CN110281273A - 工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置及测试方法。所述装置包括用于触发工业机器人急停的急停触发器件；用于触发激光跟踪仪进行数据采集的数据采集外触发器件；用于将工业机器人的被测部分遮挡光电传感器形成的脉冲信号转化为持续电平信号的外触发自锁装置；用于同时将电信号传输给急停触发器件、数据采集外触发器件、外触发自锁装置的光电传感器。光电传感器感应到工业机器人到达指定位置时，发出信号，触发急停触发器件动作使机器人急停及触发数据采集外触发器件动作使激光跟踪仪进行数据采集，完成急停停止时间和停止距离的测试。本发明利用光电传感器、外触发自锁装置等器件的快速反应实现高精度、自动化测试。

Description

工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人急停停止时间和停止距离的测试装置及测试方法，属于工业机械测试技术领域。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它可以人工示教，也可以按照预先设定的程序运行，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。无论是在机器人本体调试、运行、维修等阶段，还是在系统集成环境中，碰撞危险随时可能发生，急停功能在防止危险的进一步扩大中起着关键的作用。在工业机器人设计制造中，急停的停止时间和停止距离是工业机器人强制性标准GB 11291.1-2011《工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人》及强制性标准GB 11291.2-2013《机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分:机器人系统与集成》中要求的重要技术指标，是工业机器人系统集成中安全围栏、安全光幕等维护装置的重要设计依据。停止时间过长或停止距离过大，会使操作人员受到人身伤害，因此对工业机器人急停停止时间和停止距离的测试尤为重要。

关于急停停止时间和停止距离的测试装置有德国的一款HHB设备。该设备采用拉线式测量，通过机械装置按下急停按钮触发急停。该测试方法存在下列局限：①在测试时，该装置只能测试直线运动的停止距离，在有限条件下可以测试旋转物体的停止时间及停止距离，但众多机器人均不具备此条件；②测试中使工业机器人增加了额外负载，而负载的重量影响惯性，从而影响急停的停止时间和停止距离；③本设备的触发系统为机械式触发，内部延迟时间长，而且无相关说明，测试结果不确定度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高精度、自动化的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置和测试方法。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，包括：

用于触发工业机器人急停的急停触发器件；

用于触发激光跟踪仪进行数据采集的数据采集外触发器件；

用于将工业机器人的被测部分运动遮挡光电传感器形成的脉冲信号转化为持续电平信号的外触发自锁装置；

用于同时将电信号传输给急停触发器件、数据采集外触发器件、外触发自锁装置的光电传感器；

所述光电传感器的电压输出未触发时为供电电压，触发后为0V；

所述急停触发器件在光电传感器未触发时，其内部的急停触发端子保持通路状态；光电传感器触发时，急停触发端子切换为断开状态；

所述光电传感器通过反相器分别连接外触发自锁装置、数据采集外触发器件；

所述数据采集外触发器件在光电传感器未触发时，其内部的数据采集外触发端子保持低电平；光电传感器触发时，数据采集外触发端子切换为高电平；触发后保持高电平。

所述外触发自锁装置在光电传感器触发后，其输出端从初始的低电压状态切换到持续高电压状态，断电后恢复低电压状态。

优选地，所述反相器、外触发自锁装置与数据采集外触发器件之间分别接入有降压器件A、降压器B。

更优选地，所述光电传感器和急停触发器件之间、光电传感器和反相器之间、反相器和外触发自锁装置之间、反相器和降压器件A之间分别设置有二极管，保证电路的可靠、稳定及安全。

优选地，所述反相器在输入端为高电平时，在正输出端输出低电平。

优选地，所述光电传感器的动作延迟时间小于1ms；急停触发器件内部的急停触发端子、数据采集外触发器件内部的数据采集外触发端子的触发延迟时间均为纳秒级；反相器、两个降压器件的延迟时间均为纳秒级；激光跟踪仪的触发延迟时间小于10μs。激光跟踪仪作为运动跟踪数据采集系统，具有连续采集、外触发采集模式。

优选地，所述光电传感器由直流稳压源A供电，外触发自锁装置由直流稳压源B供电。

更优选地，所述光电传感器的供电电压为12V，直流稳压源A的电压为12V，直流稳压源B的电压为12.6V；数据采集外触发器件的输入电压不小于5V，且不大于10V；两个降压器件的输入端电压为12～13V之间时，输出端电压为5V。直流稳压源A的电压不得超过24伏，直流稳压源B的电压不得超过13V，保证电子器件不被损坏。

本发明还提供了一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试方法，其特征在于，采用上述工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，包括以下步骤：

步骤1)：将待测工业机器人的急停触发端子拆开，判断该急停触发端子的极性，然后将工业机器人急停触发端子的正、负极与急停触发器件的急停触发端子的正、负极对应连接；

步骤2)：将光电传感器、外触发自锁装置依次通电，将光电传感器切换至工作状态，外触发自锁装置保持自锁状态；

步骤3)：打开激光跟踪仪，将其设定为外触发测量的采集模式；

步骤4)：启动工业机器人，使其处于正常待机状态；启动激光跟踪仪的数据采集功能，使其处于等待采集触发信号状态；

步骤5)：设置工业机器人运动的初始位置，初始位置的选取应保证工业机器人运动至光电传感器时获得最大运动速度，通常情况下，初始位置的设置应在光电传感器触发位置的上方，以便使机器人运动至光电传感器的位置时获得最大的能量(速度、运动方向、势能引起的能量等)。先切换到自动运行模式，再点击机器人运动开始按钮，工业机器人自动运行，当工业机器人的被测部分进入光电传感器动作范围内时，光电传感器作出感应动作并发出触发信号，触发工业机器人急停，同时激光跟踪仪采集数据，待工业机器人停止动作的设定时长后，停止采集数据；

步骤6)：导出激光跟踪仪采集的数据，根据采集的原始数据计算出工业机器人急停停止时间与停止距离；

步骤7)：将外触发自锁装置断电，使其解除自锁状态，工业机器人从急停状态中恢复正常状态。

优选地，考虑到机器人的停止过程中的暂态过程，所述步骤5)中的设定时长应大于5秒。

本发明提供一种精度高、响应快的工业机器人急停停止时间和停止距离测试方法，光电传感器感应到工业机器人到达指定位置时，发出信号，触发急停触发器件动作使机器人急停及触发数据采集外触发器件动作使激光跟踪仪进行数据采集，完成急停停止时间和停止距离的测试。

本发明利用光电传感器、外触发自锁装置等器件的快速反应实现高精度、自动化测试。

本发明在输入端接收到触发信号时，一方面直接将触发信号几乎无延迟地通过降压器件传递给数据采集外触发器件，触发激光跟踪仪进行数据采集；另一方面利用直流稳压源B提供自锁回路所需的电能，将光电传感器的短时触发转变成输出端的持续触发，达到延迟小又具备自锁能力的效果。

附图说明

图1为本发明提供的测试装置的模块连接图；

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1、2所示，为本发明提供的一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，光电传感器的正、负极分别与直流稳压源A的正、负极连接；光电传感器的正极分别通过一根二极管连接急停触发器件、反相器的输入端。反相器的正输出端分别通过一根二极管连接外触发自锁装置内的触发端子，反相器的负输出端与光电传感器的信号线连接，形成回路；降压器件A的输出端连接数据采集外触发器件的触发线；数据采集外触发器件的另一个端同样与光电传感器的信号线连接，完成初次直接触发激光跟踪仪进行数据采集；外触发自锁装置的电源正极与直流稳压源B的整机连接，外触发自锁装置的输出端连接降压器件B的输入端，降压器件B的输出端通过一根二极管与数据采集外触发器件连接，完成初次触发后的连续触发保持事件。激光跟踪仪与数据采集外触发器件连接。

所述光电传感器的供电电压为12V，直流稳压源A的电压为12V，直流稳压源B的电压为12.6V；数据采集外触发器件的输入电压不小于5V，且不大于10V；两个降压器件的输入端电压为12～13V之间时，输出端电压为5V。直流稳压源A的电压不得超过24伏，直流稳压源B的电压不得超过13V，保证电子器件不被损坏。

一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试方法，包括以下步骤：

步骤1)：将待测工业机器人的急停触发端子拆开，判断该急停触发端子的极性，然后将工业机器人急停触发端子的正、负极与急停触发器件的急停触发端子的正、负极对应连接；

步骤2)：将光电传感器、外触发自锁装置依次通电，将光电传感器切换至工作状态，外触发自锁装置保持自锁状态；

步骤3)：打开激光跟踪仪，将其设定为外触发测量的采集模式；

步骤4)：启动工业机器人，使其处于正常待机状态；启动激光跟踪仪的数据采集功能，使其处于等待采集触发信号状态；

步骤5)：设置工业机器人运动的初始位置，初始位置的选取应保证工业机器人运动至光电传感器时获得最大运动速度，通常情况下，初始位置的设置应在光电传感器触发位置的上方，以便使机器人运动至光电传感器的位置时获得最大的能量(速度、运动方向、势能引起的能量等)。先切换到自动运行模式，再点击机器人运动开始按钮，工业机器人自动运行，当工业机器人的被测轴(被测部分)进入光电传感器动作范围内时，光电传感器作出感应动作并发出触发信号，触发工业机器人急停，同时激光跟踪仪采集数据，待工业机器人停止动作的设定时长(考虑到机器人的停止过程中的暂态过程，设定时长应大于5s)后，停止采集数据；

步骤6)：导出激光跟踪仪采集的数据，根据采集的原始数据计算出工业机器人急停停止时间与停止距离；

步骤7)：将外触发自锁装置断电，使其解除自锁状态，工业机器人从急停状态中恢复正常状态。

光电传感器的动作延迟时间小于1ms；急停触发器件内部的急停触发端子、数据采集外触发器件内部的数据采集外触发端子的触发延迟时间均为纳秒级；反相器、两个降压器件的延迟时间均为纳秒级；激光跟踪仪的触发延迟时间小于10μs。

本实施例中，光电传感器从感应到待测工业机器人到达位置到传出信号的延迟时间小于1毫秒，急停触发器件、数据采集外触发器件、反相器及降压器件的延迟时间为纳秒级，激光跟踪仪外触发延迟时间小于10微秒，外触发自锁装置的延迟时间不影响测试的延迟时间，因此总体延迟时间小于1毫秒，即急停停止时间的测试精度小于1毫秒，停止距离的精度同激光跟踪仪精度为0.01mm。

Claims (9)

1.一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，包括：

用于触发工业机器人急停的急停触发器件；

用于触发激光跟踪仪进行数据采集的数据采集外触发器件；

用于将工业机器人的被测部分运动遮挡光电传感器形成的脉冲信号转化为持续电平信号的外触发自锁装置；

用于同时将电信号传输给急停触发器件、数据采集外触发器件、外触发自锁装置的光电传感器；

所述光电传感器的电压输出未触发时为供电电压，触发后为0V；

所述急停触发器件在光电传感器未触发时，其内部的急停触发端子保持通路状态；光电传感器触发时，急停触发端子切换为断开状态；

所述光电传感器通过反相器分别连接外触发自锁装置、数据采集外触发器件；

所述数据采集外触发器件在光电传感器未触发时，其内部的数据采集外触发端子保持低电平；光电传感器触发时，数据采集外触发端子切换为高电平；触发后保持高电平。

所述外触发自锁装置在光电传感器触发后，其输出端从初始的低电压状态切换到持续高电压状态，断电后恢复低电压状态。

2.如权利要求1所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述反相器、外触发自锁装置与数据采集外触发器件之间分别接入有降压器件A、降压器B。

3.如权利要求2所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述光电传感器和急停触发器件之间、光电传感器和反相器之间、反相器和外触发自锁装置之间、反相器和降压器件A之间分别设置有二极管。

4.如权利要求1所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述反相器在输入端为高电平时，在正输出端输出低电平。

5.如权利要求1所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述光电传感器的动作延迟时间小于1ms；急停触发器件内部的急停触发端子、数据采集外触发器件内部的数据采集外触发端子的触发延迟时间均为纳秒级；反相器、两个降压器件的延迟时间均为纳秒级；激光跟踪仪的触发延迟时间小于10μs。

6.如权利要求1所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述光电传感器由直流稳压源A供电，外触发自锁装置由直流稳压源B供电。

7.如权利要求6所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，其特征在于，所述光电传感器的供电电压为12V，直流稳压源A的电压为12V，直流稳压源B的电压为12.6V；数据采集外触发器件的输入电压不小于5V，且不大于10V；两个降压器件的输入端电压为12～13V之间时，输出端电压为5V。

8.一种工业机器人急停停止时间和停止距离测试方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试装置，包括以下步骤：

步骤1)：将待测工业机器人的急停触发端子拆开，判断该急停触发端子的极性，然后将工业机器人急停触发端子的正、负极与急停触发器件的急停触发端子的正、负极对应连接；

步骤2)：将光电传感器、外触发自锁装置依次通电，将光电传感器切换至工作状态，外触发自锁装置保持自锁状态；

步骤3)：打开激光跟踪仪，将其设定为外触发测量的采集模式；

步骤4)：启动工业机器人，使其处于正常待机状态；启动激光跟踪仪的数据采集功能，使其处于等待采集触发信号状态；

步骤5)：设置工业机器人运动的初始位置，初始位置的选取应保证工业机器人运动至光电传感器时获得最大运动速度，通常情况下，初始位置的设置应在光电传感器触发位置的上方，以便使机器人运动至光电传感器的位置时获得最大的能量；先切换到自动运行模式，再点击机器人运动开始按钮，工业机器人自动运行，当工业机器人的被测部分进入光电传感器动作范围内时，光电传感器作出感应动作并发出触发信号，触发工业机器人急停，同时激光跟踪仪采集数据，待工业机器人停止动作的设定时长后，停止采集数据；

步骤6)：导出激光跟踪仪采集的数据，根据采集的原始数据计算出工业机器人急停停止时间与停止距离；

步骤7)：将外触发自锁装置断电，使其解除自锁状态，工业机器人从急停状态中恢复正常状态。

9.如权利要求8所述的工业机器人急停停止时间和停止距离测试方法，其特征在于，所述步骤5)中的设定时长大于5秒。