机器人 工具坐标系的标定

概念

        工具坐标系是把机器人腕部法兰盘所握工具的有效方向定为Z轴,把坐标定义在工具尖端点,所以工具坐标的方向随腕部的移动而发生变化。

        工具坐标的移动,以工具的有效方向为基准,与机器人的位置、姿势无关,所以进行相对于工件不改变工具姿势的平行移动操作时最为适宜。

        建立了工具坐标系后,机器人的控制点也转移到了工具的尖端点上,这样示教时可以利用控制点不变的操作方便地调整工具姿态,并可使插补运算时轨迹更为精确。所以,不管是什么机型的机器人,用于什么用途,只要安装的工具有个尖端,在示教程序前务必要准确地建立工具坐标系。


        位置数据
        位置数据是指工具尖端点在法兰盘坐标系下的坐标值。 

位置数据的创建方法有两种。

        1  直接输入法(不推荐使用)
            如果已知工具的具体尺寸,可直接输入具体数值。
        2  工具校验(常用)
            进行工具校验,需以控制点为基准示教5个不同的姿态(TC1至 5)。根据这5个数据自动算出工具尺寸。应把各点的姿态设定为任意方向的姿态。若采用偏向某一方向的姿态,可能出现精度不准的情况。





<think>好的,我现在需要帮助用户找到关于如何使用Matlab进行机器人工具坐标系标定的方法或教程。首先,我得理解用户的需求。用户提到了工具坐标系标定,并希望使用Matlab,特别是机器人工具箱。根据用户的引用资料,特别是引用[1]和引用[4],他们可能已经了解了一些Matlab机器人工具箱的基本功能,但需要更具体的标定步骤。 首先,我应该回顾用户提供的引用内容。引用[1]提到了MATLAB机器人工具箱的使用教程,包括DH建模、正逆解和轨迹规划。这可能是一个重要的资源。引用[2]和[3]详细说明了工具坐标系的概念和标定方法,特别是六点法。引用[4]提到了世界坐标系标定,可能与工具坐标系相关,但重点不同。 接下来,我需要确定Matlab机器人工具箱是否支持工具坐标系标定。根据引用[1]的教程链接,里面提到了常用功能函数,可能包括工具坐标系的设置。但用户可能需要具体的步骤,比如如何输入工具尖端点的位置数据或使用校验方法。 可能的思路是,在Matlab中,工具坐标系通常通过定义工具的参数,比如相对于末端执行器的位置和方向。机器人工具箱中的函数如`robot.tool`可以用来设置工具坐标系。例如,使用`SE3`对象来表示工具坐标系相对于法兰盘的变换矩阵。 然后,根据引用[2]和[3],标定方法包括直接输入法和工具校验(六点法)。直接输入法在Matlab中可能比较简单,只需定义工具的参数。而六点法需要采集多个姿态的数据来计算工具坐标系。用户可能需要知道如何在Matlab中实现六点法标定。 需要检查用户提供的引用是否有具体的函数或步骤。引用[1]的教程中提到了正逆运动学,可能涉及坐标系的变换。可能需要指导用户如何应用这些函数进行标定。例如,使用`fkine`计算正运动学,结合多个姿态的数据点来求解工具参数。 可能遇到的问题包括如何收集多个姿态的数据,以及如何将这些数据输入到Matlab中进行计算。根据引用[3],六点法需要示教五个不同的姿态,可能需要在Matlab中记录这些姿态下的机器人位姿,然后通过数学计算得出工具坐标系。 此外,用户可能需要示例代码或具体函数的使用方法。例如,如何创建工具坐标系对象,如何将标定后的工具坐标系应用到机器人模型中,以及如何验证标定的准确性。 最后,需要确保回答结构清晰,分步骤说明方法,并引用相关的参考资料。可能需要建议用户查阅引用[1]的教程链接以获取更多细节,并参考引用[2]和[3]中的标定原理来理解背后的数学方法。</think>### 使用MATLAB进行机器人工具坐标系标定的方法 #### 1. **工具坐标系标定原理** 工具坐标系标定核心是确定工具尖端相对于机器人法兰盘坐标系的位置和姿态(即齐次变换矩阵)。常用方法包括: - **直接输入法**:已知工具几何尺寸时直接定义变换参数[^2]。 - **六点标定法(TCP标定)**:通过示教多个姿态,计算工具坐标系参数[^3]。 #### 2. **MATLAB实现步骤** ##### (1) **直接输入法** 若已知工具几何参数(如长度、偏移量),可直接构建齐次变换矩阵: ```matlab % 定义工具坐标系相对于法兰盘的变换(假设工具沿Z轴延伸50mm) tool_offset = transl(0, 0, 50); % 使用transl函数创建平移变换 robot.tool = tool_offset; % 将工具坐标系绑定到机器人模型 ``` ##### (2) **六点标定法** **步骤1:采集多组位姿数据** - 控制机器人工具尖端接触固定点,记录6个不同姿态下的法兰盘位姿$T_{\text{flange}}^i$($i=1,2,...,6$)。 **步骤2:构建方程求解工具参数** 工具尖端在世界坐标系中的位置应满足: $$ T_{\text{flange}}^i \cdot T_{\text{tool}} \cdot \begin{bmatrix}0\\0\\0\\1\end{bmatrix} = P_{\text{fixed}} $$ 其中$T_{\text{tool}}$为待求工具坐标系变换矩阵,$P_{\text{fixed}}$为固定点坐标。 **MATLAB代码示例**: ```matlab % 假设已获取6组T_flange和固定点坐标P_fixed A = []; b = []; for i = 1:6 T = T_flange{i}; A = [A; T(1,1:3) - P_fixed(1)*T(4,1:3), T(2,1:3) - P_fixed(2)*T(4,1:3), T(3,1:3) - P_fixed(3)*T(4,1:3)]; b = [b; P_fixed(1)*T(4,4) - T(1,4); P_fixed(2)*T(4,4) - T(2,4); P_fixed(3)*T(4,4) - T(3,4)]; end x = A \ b; % 最小二乘解 T_tool = [eye(3), x(1:3); 0 0 0 1]; % 构建齐次变换矩阵 robot.tool = T_tool; % 应用工具坐标系 ``` #### 3. **验证标定结果** 通过正运动学验证工具尖端位置: ```matlab q = [0, 0, 0, 0, 0, 0]; % 关节角 T_tip = robot.fkine(q); % 计算工具尖端位姿 disp(T_tip.transl); % 输出尖端坐标 ``` #### 4. **参考资料推荐** - **机器人工具箱文档**:引用[1]中的教程详细说明了坐标系操作和运动学函数[^1]。 - **标定数学原理**:引用[2]和引用[3]描述了工具坐标系标定的几何约束条件。
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