(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211112840.8 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 中铁科工集团有限公司 地址 430077 湖北省武汉市徐 东大街45号 (72)发明人 王天昊　谢继伟　施成　曾子敬　 杨乐　文文　王天池　陈昶　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 路贺贺 (51)Int.Cl. B25J 5/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种喷涂 机器人的定位方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种喷涂机器人的定位方法 及系统， 通过获取传感器上传的测量数据； 根据 所述边缘距离和所述边缘角度分析得到所述传 感器相对于工件喷涂表面的传感器实时位姿。 通 过一套激光雷达传感器， 获取传感器与工件表面 的位置关系， 并且由于传感器与机器人底盘之间 的安装位置关系相对固定， 进而可以分析得到机 器人底盘和工件表面之间的位置关系， 此时机器 人的定位仅与工件表面有关， 不受外界因素的干 扰， 不需要预先扫描建图或人工操作(粘贴磁体 或色带)， 无需底盘相对地面定位后机械臂再相 对喷涂表 面定位， 机器人可根据工件喷涂表面自 适应喷涂作业， 提高喷涂机器人的定位精度和稳 定性、 降低操作复杂度。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115476333 A 2022.12.16 CN 115476333 A 1.一种喷涂 机器人的定位方法， 其特 征在于， 包括： 获取传感器上传的测量数据； 其中， 所述测量数据包括所述传感器到工件边缘位置的 边缘距离以及工件边 缘位置相对于所述传感器的边 缘角度； 根据所述边缘距离和所述边缘角度分析得到所述传感器相对于工件喷涂表面的传感 器实时位姿； 根据所述传感器实时位姿以及所述传感器与机器人底盘的位置关系， 得到所述底盘相 对于所述工件喷涂表面的底盘实时位姿； 获取所述机器人底盘的预设路径轨迹， 根据所述预设路径轨迹和所述底盘实时位姿， 分析得到所述底盘运行的控制量； 根据所述底盘运行的控制量 修正所述机器人的运行轨 迹。 2.根据权利要求1所述的喷涂机器人的定位方法， 其特征在于， 所述根据 所述边缘距离 和所述边缘角度分析 得到所述传感器相对于 工件喷涂表面的传感器实时位姿包括： 根据所述边缘距离和所述边缘角度分析得到所述传感器在所述工件表面的投影点到 所述工件边 缘位置的投影距离； 根据所述边缘距离、 所述边缘角度和所述投影距离分析得到传感器空间坐标和传感器 旋转矩阵； 根据所述传感器空间坐标和所述传感器旋转矩阵得到所述传感器相对于所述工件喷 涂表面的所述传感器实时位姿。 3.根据权利要求2所述的喷涂机器人的定位方法， 其特征在于， 所述根据 所述边缘距离 和所述边缘角度分析得到所述传感器在所述工件表面的投影点到所述工件边缘位置的投 影距离包括： 结合余弦定理， 根据 所述边缘距离和所述边缘角度分析得到所述传感器在所述工件表 面的投影点到所述工件边 缘位置的投影距离； 其中所述投影距离为： 其中， L1表示传感器投影点到工件标定边缘的距离； d0表示传感器偏转角度为0 °时传 感器距离工件表面的距离； d1表示传感器到标定边缘连线的直线距离； θ1表示标定边缘对 应的边缘角度， 即传感器到标定边 缘的连线与d0之间的夹角。 4.根据权利要求3所述的喷涂机器人的定位方法， 其特征在于， 所述传感器旋转矩阵 为： 其中， α ＝90 ‑( θ1+θ1')； R表示底盘 绕y轴旋转的旋转矩阵； 定义机器人底盘前进方向为正方向， α 表示所述机器 人底盘前进方向与x轴的夹角； θ1′表示直线L1与d1之间的夹角。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115476333 A 25.根据权利要求4所述的喷涂机器人的定位方法， 其特征在于， 所述传感器实时位姿 为： 其中， R表示传感器旋转矩阵， P表示传感器空间坐标； 所述底盘实时位姿为： 其中， R0表示底盘旋转矩阵， P0表示底盘的空间坐标， T0 ’表示传感器相对于底盘的旋 转矩阵。 6.根据权利要求5所述的喷涂 机器人的定位方法， 其特 征在于， 所述控制量 为： u＝Kp*(t‑tj)+Kd*(dt‑dtj)； 其中， u表示控制量， t＝[α,P0] ’表示底盘实时位姿， tj＝[α j,Pj] ’表示预设路径轨迹， Kp表示增益系数， Kd表示微分系数， dt表示底盘速度或角速度； dtj表示预设的速度 或角速 度。 7.根据权利要求1所述的喷涂 机器人的定位方法， 其特 征在于， 还 包括： 根据所述传感器实时位姿以及所述传感器与机械臂底座的位置关系， 得到所述机械臂 底座相对于所述工件喷涂表面的底座实时位姿； 获取所述机械臂底座的预设喷涂路径， 根据所述预设喷涂路径和所述底座实时位姿， 分析得到机械臂末端实时位姿； 将所述机 械臂末端实时位姿下发至 机械臂控制器， 对机 械臂进行控制。 8.根据权利要求7 所述的喷涂 机器人的定位方法， 其特 征在于， 所述底座实时位姿为： 其中， R1表示机械臂底座旋转矩阵， P1表示机械臂底座的空间坐标， R表示传感器旋转 矩阵， P表示传感器空间坐标， T1 ’表示传感器相对于 机械臂底座的旋转矩阵。 9.根据权利要求8所述的喷涂机器人的定位方法， 其特征在于， 所述机械臂末端实时位 姿为： T＝inv(T1)*Tk； 其中， 所述T1表示底座实时位姿， TK表示机 械臂底座预设喷涂路径。 10.一种喷涂 机器人的定位系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块， 用于获取传感器上传的测量数据； 其中， 所述测量数据包括所述传感器 到工件边缘位置的边 缘距离以及工件边 缘位置相对于所述传感器的边 缘角度； 传感器位姿分析模块， 用于根据所述边缘距离和所述边缘角度分析得到所述传感器相 对于工件喷涂表面的传感器实时位姿； 底盘位姿分析模块， 用于根据 所述传感器实时位姿以及所述传感器与机器人底盘的位 置关系， 得到所述底盘相对于所述工件喷涂表面的底盘实时位姿； 控制量分析模块， 用于获取所述机器人底盘的预设路径轨迹， 根据所述预设路径轨迹 和所述底盘实时位姿， 分析 得到底盘运行的控制量； 修正模块， 用于根据所述底盘运行的控制量 修正所述机器人的运行轨 迹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115476333 A 3