一种坐标系之间的标定方法、设备、装置及存储介质与流程

本发明涉及机器人领域，具体涉及到一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法、设备、装置及存储介质。

背景技术：

1、在现有技术中，对于机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定，一般大多数采用六维三维力传感器，标定六维力传感器坐标系与末端关节坐标系关系。

2、但是，利用六维力传感器标定传感器坐标系与机器人关节坐标系的关系，计算过程较为复杂，另外，六维传感器的价格比较昂贵，功耗较大，不利于机器人的低成本设计。

技术实现思路

1、为解决背景技术提出的技术问题，本发明第一方面提供一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法，包括以下步骤：

2、s1：连接于所述机器人的末端关节的工具接受多次外力作用；

3、s2：获取所述机器人的各个关节在每次外力作用下的力矩变化值，以及获取设置于所述末端关节与所述工具之间的三维力传感器在每次外力作用下的检测值；

4、s3：基于所述各个关节的多个所述力矩变化值，采用雅可比矩阵，机器人关节转换矩阵，计算得到末端关节坐标系下的多个外力值；

5、s4：利用所述末端关节坐标系下的多个外力值以及所述三维力传感器的多个所述检测值，采用最小二乘法，计算得到三维力传感器坐标系到所述末端关节坐标系的转换矩阵。

6、第二方面，本发明提供一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定设备，包括：

7、工具；

8、本体，其端部连接所述工具，所述本体包括相互连接的若干关节，所述若干关节中包括一末端关节，所述末端关节相对于其他关节邻近所述工具设置，所述本体包括连接杆以及三维力传感器，所述连接杆连接在所述末端关节与所述工具之间，所述三维力传感器设置于所述工具与所述连接杆的连接处；

9、一个或多个处理器，与所述三维力传感器连接，用于接收所述三维力传感器的检测值；

10、存储器；以及

11、一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法的步骤。

12、第三方面，本发明提供一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定装置，包括：

13、工具，连接于所述机器人的末端关节，用于接受多次外力作用；

14、数据采集模块，用于获取各个关节在每次外力作用下的力矩变化值，以及获取设置于所述末端关节与所述工具之间的三维力传感器在每次外力作用下的检测值；

15、数据计算模块，用于基于所述各个关节的多个所述力矩变化值，采用雅可比矩阵，计算得到末端关节坐标系下的多个外力值；并用于利用所述末端关节坐标系下的多个外力值以及所述三维力传感器的多个所述检测值，采用最小二乘法，计算得到三维力传感器坐标系到所述末端关节坐标系的转换矩阵。

16、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法的步骤。

17、采用本发明的机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方案中，通过三维力传感器标定力传感器到机器人末端关节的转换矩阵，相对于通过六维力传感器标定力传感器坐标系到末端关节坐标系的转换矩阵，利用各个关节的力矩变化值、传感器的检测值，雅可比矩阵以及最小二乘法即实现坐标系之间的标定，有利于简化坐标系之间标定的计算过程，降低机器人中力传感器的成本与功耗。

技术特征：

1.一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，步骤s2中所述获取所述机器人的各个关节在每次外力作用下的力矩变化值，具体包括：

3.如权利要求1所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

4.如权利要求2或3所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，步骤s3具体包括：

5.如权利要求4所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，步骤s32中，根据公式3计算所述末端关节坐标系下的外力值fjointa，

6.如权利要求4所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，步骤s4中，根据公式4计算所述三维力传感器坐标系到所述末端关节坐标系下转换矩阵

7.如权利要求6所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，所述机器人末端设置有m个所述三维力传感器，m为正整数，公式4中的fsensora具体表示为：

8.如权利要求1-3任意一项所述的坐标系之间的标定方法，其特征在于，在步骤s4之后包括：

9.一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定设备，其特征在于，包括：工具；

10.如权利要求9所述的坐标系之间的标定设备，其特征在于，所述工具包括外壳，所述连接杆远离所述末端关节的一端延伸至所述外壳内，所述三维力传感器设置于所述外壳内，所述外壳固定于所述三维力传感器的顶面，所述三维力传感器的其他至少一个表面固定于所述连接杆，所述外壳与所述连接杆间隙设置，在所述外力作用于所述外壳的情况下，所述三维力传感器用于将检测到的检测值传输至所述处理器。

11.如权利要求10所述的坐标系之间的标定设备，其特征在于，所述工具包括装配件，所述装配件与所述连接杆间隔设置，所述外壳固定于所述装配件，所述装配件固定于所述三维力传感器的顶面；及/或所述连接杆包括相互固定连接的基体以及固定座，所述三维力传感器的底面及/或侧面固定于所述固定座，所述工具包括运动机构，所述基体的远离所述末端关节的一端连接所述运动机构。

12.如权利要求9-11任意一项所述的坐标系之间的标定设备，其特征在于，所述工具包括外磁体，所述机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定设备应用于磁控设备，所述机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定设备用于通过所述处理器控制所述外磁体带动外部被控磁性设备运动。

13.一种机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定装置，其特征在于，包括：工具，连接于所述机器人的末端关节，用于接受多次外力作用；

14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的机器人关节与力传感器的坐标系之间的标定方法的步骤。

技术总结本发明提供一种坐标系之间的标定方法、设备、装置及存储介质，标定方法包括以下步骤：S1：连接于机器人的末端关节的工具接受多次外力作用；S2：获取机器人的各个关节在每次外力作用下的力矩变化值，以及获取设置于末端关节与工具之间的三维力传感器在每次外力作用下的检测值；S3：基于各个关节的多个力矩变化值，采用雅可比矩阵，机器人关节坐标系转换矩阵，计算得到末端关节坐标系下的多个外力值；S4：利用末端关节坐标系下的多个外力值以及三维力传感器的多个检测值，采用最小二乘法，计算得到三维力传感器坐标系到末端关节坐标系的转换矩阵。本发明通过三维力传感器标定力传感器到机器人末端关节的转换矩阵，有利于简化计算过程，降低机成本与功耗。技术研发人员：罗建平受保护的技术使用者：深圳市资福医疗技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5