一种工具在机器人法兰坐标系上的标定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种工具在机器人法兰坐标系上的标定方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 在机器人编程中，通常需要将对工件的操作任务定义在机器人的法兰坐标系等坐 标系下，因此在对工件进行加工前需要事先确定固定在工具上的工具坐标系与固定工具的 末端关节所在的法兰坐标系的关系，即进彳丁工具坐标系的标定，工具坐标系的标定为确定 工具中心点在法兰坐标系中的坐标以及工具坐标系相对法兰坐标系的坐标轴方向。其中， 对工具坐标系的标定过程中现有技术通常采用四点标定法确定工具中心点在法兰坐标系 中的坐标，四点标定法具体为：使待进行工具坐标系标定的工具的中心点分别从四个不同 的方向运动至同一标定参考点，从而获取工具中心点四次运动过程中机器人各关节对应的 旋转角度；再根据获得的旋转角度以及四点标定算法获得工具中心点在法兰坐标系中的坐 标值。
[0003] 本申请发明人在长期研发中发现，现有技术的四点标定法中工具中心点需从四个 方向运动至标定参考点，需选取的运动路径较多，即在实际标定操作过程中每个工具中心 的标定均至少需要进行四次工具中心点向标定参考点运动的操作，标定操作较繁琐而使得 工具坐标系的标定效率较低，进而影响工件的加工效率。
【发明内容】
[0004] 本发明主要解决的技术问题是提供一种工具在机器人法兰坐标系上的标定方法 及装置，能够减少所需的工具中心点运动路径数量，标定操作较简单而使得工具坐标系的 标定效率较高。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：提供一种工具在机器人法兰坐标系 上的标定方法，包括：获取固定在机器人末端关节安装部上的待标定工具移动至所述待标 定工具的中心点与标定参考点重合时所述机器人各关节的旋转角度；获取已标定工具的中 心点在机器人法兰坐标系上的标定信息；根据已标定工具的中心点的标定信息和所述待标 定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0006] 其中，所述获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息的步骤包 括获取所述已标定工具的旋转角度和已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标， 所述已标定工具的旋转角度为当所述已标定工具被固定在所述机器人末端关节的安装部 上时，其移动至所述已标定工具的中心点与标定参考点重合时所述机器人各关节的旋转角 度。
[0007] 其中，仅所述已标定工具的旋转角度是预先存储在存储器中的，所述已标定工具 的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标是根据所述预先存储在存储器中的已标定工具的 旋转角度即时计算得到的；或者，所述已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标 和已标定工具的旋转角度均是预先存储在存储器中的。
[0008] 其中，所述获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息的步骤包 括：获取第一个已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息；所述根据已标定 工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在 机器人法兰坐标系上的标定的步骤包括：根据第一个已标定工具的中心点的标定信息和所 述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0009] 其中，所述获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息的步骤包 括：获取上一个已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息；所述根据已标定 工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在 机器人法兰坐标系上的标定的步骤包括：根据上一个已标定工具的中心点的标定信息和所 述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0010] 其中，所述获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息的步骤包 括：获取之前至少两个已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息，并对所述 标定信息做加权平均；所述根据已标定工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转 角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定的步骤包括：根据加权平 均后的已标定工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工 具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0011] 其中，所述根据已标定工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完 成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定的步骤包括：
[0012] 将已标定工具的旋转角度和待标定工具的旋转角度分别代入已知的机器人正运 动学方程，获得机器人法兰坐标系相对于世界坐标系的转换矩阵Fe、F#，并建立如下等式 ⑤，
[0014] 其中，（X# Y# Z# )为所述待标定工具中心点在所述法兰坐标系中的坐标，所述已 标定工具中心点在所述法兰坐标系中的坐标为（XB Yb Ze )，机器人法兰坐标系相对于世界 坐标系的转换矩阵F#具体如下式⑥，
[0016] 将式⑥代入式⑤得到式⑦，求得所述待标定工具中心点在所述法兰坐标系中的坐 标（X待Y待Z待），
[0019] 其中，所述获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中坐标的步骤包括：获 取第一旋转角度和第二旋转角度，所述第一旋转角度和第二旋转角度是所述已标定工具分 别沿第一方向和第二方向移动至所述已标定工具的中心点与标定参考点重合时机器人各 关节的旋转角度；
[0020] 将第一旋转角度、第二旋转角度分别代入已知的机器人正运动学方程，获得机器 人法兰坐标系相对于世界坐标系的转换矩阵F 1、F2,并建立等式①，
[0022] 式①中，T为已标定工具坐标系相对于法兰坐标系的变换矩阵，（X Y Z 1)为标定 参考点在世界坐标系中的坐标；
[0023] 根据式②求得已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标（Xe Ye Ze )，
[0025] 其中，所述根据式②求得已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标（Xe Y已Ze )的步骤之后还包括：
[0026] 获取第三旋转角度和第四旋转角度，所述第三旋转角度和第四旋转角度是所述已 标定工具分别沿第三方向和第四方向移动至所述已标定工具的中心点与标定参考点重合 时机器人各关节的旋转角度；
[0027] 将第三旋转角度和第四旋转角度分别代入已知的机器人正运动学方程，获得机器 人法兰坐标系相对于世界坐标系的转换矩阵F 3、F4,建立等式③，
[0029] 式③中，T为已标定工具坐标系相对于法兰坐标系的变换矩阵，（X Y Z 1)为标定 参考点在世界坐标系中的坐标；
[0030] 根据式③整理得到式④，根据式④再次求得已标定工具的中心点在机器人法兰坐 标系中的坐标（X'已Y'已Z'已），
[0032] 根据（Xe Ye Ze )和（X' e Y' e Z' e )的平均值获得已标定工具的中心点在机器人 法兰坐标系中的校验坐标（Xe Ye Ze )，将所述已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中 的校验坐标（XeYeZ e)值确定为最终的所述已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中 的坐标。
[0033] 为解决上述技术问题，本发明的第二方面是：提供一种工具在机器人法兰坐标系 上的标定装置，包括：旋转角度获取模块，用于获取固定在机器人末端关节安装部上的待标 定工具移动至所述待标定工具的中心点与标定参考点重合时所述机器人各关节的旋转角 度；标定信息获取模块，用于获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定信息； 标定模块，用于根据已标定工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完成所 述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0034] 其中，所述标定信息获取模块包括：旋转角度获取单元，用于获取所述已标定工具 的旋转角度，所述已标定工具的旋转角度为当所述已标定工具被固定在所述机器人的末端 关节安装部上时，其移动至所述已标定工具的中心点与标定参考点重合时所述机器人各关 节的旋转角度；坐标获取单元，用于获取已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐 标。
[0035] 其中，所述标定信息获取模块还包括存储器，所述存储器仅用于预先存储已标定 工具的旋转角度，所述坐标获取单元根据所述预先存储在存储器中的已标定工具的旋转角 度即时计算得到已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标；或者所述存储器同时 用于预先存储所述已标定工具的中心点在机器人法兰坐标系中的坐标和已标定工具的旋 转角度。
[0036] 其中，所述标定信息获取模块具体用于获取第一个已标定工具的中心点在机器人 法兰坐标系上的标定信息；所述标定模块具体用于根据第一个已标定工具的中心点的标定 信息和所述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上 的标定。
[0037] 其中，所述标定信息获取模块具体用于获取上一个已标定工具的中心点在机器人 法兰坐标系上的标定信息；所述标定模块具体用于根据上一个已标定工具的中心点的标定 信息和所述待标定工具的旋转角度完成所述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上 的标定。
[0038] 其中，所述标定信息获取模块具体用于获取之前至少两个已标定工具的中心点在 机器人法兰坐标系上的标定信息，并对所述标定信息做加权平均；所述标定模块具体用于 根据加权平均后的已标定工具的中心点的标定信息和所述待标定工具的旋转角度完成所 述待标定工具的中心点在机器人法兰坐标系上的标定。
[0039] 其中，所述