PLB 中的几个坐标系

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黄杰, 2018-09-26
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PLB 是 SICK 的视觉产品，可以理解为一套软硬件结合的系统，全称是 Part Localization in Bins，即箱中工件定位。它用于引导机器人实现 random bin picking。

和 SICK China 合作，我实现了 FANUC（发那科） 和 KAWASAKI（川崎）的通信接口和代码示例，覆盖了 PLB 5.2 的基础功能。

本文仅涉及 PLB 中的几个坐标系，对初入 3D 视觉的朋友也许会有帮助。内容和截图来源于 PLB 5.2 版本操作手册中的 3.2.4 Reference frames 章节。

PLB 最终将计算出“工件坐标系（相对于机器人坐标系）”和“抓手相对于工件坐标系的位姿”。

工件坐标系 part frame

A 是工件数模中的参考坐标系，B 是调整后的坐标系。part frame 的数值是相对于机器人坐标系的（事先需要完成标定），由 PLB 计算而来。

抓手坐标系 gripper frame

A 是抓手数模中的参考坐标系，C 是调整过后的坐标系（原点需要和真实的 TCP 重合），B 是 A ---> C 的变换。

抓取位姿 pick pose

A 是调整过后的抓手坐标系，B 是调整过后的工件坐标系。

如果是相对简单的应用，可以让 PLB 为你计算好真正的 pick pose（即 absolute tool frame），在机器人接口中指定使用 absolute tool frame 即可。

但是在使用相对工具坐标系（relative tool frame）时，PLB 输出的数据不能直接让机器人运动过去，而是需要先自行做变换，见旧文：

pick pose = part frame × relative tool frame

更复杂的情况是，某些工件从横截面看是轴对称的，只需要一种抓取姿态就可以应付；为此 PLB 引入了 vertical correction，即垂直校正。那么，这时：

pick pose = vertical correction × part frame × relative frame

摘取 PLB 5.2 机器人接口支持的字段。

[PartResultMsg]
PartResult,
    $result,
    $imageId,
    $jobAlias,
    $rotationConvention,
    $partFrameX,$partFrameY,$partFrameZ,
    $partFrameR1,$partFrameR2,$partFrameR3,
    $numValidPickPoses,

    $pickPoseAlias0,$gripperAlias0,
    $absoluteToolFrame0X,$absoluteToolFrame0Y,$absoluteToolFrame0Z,       ; <------ 绝对工具坐标系
    $absoluteToolFrame0R1,$absoluteToolFrame0R2,$absoluteToolFrame0R3,
    $relativeToolFrame0X,$relativeToolFrame0Y,$relativeToolFrame0Z,       ; <------ 相对工具坐标系
    $relativeToolFrame0R1,$relativeToolFrame0R2,$relativeToolFrame0R3,
    $verticalCorrection0X,$verticalCorrection0Y,$verticalCorrection0Z,    ; <------ 垂直校正
    $verticalCorrection0R1,$verticalCorrection0R2,$verticalCorrection0R3,

    $pickPoseAlias1,$gripperAlias1,
    $absoluteToolFrame1X,$absoluteToolFrame1Y,$absoluteToolFrame1Z,
    $absoluteToolFrame1R1,$absoluteToolFrame1R2,$absoluteToolFrame1R3,
    $relativeToolFrame1X,$relativeToolFrame1Y,$relativeToolFrame1Z,
    $relativeToolFrame1R1,$relativeToolFrame1R2,$relativeToolFrame1R3,
    $verticalCorrection1X,$verticalCorrection1Y,$verticalCorrection1Z,
    $verticalCorrection1R1,$verticalCorrection1R2,$verticalCorrection1R3,

    $highestPointX,$highestPointY,$highestPointZ,
    $moreToAnalyze;

拓展：为了放工件时更加灵活和优雅，也可以根据这些坐标系数据计算出一个新的机器人工具数据，新工具的 TCP 与工件的坐标系原点重合。手册里并没有指出如何变换。

但这实际上就是求出 tool 1 ---> tool 2 的变换关系 T。

T = inv(pick pose) × part frame

tool 2 = tool 1 × T
       = tool 1 × inv(pick pose) × part frame
       = tool 1 × inv(vertical correction × part frame × relative tool frame) × part frame