[发明专利]一种机械臂坐标系的转换标定方法与系统

说明书

本发明提供一种机械臂坐标系的转换标定方法与系统，所述方法包括：S1，基于目标机械臂工作范围内布置的跟踪测量装置，利用末端坐标系平移运动法，获取末端工具坐标系相对测量参考坐标系的坐标旋转变换关系；S2，利用基于所述末端工具坐标系的单轴旋转法和相对机械臂基坐标系的运动学变换，获取所述末端工具坐标系相对所述机械臂基坐标系的坐标齐次变换关系；S3，基于选定标定采样点的坐标，分别利用多点重心求解法、重心化处理法和罗德里格矩阵变换求解法，获取所述机械臂基坐标系与所述测量参考坐标系的坐标齐次变换关系。本发明标定流程简单，标定算法无迭代过程，能够有效减少坐标系标定耗时，提高坐标系标定精度。

技术领域

本发明涉及机器人控制与应用技术领域，更具体地，涉及一种机械臂坐标系的转换标定方法与系统。

背景技术

工业机械臂通常采用工具坐标系表示末端工具的工具中心点(Tool CenterPoint,TCP)位置及末端工具的姿态。机械臂末端工具的位姿控制取决于相对于基坐标系的机器人运动学变换关系。但在外部测量过程中，末端工具位姿测量值是相对于测量参考坐标系，必须进行测量参考坐标系与机械臂相关坐标系的转换标定，获取机械臂末端工具坐标系和机械臂基坐标系的全局定位，从而能够进一步实现机械臂末端工具位姿的引导与补偿修正。

目前机械臂坐标系与外部参考坐标系转换标定常采用的一种方法为单轴旋转运动法。单轴旋转运动法通过3次单轴周期旋转，结合空间几何矢量和坐标系变换方程进行求解，末端工具坐标系平移向量取决于空间交叉点单点测量精度，且没有考虑当前末端工具TCP点相对基坐标系的位置误差，因此不能保证坐标系标定精度的可靠性。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种机械臂坐标系的转换标定方法与系统，以达到有效减少坐标系标定耗时及提高坐标系标定精度的目的。

一方面，本发明提供一种机械臂坐标系的转换标定方法，包括：S1，基于目标机械臂工作范围内布置的跟踪测量装置，利用末端坐标系平移运动法，获取末端工具坐标系相对测量参考坐标系的坐标旋转变换关系；S2，利用基于所述末端工具坐标系的单轴旋转法和相对机械臂基坐标系的运动学变换，获取所述末端工具坐标系相对所述机械臂基坐标系的坐标齐次变换关系；S3，基于选定标定采样点的坐标，分别利用多点重心求解法、重心化处理法和罗德里格矩阵变换求解法，获取所述机械臂基坐标系与所述测量参考坐标系的坐标齐次变换关系。

其中，步骤S1中所述利用末端坐标系平移运动法，获取末端工具坐标系相对测量参考坐标系的坐标旋转变换关系的步骤进一步包括：通过测量所述目标机械臂的末端工具沿所述末端工具坐标系各方向轴平移运动时，所述末端工具坐标系的原点坐标和平移位移矢量，计算所述末端工具坐标系在所述测量参考坐标系下的单位分量。

其中，所述S2的步骤进一步包括：拟合获取所述目标机械臂1轴和6轴的轴旋转圆周半径，计算两旋转圆周交点相对于所述测量参考坐标系的坐标在各所述单位分量上的投影，并利用空间矢量几何关系，获取末端工具坐标系相对所述机械臂基坐标系的坐标齐次变换关系。

其中，所述S3的步骤进一步包括：S31，利用多点重心求解法，分别计算所述标定采样点相对所述机械臂基坐标系和所述测量参考坐标系的重心坐标；S32，分别基于所述标定采样点相对所述机械臂基坐标系以及所述测量参考坐标系的重心坐标和标定采样点坐标，对所述标定采样点进行重心化处理，分别获取所述标定采样点相对所述机械臂基坐标系和所述测量参考坐标系的重心化坐标；S33，利用罗德里格矩阵形式，表示所述标定采样点相对所述机械臂基坐标系与所述测量参考坐标系的重心化坐标变换方程；S34，利用特征值带入法求解所述重心化坐标变换方程，获取所述机械臂基坐标系相对所述测量参考坐标系的变换矩阵。