[发明专利]一种基于RTK定位的机械臂引导方法

说明书

本发明涉及一种基于RTK定位的机械臂引导方法，属于自动化领域。结合三个RTK监测点的数据即可求得目标监测点在机械臂坐标系下的X,Y,Z坐标位置，再结合目标点陀螺仪的方向即可求解目标点在机械臂坐标系下的位姿(x,y,z,qx,qy,qz,qw)。根据与机械臂坐标系固定的两个RTK监测点求解机械臂坐标系与大地坐标的关系，进一步求解作业监测点在机械臂坐标系下的位置。本发明的定位引导效率高、能耗低、数据传输量小，适用于在户外有太阳光等干扰环境下机械臂控制引导，具有广阔的应用前景和市场需求。

技术领域

本发明属于自动化领域，涉及一种基于RTK定位的机械臂引导方法。

背景技术

传统工业机器人对于产品生产线工作效果很好，但只能工作在结构化及封闭的环境中，从而限制了其应用领域，且应变能力弱。现有机械臂定位主要靠视觉传感器，机器视觉技术提高了机器人对环境的感知和应变能力，但当机械臂作业于户外太阳光干扰环境时，基于光传感的摄像头受到干扰无法识别特征也就不能实现定位。实时动态(RTK)载波相位差分技术广泛用于无人机、无人驾驶、环境测绘等领域。RTK是一种通过基准站和移动站的同步观测，利用载波相位观测值实现快速高精度定位功能的差分测量技术。RTK系统由1个基准站、若干个移动站及无线通讯系统组成。作业时在地面上静置1台基准站，对GPS卫星进行连续观测，并将观测数据和测站信息通过无线传输设备实时地发送给移动站，移动站接收机在接收GPS卫星信号和采集卫星数据的同时，通过无线接收设备接收来自基准站的数据，并在系统内对采集和接收的2组数据进行载波相位差分处理，实时解算出移动站在大地下的三维坐标及其精度。现有RTK用于组合测量时直接用经纬度计算，没有涉及将经纬度和高程转换到大地坐标(x,y,z)，且没有使用到坐标系变换。由于机械臂工作时需要准确的作业点的位姿(x,y,z,qx,qy,qz)，因此，本发明旨在户外太阳光干扰条件下，通过使用1～3个RTK移动站，来解决工业机器人坐标系与大地坐标系之间的位置和方向的确定问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于RTK定位的机械臂引导方法。结合与机械臂坐标系固定的两个RTK测量点之间的关系可得知机械臂在大地坐标系下的位姿，工作测量点RTK与陀螺仪相对于机械臂的位置与方向可通过坐标变换关系求解，机械臂控制器得到目标工作点的位置和方向即可引导机械臂运动作业。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于RTK定位的机械臂引导方法，在基于RTK定位的机械臂系统中，基于RTK定位的机械臂系统包括机械臂承载平台、工业机械臂、RTK基准站和RTK移动站；

RTK移动站在接收卫星观测值的同时接收到RTK基站的信息，进行RTK定位解算，得到RTK高精度定位的经纬度和高程信息，将经纬度和高程信息转换到大地坐标系下得到RTK移动站在大地坐标系下的X,Y,Z值；纬度φ_r，经度λ_r，高程h转换到大地坐标系下的三维信息X,Y,Z公式如下：

e²＝f(2-f)

X＝(v+h)cosφ_rcosλ_r

Y＝(v+h)cosφ_rsinλ_r

Z＝v(1-e²)sinφ_r

式中a为地球参考椭球长度，f为接地参考椭球的展平；在WGS-84坐标系下a＝6378137.0(m)，f＝1.0/298.257223563；

通过RTK移动站在RTK移动站第一监测点(4)和RTK移动站第二监测点(5)在大地坐标系下的差值ΔX,ΔY,ΔZ计算机械臂坐标系相对于大地坐标系偏转方向的欧拉角RX,RY,RZ；