本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多關(guān)節(jié)型機(jī)器人因其運(yùn)動(dòng)的靈活度高，正廣泛的被使用在工業(yè)和服務(wù)業(yè)。其中可以根據(jù)用戶(hù)的需求為機(jī)器人的末端執(zhí)行器(例如機(jī)械手爪、噴槍或焊槍等)編排出對(duì)應(yīng)的三維運(yùn)動(dòng)軌跡?，F(xiàn)階段的機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的編排方法主要有如下幾種：一種是通過(guò)示教編程盒給機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)發(fā)送指令，將末端執(zhí)行器運(yùn)轉(zhuǎn)到到指定位置后，需要機(jī)器人停下動(dòng)作，示教編程盒讀取機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)位置傳感器的數(shù)值，然后把該數(shù)值保存。該方法由于需要大量記錄點(diǎn)，導(dǎo)致過(guò)程繁瑣，從而使得工作效率低下。另一種方法是將機(jī)器人末端執(zhí)行器需要的運(yùn)動(dòng)軌跡依據(jù)需要作業(yè)的目標(biāo)物體的形狀在三維作圖軟件里生成三維圖，再通過(guò)一定的規(guī)則抽取和計(jì)算出機(jī)器人末端執(zhí)行器需要的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。這個(gè)方法由于其是一個(gè)間接獲得運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的方法，于是在用機(jī)器人進(jìn)行軌跡復(fù)現(xiàn)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，導(dǎo)致過(guò)程繁瑣，從而使得工作效率低下。

由上分析可知，現(xiàn)有的機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的編排方法過(guò)程繁瑣，工作效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其編排目標(biāo)物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排的工作效率。

本發(fā)明的目的還在于提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其可應(yīng)用于上述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。

本發(fā)明的目的還在于提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的系統(tǒng)，其可應(yīng)用于上述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其包括以下步驟：

獲取三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口在預(yù)先建立的三維坐標(biāo)系中的各自坐標(biāo)數(shù)據(jù)；其中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線的末端均連接在運(yùn)動(dòng)軌跡待捕捉的運(yùn)動(dòng)物體上；

獲取由預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集裝置在不同時(shí)刻采集到并發(fā)送過(guò)來(lái)的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)；其中，所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)由對(duì)應(yīng)的所述拉繩式位移傳感器檢測(cè)出來(lái)并發(fā)送給所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集裝置；以及，

根據(jù)所述拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及不同時(shí)刻的所述拉線的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以形成所述運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。

本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，通過(guò)將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線的各自的末端固定在所述運(yùn)動(dòng)物體上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體在目標(biāo)空間內(nèi)按照機(jī)器人的末端執(zhí)行器的作業(yè)軌跡進(jìn)行相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)時(shí)(可由人來(lái)拉動(dòng))，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線也會(huì)跟隨者所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同程度的拉伸，此時(shí)，首先根據(jù)預(yù)先建立的三維坐標(biāo)系獲取三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口在所述三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后獲取不同時(shí)刻的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，最后根據(jù)所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及不同時(shí)刻的所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)得到所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，，以形成所述運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡，從而可以得到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的整個(gè)作業(yè)軌跡。由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其通過(guò)使得所述運(yùn)動(dòng)物體做相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)時(shí)計(jì)算得出機(jī)器人的末端執(zhí)行器的所需要的作業(yè)軌跡的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的工作效率。

進(jìn)一步地，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口相互之間等距分布在同一個(gè)圓周上，所述三維坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為所述圓周的圓心；所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線的末端匯聚為一點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述三維坐標(biāo)系為三維迪卡爾坐標(biāo)系，所述三維坐標(biāo)系的xy平面位于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口所在的平面上；所述三維坐標(biāo)系的z軸垂直所述平面

再進(jìn)一步地，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器分別為第一拉繩式位移傳感器、第二拉繩式位移傳感器以及第三拉繩式位移傳感器，其中，所述第一拉繩式位移傳感器的拉線出口、所述第二拉繩式位移傳感器的拉線出口以及所述第三拉繩式位移傳感器的拉線出口的坐標(biāo)依次設(shè)定為a(a,b,c)、b(d,e,f)、c(g,h,i)，所述第一拉繩式位移傳感器、所述第二拉繩式位移傳感器以及所述第三拉繩式位移傳感器的拉線長(zhǎng)度的數(shù)值依次為l1、l2、l3。

更進(jìn)一步地，所述步驟“根據(jù)所述拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及不同時(shí)刻的所述拉線的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以形成所述運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡”具體為：

根據(jù)所述拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)a(a,b,c)、b(d,e,f)與c(g,h,i)及不同時(shí)刻的所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)l1、l2與l3計(jì)算得到所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)；其中，：

x＝(j/n-k/q)/(m/n-p/q)，

y＝(j/m-k/p)/(n/m/-q/q)，

z＝sqrt(l1²-(x-a)²-(y-b)²)；

其中，m＝(d-a)，n＝(e-b)，p＝(g-d)，q＝(h-e)，j＝m*x+n*y，k＝p*x+q*y；此外，設(shè)所述圓周的半徑為r，則a＝r*sin(π/3)，b＝r*cos(π/3)，c＝0；d＝0，e＝r，f＝0；g＝-r*sin(π/3)，h＝-r*cos(π/3)，i＝0。

本發(fā)明提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其包括底座、支撐架、安裝部以及三個(gè)拉繩式位移傳感器，所述支撐架的底部固定在所述底座上，所述支撐架的頂部固定有所述安裝部，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器分別安裝在所述安裝部的不同位置上。

本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置應(yīng)用于上述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，且該裝置在編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程中，可以通過(guò)將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線末端固定在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體上，然后讓所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)所述三個(gè)拉繩式位移傳感器在不同時(shí)刻檢測(cè)出的各自的拉線長(zhǎng)度的計(jì)算就可以得到所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡(即所述末端執(zhí)行器所需要的作業(yè)軌跡)。所以通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，可以使得編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的工作效率。

進(jìn)一步地，所述支撐架包括第一支撐桿以及第二支撐桿，所述第一支撐桿的底端固定在所述底座上，所述第一支撐桿的頂端與所述第二支撐桿的第一端連接固定，所述第二支撐桿的第二端遠(yuǎn)離所述第一支并固定有所述安裝部。

進(jìn)一步地，所述安裝部為圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝部的第一盤(pán)面固定在所述第二支撐桿的第二端的底部，所述安裝部的第二盤(pán)面上設(shè)置有所述三個(gè)拉繩式位移傳感器，且所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口相互之間等距分布在同一個(gè)圓周上。

進(jìn)一步地，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線的末端匯聚為一點(diǎn)。

本發(fā)明另外一方面還提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的系統(tǒng)，其包括如上所述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置、用于采集所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置以及用于接收所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的信號(hào)輸出端均與所述數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端對(duì)應(yīng)連接，所述數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸入端連接。

本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的系統(tǒng)應(yīng)用于上述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，且該裝置在編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程中，可以通過(guò)將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線末端固定在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體上，然后讓所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)所述三個(gè)拉繩式位移傳感器在不同時(shí)刻檢測(cè)出的各自的拉線長(zhǎng)度的計(jì)算就可以得到所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡(即所述末端執(zhí)行器所需要的作業(yè)軌跡)。所以通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，可以使得編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的工作效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維坐標(biāo)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其包括步驟s1至步驟s3：

s1，獲取三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口在預(yù)先建立的三維坐標(biāo)系中的各自坐標(biāo)數(shù)據(jù)；其中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的末端均連接在運(yùn)動(dòng)軌跡待捕捉的運(yùn)動(dòng)物體上。

當(dāng)需要對(duì)機(jī)器人的末端執(zhí)行器(例如機(jī)械手爪、噴槍或焊槍等)的作業(yè)軌跡進(jìn)行編排時(shí)，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，首先將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的各自的末端固定在所述運(yùn)動(dòng)物體上，然后讓所述運(yùn)動(dòng)物體在目標(biāo)空間內(nèi)按照機(jī)器人的末端執(zhí)行器所需要的作業(yè)軌跡進(jìn)行相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)(可由人來(lái)拉動(dòng))，例如當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)物體以及所述機(jī)器人的末端執(zhí)行器均為噴槍時(shí)，操作員可以手持所述噴槍在作業(yè)對(duì)象(例如汽車(chē))的表面按照所需要的作業(yè)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)物體開(kāi)始按一定軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，以所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口所在的平面上的一預(yù)設(shè)的坐標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)(0，0，0)建立一個(gè)三維坐標(biāo)系，然后操作員將已經(jīng)設(shè)置好的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))中，使得所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備獲取所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的各自坐標(biāo)數(shù)據(jù)。當(dāng)然，當(dāng)用戶(hù)輸入所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備也可以根據(jù)所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立一個(gè)新的三維坐標(biāo)系(可與上面的三維坐標(biāo)系相同，也可以與上面的三維坐標(biāo)系不同)，然后所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備會(huì)根據(jù)新的三維坐標(biāo)系賦予所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口新的坐標(biāo)數(shù)據(jù)(可與上面的各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)相同，也可以與上面的各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)不同)。

其中，較佳地，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口不共線，這樣可以使得所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口在同一個(gè)圓周上，從而可以在后續(xù)步驟中以該圓周上的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立空間直角坐標(biāo)系球體方程；而且由于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口在同一個(gè)圓周上的不同地方，這樣可以使得所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線相互之間能夠形成一個(gè)立體的測(cè)量范圍，因此相對(duì)于因?yàn)槔€出口共線而導(dǎo)致所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線形成的一個(gè)平面的測(cè)量區(qū)域，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口不共線能夠具有更高地測(cè)量準(zhǔn)確度。需要指出的是，所述運(yùn)動(dòng)物體可以為安裝在機(jī)器人上的末端執(zhí)行器(例如機(jī)械手爪、噴槍或焊槍等)、卸載下來(lái)的末端執(zhí)行器或者末端執(zhí)行器的替代物(例如示教用的末端執(zhí)行器模型)等，在此不做具體限定。

此外，請(qǐng)參見(jiàn)圖3，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4分別為第一拉繩式位移傳感器4、第二拉繩式位移傳感器4以及第三拉繩式位移傳感器4，其中，所述第一拉繩式位移傳感器4的拉線出口、所述第二拉繩式位移傳感器4的拉線出口以及所述第三拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)依次設(shè)定為a(a,b,c)、b(d,e,f)、c(g,h,i)。

s2，獲取由預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集裝置在不同時(shí)刻采集到并發(fā)送過(guò)來(lái)的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的各自的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)；其中，所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)由對(duì)應(yīng)的所述拉繩式位移傳感器4檢測(cè)出來(lái)并發(fā)送給所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集裝置。

在所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線也會(huì)跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同程度的拉伸，因此在所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不同時(shí)刻，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4會(huì)不斷檢測(cè)出各自的拉線的拉線的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)(數(shù)字信號(hào)形式或模擬信號(hào)形式)，然后通過(guò)所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集裝置(例如數(shù)據(jù)采集卡)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))，然后由所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器對(duì)獲取到的所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中，所述第一拉繩式位移傳感器4、所述第二拉繩式位移傳感器4以及所述第三拉繩式位移傳感器4的拉線長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)依次表示為l1、l2、l3。

s3，根據(jù)所述拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及不同時(shí)刻的所述拉線的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以形成所述運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。

即根據(jù)設(shè)置好的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及獲取到的不同時(shí)刻的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算出所述所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即，計(jì)算得到所述運(yùn)動(dòng)物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，從而可以得到機(jī)器人的執(zhí)行末端的整個(gè)作業(yè)軌跡。

其中，優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2與圖3，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口相互之間等距分布在同一個(gè)圓周上，所述三維坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為所述圓周的圓心；所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的末端匯聚為一點(diǎn)，即，拉線的末端匯聚的點(diǎn)的三維坐標(biāo)即為所述運(yùn)動(dòng)物體的三維坐標(biāo)，則所述步驟s3具體為：

s30，根據(jù)所述拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)a(a,b,c)、b(d,e,f)與c(g,h,i)及不同時(shí)刻的所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)l1、l2與l3計(jì)算得到所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)。

在本步驟中，具體地，所述三維坐標(biāo)系為三維迪卡爾坐標(biāo)系，所述三維坐標(biāo)系的xy平面位于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口所在的平面上；所述三維坐標(biāo)系的z軸垂直所述平面。即，以所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口所在的平面設(shè)為三維坐標(biāo)系的xy平面。其中，將所述第二拉繩式位移傳感器4的拉線出口的坐標(biāo)設(shè)置在三維坐標(biāo)系的y軸上，設(shè)所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)部的坐標(biāo)為(x，y，z)，并設(shè)所述圓周的半徑為r，由于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口相互之間等距分布在同一個(gè)圓周上，因此根據(jù)幾何關(guān)系可知a＝r*sin(π/3)，b＝r*cos(π/3)，c＝0；d＝0，e＝r，f＝0；g＝-r*sin(π/3)，h＝-r*cos(π/3)，i＝0。

此外，由于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)l1、l2與l3已被測(cè)出，因此可以建立空間直角坐標(biāo)系球體方程：

方程式1：l1²＝(a-x)²+(b-y)²+(c-z)²

方程式2：l2²＝(d-x)²+(e-y)²+(f-z)²

方程式3：l3²＝(g-x)²+(h-y)²+(i-z)²

將以上方程式聯(lián)立得到：

方程式4：(l1²-l2²-a²+d²-b²+e²-c²+f²)/2＝(d-a)x+(e-b)y+(f-c)z

方程式5：(l2²-l3²-d²+g²-e²+h²-f²+i²)/2＝(g-d)x+(h-e)y+(i-f)z

方程式6：(l1²-l3²-a²+g²-b²+h²-c²+i²)/2＝(g-a)x+(h-b)y+(i-c)z

為簡(jiǎn)化公式，引入以下變量和其對(duì)應(yīng)公式：

j＝(l1²-l2²-a²+d²-b²+e²-c²+f²)/2

k＝(l2²-l3²-d²+g²-e²+h²-f²+i²)/2

j＝m*x+n*y

k＝p*x+q*y

m＝(d-a)

n＝(e-b)

p＝(g-d)

q＝(h-e)

將以上公式聯(lián)立得到以下公式：

x＝j(luò)/m-n/m*y

x＝k/p-q/p*y

y＝j(luò)/n-m/n*x

y＝k/q-p/q*x

再將以上公式聯(lián)立得到x，y最終的公式：

x＝(j/n-k/q)/(m/n-p/q)

y＝(j/m-k/p)/(n/m/-q/q)

所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)部的z值在x,y值已求出的情況下，同理用空間直角坐標(biāo)系球體方程得到以下公式，于是可以計(jì)算出z值。

z＝sqrt(l12-(x-a)2-(y-b)2)，其中“sqrt”表示為開(kāi)平方根運(yùn)算。

對(duì)上述公式進(jìn)行整理，即可得到所述預(yù)設(shè)的計(jì)算公式如下：

x＝(j/n-k/q)/(m/n-p/q)，

y＝(j/m-k/p)/(n/m/-q/q)，

z＝sqrt(l1²-(x-a)²-(y-b)²)；

其中，m＝(d-a)，n＝(e-b)，p＝(g-d)，q＝(h-e)，j＝m*x+n*y，k＝p*x+q*y；此外，設(shè)所述圓周的半徑為r，則a＝r*sin(π/3)，b＝r*cos(π/3)，c＝0；d＝0，e＝r，f＝0；g＝-r*sin(π/3)，h＝-r*cos(π/3)，i＝0。

可以理解的是，所述三維坐標(biāo)系還可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定為圓柱坐標(biāo)系或球體坐標(biāo)系等，在此不做具體限定。此外，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的末端均連接在運(yùn)動(dòng)軌跡待捕捉的運(yùn)動(dòng)物體上的某一平面上，且可以不匯集為一點(diǎn)。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)計(jì)算出所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，可以將所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；或者，可以將所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)器人，然后所述機(jī)器人就可以根據(jù)所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，即所述機(jī)器人可以根據(jù)所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的作業(yè)軌跡?？梢岳斫獾氖牵?qǐng)參見(jiàn)圖2，所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)陣列的形式進(jìn)行保存，且所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)是按照所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的先后順序進(jìn)行保存的，保存后的所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)陣列即為所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。此外，需要指出的是，所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)陣列的形式發(fā)送給所述機(jī)器人的，或者每當(dāng)計(jì)算出一個(gè)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)就發(fā)送給所述機(jī)器人，然后所述機(jī)器人按照三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算時(shí)間的先后順序進(jìn)行保存。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線的各自的末端固定在所述運(yùn)動(dòng)物體的某一平面上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體在目標(biāo)空間內(nèi)按照機(jī)器人的末端執(zhí)行器的作業(yè)軌跡進(jìn)行相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)時(shí)(可由人來(lái)拉動(dòng))，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線也會(huì)跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同程度的拉伸，此時(shí)，首先以所述預(yù)設(shè)的坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)建立所述三維坐標(biāo)系，然后設(shè)置好所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的拉線出口的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并獲取所述三個(gè)拉繩式位移傳感器的各自的拉線長(zhǎng)度數(shù)值，最后根據(jù)所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及不同時(shí)刻的所述拉線長(zhǎng)度數(shù)值得到所述運(yùn)動(dòng)物體在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即，得到所述運(yùn)動(dòng)物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，從而可以得到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的整個(gè)作業(yè)軌跡。由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其通過(guò)使得所述運(yùn)動(dòng)物體做相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)時(shí)計(jì)算得出機(jī)器人的末端執(zhí)行器的所需要的作業(yè)軌跡的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的工作效率。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的系統(tǒng)，其包括用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置、用于采集所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置以及用于接收所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的信號(hào)輸出端均與所述數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端對(duì)應(yīng)連接，所述數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸入端連接。其中，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置包括底座1、支撐架2、安裝部3以及三個(gè)拉繩式位移傳感器4，所述支撐架2的底部固定在所述底座1上，所述支撐架2的頂部固定有所述安裝部3，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4分別安裝在所述安裝部3的不同位置上。

當(dāng)需要對(duì)機(jī)器人的末端執(zhí)行器(例如機(jī)械手爪、噴槍或焊槍等)的作業(yè)軌跡進(jìn)行編排時(shí)，首先將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的各自的末端固定在所述運(yùn)動(dòng)物體上，然后讓所述運(yùn)動(dòng)物體在目標(biāo)空間內(nèi)按照機(jī)器人的末端執(zhí)行器所需要的作業(yè)軌跡進(jìn)行相應(yīng)軌跡的運(yùn)動(dòng)(可由人來(lái)拉動(dòng))，例如當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)物體以及所述機(jī)器人的末端執(zhí)行器均為噴槍時(shí)，操作員可以手持所述噴槍在作業(yè)對(duì)象(例如汽車(chē))的表面按照所需要的作業(yè)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)物體開(kāi)始按一定軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，然后所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線會(huì)跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同程度的拉伸，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4會(huì)不斷采集各自的拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)可以為模擬信號(hào)形式或數(shù)字信號(hào)形式)并通過(guò)所述所述數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備會(huì)根據(jù)所述拉線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出所述運(yùn)動(dòng)物體的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即，可以計(jì)算得到所述運(yùn)動(dòng)物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，從而可以得到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的整個(gè)作業(yè)軌跡。

在本發(fā)明實(shí)施例中，較佳地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述底座1包括處于同一平面的三根底桿10，所述三根底桿10的第一端等距環(huán)設(shè)于所述支撐架2的底部，且所述三根底桿10的第二端遠(yuǎn)離所述支撐架2的底部?？梢岳斫獾氖?，所述底座1還可以為梯臺(tái)狀機(jī)構(gòu)或圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)等，在此不做具體限定。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參見(jiàn)圖1，所述支撐架2包括第一支撐桿20以及第二支撐桿21，所述第一支撐桿20的底端固定在所述底座1上，所述第一支撐桿20的頂端與所述第二支撐桿21的第一端連接固定，所述第二支撐桿21的第二端遠(yuǎn)離所述第一支撐桿20并固定有所述安裝部3。由于所述第一支撐桿20設(shè)置在所述底座1上，因此當(dāng)所述底座1放在地上時(shí)，設(shè)置在所述第一支撐桿20的頂端的所述第二支撐桿21會(huì)遠(yuǎn)離地面，而且由于所述第二支撐桿21的第二端遠(yuǎn)離所述第一支撐桿20，因此所述安裝部3也遠(yuǎn)離所述第一支撐桿20，這樣設(shè)置在所述安裝部3上的所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4可以具有較大的活動(dòng)空間。較佳地，所述第一支撐桿20與所述第二支撐桿21相互連接形成倒l型的所述支撐架2。需要說(shuō)明的是，所述第一撐桿與所述第二支撐桿21還可以形成十字型結(jié)構(gòu)或t字字型結(jié)構(gòu)的所述支撐架2，在此不做具體限定。此外，可以理解的是，所述支撐架2還可以為其他結(jié)構(gòu)，例如由三條支撐桿連接構(gòu)成的三角架或者是由四條支撐桿連接構(gòu)成的矩形架等，在此不做具體限定。

對(duì)上述技術(shù)方案做進(jìn)一步改進(jìn)，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述安裝部3為圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝部3的第一盤(pán)面固定在所述第二支撐桿21的第二端的底部，所述安裝部3的第二盤(pán)面上設(shè)置有所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4。其中，所述安裝部3為圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)可以為所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4提供較大面積的安裝盤(pán)面。需要說(shuō)明的是，所述安裝部3還可以為方塊狀結(jié)構(gòu)或者是三角架結(jié)構(gòu)(所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4分別安裝在所述三角架結(jié)構(gòu)的三個(gè)角上或三條邊上)等，在此不做具體限定。

在上述發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置還包括用于調(diào)節(jié)所述第二支撐桿21的高度的高度調(diào)節(jié)構(gòu)件5，所述高度調(diào)節(jié)構(gòu)件5包括旋緊件50以及與所述第二支撐桿21的第一端固定連接的滑動(dòng)件51，所述滑動(dòng)件51開(kāi)設(shè)有供所述第一支撐桿20穿過(guò)的滑動(dòng)孔(圖未示)，所述滑動(dòng)件51的側(cè)壁還開(kāi)設(shè)有與所述滑動(dòng)孔連通的螺旋孔(圖未示)；所述旋緊件50具有與所述螺旋孔配合的螺旋部(圖未示)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)所述第二支撐桿21的高度時(shí)，可以通過(guò)扭松所述旋緊件50，以使得所述旋緊件50的位于所述螺旋孔內(nèi)的螺旋部脫離位于所述滑動(dòng)孔中的所述第一支撐桿20，此時(shí)，所述滑動(dòng)件51可以相對(duì)所述第一支撐部滑動(dòng)。當(dāng)所述滑動(dòng)件51滑動(dòng)到所需要的高度時(shí)，可以扭緊所述旋緊件50，以使得所述旋緊件50的位于所述螺旋孔內(nèi)的螺旋部緊壓位于所述滑動(dòng)孔中的所述第一支撐桿20，從而使得所述滑動(dòng)件51固定。因此，通過(guò)設(shè)有所述高度調(diào)節(jié)構(gòu)件5，可以讓操作員根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)所述第二支撐桿21的高度，從而可以根據(jù)使用場(chǎng)合來(lái)調(diào)節(jié)所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的高度。其中，較佳地，所述滑動(dòng)件51為套筒狀結(jié)構(gòu)。需要說(shuō)明的是，所述滑動(dòng)件51還可以為方塊狀結(jié)構(gòu)會(huì)圓錐體狀結(jié)構(gòu)等，在此不做具體限定。此外，所述旋緊件50的螺旋部為螺絲結(jié)構(gòu)。

在上述發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口相互之間等距分布在同一個(gè)圓周上。此外，在將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線固定在所述運(yùn)動(dòng)物體上時(shí)，如果所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口的朝向不同，那么會(huì)有一部分的拉繩式位移傳感器4的拉線與其拉線出口邊緣存在較嚴(yán)重的擠壓現(xiàn)象(會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力)，從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的拉線無(wú)法正常地拉伸，因此較佳地，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線出口均朝向同一方向，這樣可以便于所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線能夠順暢地在對(duì)應(yīng)的拉線出口處進(jìn)行拉伸。

在上述發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的末端集合為一點(diǎn)，即，所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)部的運(yùn)動(dòng)軌跡即表示為所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。需要說(shuō)明的是，所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的拉線的末端還可以根據(jù)實(shí)際需要固定在所述運(yùn)動(dòng)物體上的不同位置。

在上述發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置還包括至少三個(gè)腳輪6，所述至少三個(gè)腳輪6分別設(shè)置于所述底座1的底部的不同位置上，且所述至少三個(gè)腳輪6不在同一直線上(這樣是為了避免所述腳輪6在同一直線上而形成不了對(duì)所述底座1的有效支撐)。在本實(shí)施例中，通過(guò)在所述底座1的底部設(shè)置所述至少三個(gè)腳輪6，這樣可以方便對(duì)所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置的移動(dòng)。其中，所述腳輪6可以為活動(dòng)腳輪6或固定腳輪6，在此不做具體限定。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置即系統(tǒng)應(yīng)用于上述的用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，且所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置在編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程中，可以通過(guò)將所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的各自的拉線末端固定在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體上，然后讓所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4的各自的拉線跟隨所述運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)所述三個(gè)拉繩式位移傳感器4在不同時(shí)刻檢測(cè)出的各自的拉線長(zhǎng)度的計(jì)算就可以得到所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡(即所述末端執(zhí)行器所需要的作業(yè)軌跡)。所以通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的所述用于捕捉物體三維運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置即系統(tǒng)，可以使得編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程簡(jiǎn)單快速，從而能夠提高編排機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維運(yùn)動(dòng)軌跡的工作效率。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一些較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(randomaccessmemory，ram)等。