一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法的制作方法

本发明属于工业机器人，具体是一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法。

背景技术：

1、机器人通常通过控制程序执行任务，在这些控制程序中，机器人需要了解工件的位置和方向，以便执行准确的操作，然而机器人通常在自身坐标系中运动，此时需要进行坐标系转换，以便在工件坐标系中进行任务，计算机器人工件坐标系通常依赖于传感器技术，如激光测距仪、视觉系统、编码器等，以测量工件上的特征点或参考点。

2、但现有的技术使用传感器测量工件上的参考点坐标时，这些传感器可能存在测量误差，受到环境条件、传感器质量和标定等因素的影响，导致工件坐标系的不准确性，机器人执行任务时可能出现定位偏差，影响生产效率，同时一些技术还需要操作员手动选择参考点和执行标定过程，而手动操作容易引入人为错误，还依赖于操作员的经验，这限制了机器人系统的自动化程度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，为此，本发明提出了一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，用于解决上述所提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明通过以下内容予以实现：一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，该方法具体包括以下步骤：

3、步骤一：基于机器人末端视觉系统对工件进行扫描，并标记特征点；

4、步骤二：基于特征点之间的向量关系，计算新坐标系的基准轴；

5、步骤三：基于原坐标系与新坐标系平面的法线，计算交线及其单位向量；

6、步骤四：将原坐标系中的坐标轴依次旋转，并与新的基准轴进行重合，计算旋转角度，将旋转角度组合成工件坐标系。

7、作为本发明的进一步方案，特征点的获取方法为：

8、获取到工件上的特征点的图像数据，并通过图像处理算法在视觉数据中识别和定位特征点，同时将特征点分别标记为p1(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)和p3(x3，y3，z3)。

9、作为本发明的进一步方案，新坐标的基准轴的获取方法为：

10、选择特征点p1作为基准点，基于公式vector3 x＝(x2-x1，y2-y1，z2-z1)和vector3 k＝(x3-x1，y3-y1，z3-z1)分别得到p1到p2的向量vector3 x以及p1到p3的临时向量vector3 k；

11、将vector3 x与vector3 k进行叉积计算，得到新基准z轴的轴向量vector3 z；

12、将新基准z轴的轴向量vector3 z与轴向量vector3 x进行叉积计算，得到新基准y轴的轴向量vector3 y；

13、基于vector3 x、vector3 z以及vector3 y三个轴向量构建新坐标系，同时将新坐标系中的基准轴分别表示为x1，y1和z1。

14、作为本发明的进一步方案，新坐标系的原点位置与原坐标系的原点位置重合。

15、作为本发明的进一步方案，交线及其单位向量的具体计算方法为：

16、分别在原坐标系的xoy平面设置法线n1，在新坐标系的y1oz1平面设置法线n2，同时将n1与n2进行叉积计算，得到交线n(n1，n2，n3)，并基于得到交线n的单位向量nd，其中

17、作为本发明的进一步方案，将原坐标系中的坐标轴依次进行旋转时，先判断原坐标系的xoy平面与新坐标系的y1oz1平面是否共面，当xoy平面与y1oz1平面不共面时，此时依次转动原坐标的z，y，x轴，并计算欧拉角，反之，当xoy平面与y1oz1平面共面时，依次转动原坐标的z，y轴，并计算欧拉角。

18、作为本发明的进一步方案，欧拉角的计算方法为：

19、s41：在原坐标系的y轴上设置单位向量dy＝(0，1，0)，转动原坐标系的z轴，使原坐标系的y轴与交线n重合，基于公式得到旋转角度a；

20、s42：在z轴上设置单位向量dz＝(0，0，1)，之后将y轴的单位向量dy与交线n的单位向量nd进行叉积计算，得到新的旋转轴的轴向量，并将新的旋转轴向量转换成单位向量l1；

21、s43：依据公式得到轴向角θ1，当轴向角θ1等于0时，表示新的旋转轴的轴向量与原旋转轴z同向，反之，当轴向角θ1不等于0时，表示新的旋转轴的轴向量与原旋转轴z反向，此时令新的旋转轴的轴向量lf1＝-l1，并将坐标系中各个轴向量按照新的旋转轴的轴向量lf1进行更新；

22、s44：将原坐标中的y轴进行旋转，使原坐标中的x轴与新坐标系中的x1进行重合，之后按照上述步骤s41至s43中的方法进行处理，得到旋转角度b；

23、s45：将原坐标系中的x轴进行旋转，使原坐标系中的y轴与新坐标系中的y1进行重合，并将其按照上述步骤s41至s43的方法进行处理，得到旋转角度c；

24、s46：将得到的旋转角度(a，b，c)与原坐标进行组合，得到工件坐标系(x1，y1，z1，a，b，c)。

25、作为本发明的进一步方案，将工件坐标系传输至机器人控制端，当机器人控制端接收到工件坐标系后，对机器人的运动轨迹和姿态进行规划，并执行工作任务。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明先通过机器人末端视觉系统对工件进行扫描，能够准确的扫描和识别工件上的特征点，从而提高工件坐标系在计算过程中的准确性，减少位置误差；

28、本发明通过采用欧拉角计算，将原坐标系转换成工件坐标系，使机器人能够准确的执行任务，减少工作人员的手工干预过程，进而提高机器人系统的自动化程度；

29、本发明使用工件坐标系来执行高精度的重复性作业，确保机器人能够准确定位和操作构件，同时在作业过程中实时监测工件特征点，以纠正任何可能的位置偏差或工件变化，维持高精度。

技术特征：

1.一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，特征点的获取方法为：

3.根据权利要求2所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，新坐标的基准轴的获取方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，新坐标系的原点位置与原坐标系的原点位置重合。

5.根据权利要求1所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，交线及其单位向量的具体计算方法为：

6.根据权利要求1所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，将原坐标系中的坐标轴依次进行旋转时，先判断原坐标系的xoy平面与新坐标系的y1oz1平面是否共面，当xoy平面与y1oz1平面不共面时，此时依次转动原坐标的z，y，x轴，并计算欧拉角，反之，当xoy平面与y1oz1平面共面时，依次转动原坐标的z，y轴，并计算欧拉角。

7.根据权利要求6所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，欧拉角的计算方法为：

8.根据权利要求1所述的一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，其特征在于，将工件坐标系传输至机器人控制端，当机器人控制端接收到工件坐标系后，对机器人的运动轨迹和姿态进行规划，并执行工作任务。

技术总结
本发明公开了一种基于欧拉角计算机器人工件坐标系的算法，涉及工业机器人技术领域，包括：步骤一：基于机器人末端视觉系统对工件进行扫描，并标记特征点；步骤二：基于特征点之间的向量关系，计算新坐标系的基准轴；步骤三：基于原坐标系与新坐标系平面的法线，计算交线及其单位向量；步骤四：将原坐标系中的坐标轴依次旋转，并与新的基准轴进行重合，计算旋转角度，将旋转角度组合成工件坐标系，通过采用欧拉角计算，将原坐标系转换成工件坐标系，使机器人能够准确的执行任务，减少工作人员的手工干预过程，进而提高机器人系统的自动化程度。

技术研发人员：王伟昌,郭家友,韦超凡,高鑫
受保护的技术使用者：安徽工布智造工业科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17