[发明专利]一种基于激光扫描的机械臂定位装置与方法

权利要求书

1.一种基于激光扫描的机械臂定位装置，其特征在于，该装置包括：

具有可识别表面的标靶，其安装于所述机械臂的动臂的设定端；

激光扫描仪，其安装于所述机械臂的定臂的设定端，通过对所述标靶进行扫描获取用来表征机械臂末端在该扫描仪坐标系下的位姿信息的扫描参数；

控制器，其根据扫描仪在机械臂载体坐标系下的位姿信息、所述机械臂载体在隧道坐标系下的位姿信息、以及所述扫描参数，计算得到该机械臂末端在所述隧道坐标系下的位姿信息，从而完成机械臂的定位，其中，根据三角函数对所述扫描参数进一步计算得到标靶在扫描仪坐标系下的坐标，从而获取所述机械臂末端在该扫描仪下的位姿信息，所述扫描参数包括激光扫描仪与该标靶的扫描距离和三个扫描角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光扫描仪具体为三维激光扫描仪。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标靶的表面包括反光面区域，该区域反射率大于所述标靶表面的其他区域，可被所述激光扫描仪识别。

4.一种应用权利要求1～3中任一项所述装置的基于激光扫描的机械臂定位方法，其特征在于，该方法包括：

获取扫描仪在机械臂载体坐标系下的位姿信息以及所述机械臂载体在隧道坐标系下的位姿信息；

通过对所述标靶进行扫描获取用来表征机械臂末端在该扫描仪坐标系下的位姿信息的扫描参数；

根据扫描仪在机械臂载体坐标系下的位姿信息、所述机械臂载体在隧道坐标系下的位姿信息、以及所述扫描参数，计算得到该机械臂末端在所述隧道坐标系下的位姿信息，从而完成机械臂的定位；其中，根据三角函数对所述扫描参数进一步计算得到标靶在扫描仪坐标系下的坐标，从而获取所述机械臂末端在该扫描仪下的位姿信息，所述扫描参数包括激光扫描仪与该标靶的扫描距离和三个扫描角度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

使用全站仪定位或扫描仪定位的方法获取机械臂载体在隧道坐标系下的位姿信息。

6.根据权利要求4～5中任一项所述的方法，其特征在于，利用如下坐标转换式来完成扫描仪坐标系、机械臂载体坐标系和隧道坐标系之间的转换，并结合扫描仪在机械臂载体坐标系下的位姿信息、所述机械臂载体在隧道坐标系下的位姿信息、以及所述扫描参数，计算得到该机械臂末端在所述隧道坐标系下的位姿信息：

式中：

其中，[X Y Z]^T是某点在A坐标系下的坐标；

[x y z]^T是该点在B坐标系下的坐标；

[Δx Δy Δz]^T表示B坐标系和A坐标系原点间的矢量；

R_X、R_Y、R_Z是A坐标系变换到B坐标系的分别沿X、Y、Z轴的旋转变换矩阵；

α、β、γ表示A坐标系分别绕X、Y、Z轴到B坐标系的旋转角度，k为一常数。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的方法，其特征在于，

通过对所述激光扫描仪进行校准来获取所述扫描仪在机械臂载体坐标系下的位姿信息。