接触的方式使机器人的末端与标定块中的角点重合；步骤G2 :读取角点在世界 坐标系中的位置坐标；步骤G3 :获取机器人末端的位置坐标；步骤G4 :重复步骤G2和G3得 到足够的点；步骤G5 :已知相对应的点的坐标根据齐次坐标变换关系计算出坐标的变换矩 阵
[0007] 本发明通过硬件与软件相结合的方式完成的，首先进行工作台的世界坐标系的确 定，其次利用标定块结合机器人坐标反馈得到各个机器人坐标系与所确定的世界坐标系之 间的坐标变换关系以及所确定的世界坐标系与机器人坐标系之间的变换关系，再次，利用 标定块结合任意两个机器人的坐标反馈得到任意两个机器人之间的坐标变换关系，其中包 括机器人n到机器人m之间的坐标系转换关系以及机器人m到机器人n之间的坐标系转换 关系，最后利用所标定计算出来的各个坐标系的转换关系得到世界坐标系中任意位置点的 坐标变换，用于确定机器人的协同工作以及串联工作的点位关系。
【附图说明】
[0008] 图1本发明三维标定块的结构示意图；
[0009] 图2为图1所示标定块的上表面的平面图示意图；
[0010] 图3为图1所示标定块的第一侧面的平面图示意图；
[0011] 图4为图1所示标定块的第二侧的平面图示意图；
[0012] 图5为本发明机器人坐标系到世界坐标系的变换原理图；
[0013]图6为本发明机器人末端与标点块中角点接触的局部放大图像；
[0014] 图7为本发明任意两个机器人坐标系之间的变换原理图的示意图；
[0015] 图8为图7的两个机器人与标定块中同一位置接触的局部放大图；
[0016] 图9为本发明多机器人协同工作的结构示意图；
[0017] 图10为本发明多机器人协同串联工作完成物体接力传送的示意图；
[0018] 图11为本发明多机器人系统协同工作坐标系标定流程图。
【具体实施方式】
[0019] 多机器人系统协同工作坐标系的标定方法，指的是利用标定块结合数学方法将机 器人独立的坐标系统一到工作场合中的已建立完成的世界坐标系中，同时建立各个相邻机 器人的坐标系关系，其中，世界坐标系是系统的绝对坐标系，在没有建立用户坐标系之前画 面上所有点的坐标都是以该坐标系的原点来确定各自的位置的。
[0020] 本发明提供一种单一机器人系统协同工作坐标系的标定方法，每一个独立机器人 的坐标系与世界坐标系之间的转换，包括如下步骤：
[0021] 第一步：通过一标定块，以标记块为依据确定世界坐标系，并记录标记块多个角点 的三维坐标；
[0022] 第二步：确定机器人坐标系；
[0023] 第三步：一机器人的末端获取标定块中的点在机器人坐标系下的坐标值；
[0024] 第四步：获得该机器人的末端接触到的标定块的点的世界坐标值；
[0025] 第五步：将已获得的机器人坐标值与相应的世界坐标值进行转换，得到机器人坐 标系到世界坐标系的转换关系。
[0026] 所述第一步的世界坐标系是根据标定块10来确定的，具体介绍如下：
[0027] 图1本发明三维标定块的结构示意图，此三维标定块100为标定块为一三维立体 结构，在本实施例中标定块为一正方体，该标定块1〇〇设有上表面11、与上表面11相邻且同 时交汇在第一连接点100的第一侧面12和第二侧面13、与上表面100相对的下表面（图 未示）、与第一侧面12相对的第三侧面（图未示）、与第二侧面13相对的第四侧面（图未 示），其中，第一侧面12与第二侧面13相邻设置，且第一侧面12位于第二侧面13的左边。
[0028]图1示意了标定块100的上表面11、第一侧面12和第二侧面13,该三个表面被等 分成多个小方格，在本实施例中，三个表面被等分成16个小方格，每一个方格的长度和宽 度均为5个单位，相邻两个小方格之间的交点为角点，各角点位于标定块100每一面的内 部，在本实施例中，各角点不包括与各侧边交汇的点，那么标定块100的每面设有9个角点
[0029] 所述第一侧面12设有与所述第一连接点100连接的第一边101，所述第二侧面13 设有与所述第一连接点100连接的第二边102。所述第一侧面12和第二侧边13之间设有 与所述第一连接点100连接的第三边103。
[0030] 设定标定块100的下表面中心点为世界坐标系的原点0,世界坐标系的X坐标方向 平行所述的第一边101并向第一侧面12延伸，世界坐标系的Y坐标方向平行所述的第二边 102并向所述第二侧面12延伸，世界坐标系的Z坐标方向平行所述第三边103并向所述上 表面11延伸。也就是说，世界坐标系是以标定块10的三维延伸方向分别作为X坐标、Y坐 标、以及Z坐标。
[0031] 通过确定XYZ坐，可以很直观的查找并记录标定块中任一角点在世界坐标系中三 维坐标位置。
[0032] 图2为标定块100的上表面11的平面图示意图，上表面11的内部9个角点的三 维坐标如图2内部所表述，9个角点分三排设置，第一排三个角点的三个坐标从左至右依 序为：（-5、5、20)、（0、5、20)、（5、5、20)，第二排三个角点的三个坐标从左至右依序为：（-5、 0、20)、（0、0、20)、（5、0、20)，第三排三个角点的三个坐标从左至右依序为：（-5、-5、20)、 (0、-5、20)、（5、-5、20)〇
[0033] 图3标定块100的第一侧面12的平面图示意图，第一侧面12的内部9个角点的 三维坐标如图2内部所表述，9个角点分三排设置，第一排三个角点的三个坐标从左至右依 序为：（-5、-10、15)、（0、-10、-15)、（5、-10、15)，第二排三个角点的三个坐标从左至右依序 为：（-5、-10、10)、（0、-10、10)、（5、-10、10)，第三排三个角点的三个坐标从左至右依序为： (-5,-10,5), (0,-10,5), (5,-10,5) 〇
[0034] 图4标定块100的第二侧面13的平面图示意图，第二侧面13的内部9个角点的 三维坐标如图2内部所表述，9个角点分三排设置，第一排三个角点的三个坐标从左至右依 序为：（-10、5、15)、（-10、0、15)、（-10、-5、15)，第二排三个角点的三个坐标从左至右依序 为 ：（-10、5、10)、（-10、0、10)、（-10、-5、10)，第三排三个角点的三个坐标从左至右依序为： (_10、5、5)、（_10、0、5)、（-10、-5、5)〇
[0035] 图5为机器人坐标系到世界坐标系的变换原理图，其中，a21为机器人，a25为机 器人的末端，10为三维标定块，a23为机器人坐标系，a25为机器人的末端，a24为世界坐标 系，即标定块10的坐标系，a26为工作台。其中，机器人的末端a25用于对待加工的零件进 行工作；机器人坐标系a23是根据固定和支撑机器人手臂的固定装置a27来确定的，将固定 装置a27作为一三维装置，根据其各个方向的延伸方向确定机器人坐标系a23,机器人坐标 系a23的Z轴平行于世界坐标系a24的Z轴。
[0036] 为了更直观的体现出坐标系的标定过程以世界坐标