CN106872196A - 一种Delta并联机器人综合性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Delta并联机器人综合性能测试方法，采用如下步骤：一)设计不同质量负载；二)安装加速度计模块于Delta并联机器人末端动平台；三)安装不同负载于Delta并联机器人末端动平台，测试并记录数据；四)停止加大并联机器人运行动态参数的评判条件；五)满足步骤四)任意条件时停止加大并联机器人运行动态参数，完成记录停止并联机器人运行；六)末端残余振动测试。本发明是一种简易的Delta并联机器人综合性能测试方法，将负载特性、抓放节拍特性及残余振动特性的测试融为一体，在一次测试中实现三种特性数据的采集，具有成本低、操作简单、灵活性强、可靠性高等特点。

Description

一种Delta并联机器人综合性能测试方法

技术领域

本发明属于工业并联机器人的综合性能测试领域，涉及一种三自由度Delta并联机器人的负载特性、抓放节拍特性及残余振动特性的测试，是一种基于不同负载、加速度计模块及完备并联机器人控制系统的综合测试方法。

背景技术

Delta并联机器人主要应用于高速自动化生产线，完成抓放、分拣和搬运等作业，其性能的优劣是影响实际工业应用效果的关键所在。综合性能指标，包括负载特性、抓放节拍特性及残余振动特性等。负载特性指测试并联机器人在不同负载下可实现的最大运行速度，即结合抓放节拍特性测试，给出并联机器人在规定时间内的抓放频次；残余振动特性指测试给定运行轨迹和运行规律下并联机器人末端动平台的残余振动，给出并联机器人运行的稳定性参数。针对Delta并联机器人的综合性能测试，以往均采用将不同特性指标单独测试的方式，工作量大，测试过程繁琐。在残余振动特性测试中，采用沿x、y、z三向的三个加速度传感器、电荷放大器和数据采集卡等成套测试设备进行测试，测试设备价格昂贵，安装复杂。

发明内容

针对上述技术的缺陷，本发明在满足对Delta并联机器人的综合性能测试的情况下，提出一种应用于实际工况中的简易、快速的测试方法，即一种汽车底盘夹持装置。

一种Delta并联机器人综合性能测试方法，采用如下步骤：

一)设计不同质量负载：负载质量分别为0.095kg、0.185kg、0.37kg、4.47kg的砝码，以及用于支撑连接的0.15kg的螺杆，利用不同砝码和螺杆组合，构成0.1kg、0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg等多种负载情况。

二)安装加速度计模块于Delta并联机器人末端动平台：连接加速度计模块、USB模块和计算机，将加速度计模块的底板粘接于并联机器人末端动平台上，并使模块坐标系与并联机器人坐标系吻合，以采集三个轴向的加速度值。

三)安装不同负载于Delta并联机器人末端动平台，测试并记录数据：选定并联机器人运行轨迹，从0.1kg负载开始，由小至大安装不同负载，低速启动并联机器人，观察并联机器人运行平稳性及连贯性，逐渐加大运行速度，手持终端上并联机器人运行动态参数随即改变，利用控制系统上位机软件观察并记录电机实际转速及转矩曲线，利用秒表记录抓放节拍，利用加速度计模块自带的上位机软件观察并记录x、y、z三轴方向的加速度。

四)停止加大并联机器人运行动态参数的评判条件：1)观察采集的伺服电机转速和转矩，当转速或转矩值中任意一个值接近或超出额定转速或转矩时，停止并记录此时步骤三)中所述的各项数据；2)结合实测加速度曲线观察并联机器人高速运行时末端振动情况，当并联机器人不能自主抑制末端产生的振动时，停止并记录此时步骤三)中所述的各项数据。

五)满足步骤四)任意条件时停止加大并联机器人运行动态参数，完成记录停止并联机器人运行。

六)末端残余振动测试：利用步骤三)中所述运行轨迹，和步骤四)中记录的并联机器人最大运行动态参数，控制并联机器人完成一次抓放操作，记录残余振动加速度值，连续操作5次，记录5组最大残余振动加速度并取平均值。

七)安装不同负载，重复测试过程：依据上述步骤三)、四)、五)六)中所述方法依次测试0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg负载情况下并联机器人的运行特性。

所述步骤二)选用的加速度计模块可同时测试三个方向的加速度中，精度为0.01g，安装坐标系示意图，分别对准加速度计模块x，y，z正方向与Delta并联机器人参考坐标系x，y，z正方向，利用加速度计模块自带的上位机软件显示并记录实时三轴加速度值。

所述步骤四)评判条件2)结合实测加速度曲线观察并联机器人高速运行时末端振动情况，末端三轴加速度曲线均规律顺滑，表示并联机器人能自主抑制末端产生的振动，否则，并联机器人不能自主抑制末端产生的振动，停止并记录此时如步骤三)中所述的各项数据。

所述步骤六)记录三轴残余振动加速度值a_x、a_y、a_z，连续操作5次，计算5组最大残余振动加速度并取平均值作为当前负载情况的末端残余振动特性。

所述加速度计测试精度为0.01g。

本发明的有益效果是：

1)该方法将Delta并联机器人的负载特性、抓放节拍特性及残余振动特性测试融为一体，仅通过一种测试方案同时完成三项测试特性，且残余振动特性测试实现了对负载特性、抓放节拍特性测试的定量指导，实时反馈数据，克服了以往定性测试的不准确性；2)该方法在降低测试成本、简化硬件搭建及数据处理过程的同时满足测试需求，可达到完备测试设备同等的测试效果，简单易实现；3)该方法可以拓展到同类的拥有三个移动自由度的其他结构三自由度并联机器人的综合性能测试。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的测试流程图；

图2是本发明的测试加速度计模块连接及数据显示原理图；

图3是本发明的负载0.1kg的装配图；

图4是本发明的负载0.2kg的装配图；

图5是本发明的负载0.3kg的装配图；

图6是本发明的负载1kg的装配图；

图7是本发明的负载2kg的装配图；

图8是本发明的负载5kg的装配图；

图9是本发明的末端动平台运行轨迹规划原理图。

图中：1、静平台；2、减速器；3、伺服电机；4、主动臂；5、从动臂；6、动平台；7、M4螺钉；8、0.095kg砝码；9、M4螺母；10、0.185kg砝码；11、M12螺母；12、0.15kg螺杆；13、0.37kg砝码；14、4.47kg砝码。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1所示，参阅图1测试流程图，本测试实施例1选用水平工作空间为800mm的Delta并联机器人，其外形结构参阅图2，Delta并联机器人包括静平台1、动平台6和连接动、静平台且结构相同的三组支链，每条运动支链均包括主动臂4和平行四边形结构的从动臂5，静平台上安装有减速器2和伺服电机3。

一)设计不同质量负载：参阅图3，设计质量为0.095kg砝码8，利用四组M4螺钉7与M4螺母9固接于动平台6上，构成0.1kg负载；参阅图4，利用同样的方式将两个质量为0.095kg砝码8固接于动平台6上，构成0.2kg负载；参阅图5，将0.15kg螺杆12四组M4螺钉7与M4螺母9固接于动平台6上，再将两组0.185kg砝码10螺纹连接于0.15kg螺杆12，构成0.5kg负载；参阅图6，利用图5所述同样方式将0.15kg螺杆12固接于动平台6上，再将一组0.185kg砝码10，两组0.37kg砝码13螺纹连接于0.15kg螺杆12，构成1kg负载；参阅图7，利用图5所述同样方式将0.15kg螺杆12固接于动平台6上，再将两组0.185kg砝码10，四组0.37kg砝码13螺纹连接于0.15kg螺杆12，构成2kg负载；参阅图8，利用图5所述同样方式将0.15kg螺杆12固接于动平台6上，再将一组0.37kg砝码13、一组4.47kg砝码14螺纹连接于0.15kg螺杆12，构成5kg负载；由于螺钉、螺母等连接件的质量，构成的负载有一定偏差，质量为近似数，并不影响测试效果。

二)安装加速度计模块于Delta并联机器人末端动平台：参阅图2，为本发明Delta并联机器人测试加速度计模块连接及数据显示原理图，连接加速度计模块、USB模块和计算机，将加速度计模块的底板用双面胶和透明胶带粘接于并联机器人末端动平台上，粘接方向为使模块坐标系与并联机器人坐标系吻合，以采集三轴方向的加速度值，本例中选用的加速度计模块可同时测试三个方向的加速度中，精度为0.01g，安装坐标系示意图，分别对准加速度计模块x，y，z正方向与Delta并联机器人参考坐标系x，y，z正方向，利用加速度计模块自带的上位机软件显示并记录实时三轴加速度值；

三)安装不同负载于Delta并联机器人末端动平台，测试并记录数据：选定运行轨迹，本例中选用工业中常用的25/305/25标准门字框路径，参阅图9轨迹规划原理图，选择工作空间的x,z平面作为测试平面，并联机器人运行轨迹规划在手持终端上设置，采用直线型运动模式，x,z方向轨迹交界处采用圆弧插补过渡，初设手持终端运行动态参数，即速度、加速度、加加速度参数，慢速启动Delta并联机器人，进行连续运行，观察运行效果是否稳定、连贯无异常，为否，则停机检查调试，重新启动并观察运行效果，为是，直接调整手持终端运行动态参数，增大运行速度，利用控制系统上位机软件观察并记录电机实际转速及转矩曲线，利用秒表记录抓放节拍，利用加速度计模块自带上位机软件观察并记录x、y、z三轴方向的加速度；

四)停止加大并联机器人运行动态参数的评判条件：1)观察采集的伺服电机转速和转矩，当转速或转矩值中任意一个值接近或刚刚超出额定转速或转矩时，停止并记录此时如步骤三)中所述的各项数据；2)结合实测加速度曲线观察并联机器人高速运行时末端振动情况，末端三轴加速度曲线均规律顺滑，表示并联机器人能自主抑制末端产生的振动，否则，并联机器人不能自主抑制末端产生的振动，停止并记录此时如步骤三)中所述的各项数据。

五)满足步骤四)任意条件时停止加大并联机器人运行动态参数，完成记录停止并联机器人运行。

六)末端残余振动测试：利用步骤三)中所述运行轨迹，步骤四)中记录的并联机器人最大运行动态参数，控制并联机器人完成一次抓放操作，记录三轴残余振动加速度值a_x、a_y、a_z，连续操作5次，计算5组最大残余振动加速度并取平均值作为当前负载情况的末端残余振动特性。

七)安装不同负载，重复测试过程：依据上述步骤三)、四)、五)六)中所述依次测试0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg负载情况下并联机器人的运行特性。

依据所述步骤一)和所述步骤二)，本发明将负载部件安装于动平台下方，将加速度计模块安装于动平台上方，由于选用加速度计模块的小巧便捷，实现了一体化测试，并且通过实时观察并记录动平台三轴加速度情况实现了对不同负载情况负载特性测试、及抓放节拍特性的定量化指导，得出更加详细的测试数据，指导Delta并联机器人的工业应用。

本发明是一种简易的Delta并联机器人综合性能测试方法，将负载特性、抓放节拍特性及残余振动特性的测试融为一体，在一次测试中实现三种特性数据的采集，具有成本低、操作简单、灵活性强、可靠性高等特点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：采用如下步骤：

一)设计不同质量负载：负载为砝码，并利用不同砝码和螺杆组合，构成多种负载情况；

二)安装加速度计模块于Delta并联机器人末端动平台：连接加速度计模块、USB模块和计算机，将加速度计模块的底板粘接于并联机器人末端动平台上，并使模块坐标系与并联机器人坐标系吻合，以采集三个轴向的加速度值；

三)安装不同负载于Delta并联机器人末端动平台，测试并记录数据：选定并联机器人运行轨迹，由小至大安装不同负载，低速启动并联机器人，观察并联机器人运行平稳性及连贯性，逐渐加大运行速度，手持终端上并联机器人运行动态参数随即改变，利用控制系统上位机软件观察并记录电机实际转速及转矩曲线，利用秒表记录抓放节拍，利用加速度计模块自带的上位机软件观察并记录x、y、z三轴方向的加速度；

四)停止加大并联机器人运行动态参数的评判条件：1)观察采集的伺服电机转速和转矩，当转速或转矩值中任意一个值接近或超出额定转速或转矩时，停止并记录此时步骤三)中所述的各项数据；2)结合实测加速度曲线观察并联机器人高速运行时末端振动情况，当并联机器人不能自主抑制末端产生的振动时，停止并记录此时步骤三)中所述的各项数据；

五)满足步骤四)任意条件时停止加大并联机器人运行动态参数，完成记录停止并联机器人运行；

六)末端残余振动测试：利用步骤三)中所述运行轨迹，和步骤四)中记录的并联机器人最大运行动态参数，控制并联机器人完成一次抓放操作，记录残余振动加速度值，连续操作若干次，记录若干组最大残余振动加速度并取平均值；

七)安装不同负载，重复测试过程：依据上述步骤三)、四)、五)六)中所述方法依次测试不同负载情况下并联机器人的运行特性。

2.根据权利要求1所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：所述步骤二)选用的加速度计模块可同时测试三个方向的加速度中，精度为0.01g，安装坐标系示意图，分别对准加速度计模块x，y，z正方向与Delta并联机器人参考坐标系x，y，z正方向，利用加速度计模块自带的上位机软件显示并记录实时三轴加速度值；

所述步骤四)评判条件2)结合实测加速度曲线观察并联机器人高速运行时末端振动情况，末端三轴加速度曲线均规律顺滑，表示并联机器人能自主抑制末端产生的振动，否则，并联机器人不能自主抑制末端产生的振动，停止并记录此时如步骤三)中所述的各项数据；

所述步骤六)记录三轴残余振动加速度值a_x、a_y、a_z，连续操作5次，计算5组最大残余振动加速度并取平均值作为当前负载情况的末端残余振动特性。

3.根据权利要求1所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：所述加速度计测试精度为0.01g。

4.根据权利要求1所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：所述负载质量分别为0.095kg、0.185kg、0.37kg、4.47kg的砝码。

5.根据权利要求4所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：用于支撑连接的螺杆为0.15kg。

6.根据权利要求1所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：所述步骤六)中的操作次数为5次，产生5组最大残余振动加速度数值。

7.根据权利要求1所述的Delta并联机器人综合性能测试方法，其特征为：所述步骤七)中不同负载分别为0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg。