CN110421595A - 一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，包括末端执行器视觉探测测试单元、末端执行器触碰测试单元、末端执行器旋转与取出测试单元、末端执行器载荷测试单元、末端执行器准确度测试单元、末端执行器扭力测试单元、末端执行器稳定性测试单元、承载台和主控计算机；所述各测试单元均与主控计算机连接；实现对机器人末端执行单元视觉探测、触控、旋转取出、抓取等动作进行测试，并根据检测的结果对末端执行单元进行相应调整，保证其机器人末端执行单元达到设计要求。

Description

一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统

技术领域

本发明涉及机器人测试设备技术领域，特别是一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统。

背景技术

机器人在生产制造的过程中，通常需要对机器人的各个零部件进行测试，以确保各个部位能够正常进行运作。目前，对于机器人测试，都是各种零部件单独测试，缺乏一个综合整体的测试系统或框架，从而导致测试效率低、可靠性低、时间长等问题，并且单独测试某个零部件，只能检测出单个零部件是否合格，而机器人装配为整体之后，容易出现无法联动或动作不到位的现象，即无法测试各个零部件之间的相互协调是否达到要求，从而无法确保产品的质量和生产效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，可以有效测试机器人末端执行器的性能。

本发明实施例中采用以下方案实现：提供一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统；包括末端执行器视觉探测测试单元、末端执行器触碰测试单元、末端执行器旋转与取出测试单元、末端执行器载荷测试单元、末端执行器准确度测试单元、末端执行器扭力测试单元、末端执行器稳定性测试单元、承载台和主控计算机；所述各测试单元均与主控计算机连接；所述承载台中部设置有纵向测试机构，所述纵向测试机构包括立式轨道、轨道支架，所述轨道支架包括减速电机，所述减速电机固定在所述承载台上，所述减速电机的输出轴连接转轴，所述转轴上连接所述立式轨道，轨道支架用于完成所述立式轨道角度的调节，所述立式轨道上安装所述末端执行器视觉探测测试单元、所述末端执行器触碰测试单元、所述末端执行器旋转与取出测试单元，可根据测试需求调节前述测试单元在所述立式轨道上的安装高度以及所述立式轨道的角度；所述准确度测试单元直接布设在承载台上，所述承载台上还设置有载荷环形测试区，所述载荷环形测试区的外圈均匀布设所述末端执行器载荷测试单元；所述承载台另一侧还布设有扭力测试单元，所述扭力测试单元包括扭力测试桌，所述扭力测试桌上设置有扭力测试仪。

本发明一实施例中，所述承载台上还设置有横向测试机构，所述横向测试机构包括综合测试桌，所述综合测试桌上设置所述末端执行器视觉探测测试单元、所述末端执行器触碰测试单元、所述末端执行器旋转取出测试单元、所述末端执行器稳定性测试单元。

本发明一实施例中，所述末端执行器旋转与取出测试单元包括第一圆管和第一基座，所述第一圆管的头部外壁上攻有螺纹，旋钮盖旋在所述第一圆管外壁上，所述第一圆管的尾部固定在所述第一基座除底面以外的各表面上，所述第一圆管内设置有圆筒光电开关，自动判断元件是否被取出；所述圆筒光电开关与所述主控计算机连接；所述第一基座表面上设置有编号。

本发明一实施例中，所述末端执行器触碰测试单元包括第二圆管和第二基座，所述第二圆管顶部设置有触控块，所述触控块上设置有触碰传感器，所述第二圆管的尾部固定在所述第二基座的表面上；所述触碰传感器与所述主控计算机连接。

本发明一实施例中，所述末端执行器视觉探测测试单元包括第三圆管、第三基座和视觉测试块，所述视觉测试块安装在所述第三圆管的顶部，所述第三圆管的尾部固定在所述第三基座的表面，所述视觉测试块上画有图案；所述图案为C形圆环与三角标志组成的组合图案，组合图案分成按照尺寸大小分为五组分别是58mm、23mm、12mm、6mm、3mm。

本发明一实施例中，所述稳定性测试单元包括长方体的壳体，所述壳体的顶部设置有手柄，所述手柄分为三种分别为球形、方形和柱形，本系统中安装球形、方形和柱形手柄的稳定性测试单元各有一个，在所述壳体内设置有三周加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、并且内置无线通信模块与所述主控计算机连接。

本发明一实施例中，所述准确度测试单元包括底座、和夹持物，所述底座内开设有多个桶槽，所述桶槽分为圆形、正方形、三角形，每种形状的桶槽均有三个不同的尺寸，所述夹持物按照桶槽的形状和尺寸制造，所述桶槽内设置有圆筒光电开关。

本发明一实施例中，载荷测试单元采用砝码，所述砝码采用重量为5kg的10个，重量10kg 的5个，重量为20kg 的5个，重量为50kg 的两个。

本发明一实施例中，所述扭力测试仪采用可充电铝电池供电。

本发明的有益效果：本发明提供一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，实现对特种机器人末端执行器进行视觉探测、触控、旋转与取出测试、载荷测试、准确度测试、扭力测试和稳定性测试，通过各项测试的数据分析出特种机器人末端执行器执行动作的精度、动作是否连贯稳定、抓举能力是否达到设计要求；并且如果在之后的使用过程中出现故障，进行测试后根据测试数据对特种机器人末端执行器进行校准，使其重新达到使用要求的精度。

附图说明

图1是一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统的结构示意图。

图2是一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统的纵向测试机构和横向测试机构的安装示意图。

图3是末端执行器准确度测试单元的示意图。

图4是末端执行器稳定性测试单元球形手柄的示意图。

图5是末端执行器稳定性测试单元方形手柄的示意图。

图6是末端执行器稳定性测试单元圆柱形手柄的示意图。

图7是末端执行器扭力测试单元示意图。

图8是末端执行器载荷测试单元。

图9是立式轨道的结构示意图。

图10是末端执行器旋转与取出测试单元示意图。

图11是末端执行器旋转取出测试单元旋钮盖与圆管连接的示意图。

图12是末端执行器视觉探测测试单元采用长圆管的示意图。

图13是末端执行器视觉探测测试单元另一方案的示意图。

图14是末端执行器触碰测试单元结构示意图。

图15是末端执行器触碰测试单元另一方案的结构示意图。

图16是一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图16，本发明提供一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测 试系统，包括末端执行器视觉探测测试单元2、末端执行器触碰测试单元3、末端执行器旋转 与取出测试单元1、末端执行器载荷测试单元601、末端执行器准确度测试单元5、末端执行 器扭力测试单元7、末端执行器稳定性测试单元12、承载台4和主控计算机；所述各测试单元 均与主控计算机连接，各测试单元和所述主控计算机均采用无线通信模块连接，较佳的所 述主控计算机的要求是：四核处理器，RAM：8G，存储：2TB及以上，显卡：NVIDIA GeForce GTX 1050同等性能显卡，网络：千兆以太网卡、802.11ac无线网卡；所述承载台4设置有纵向测试 机构，所述纵向测试机构包括立式轨道11、轨道支架9，所述立式轨道11支架9包括减速电机 902，所述减速电机902固定在所述承载台的平面上，所述齿轮减速电机902的输出轴连接转 轴901，所述转轴901上连接所述立式轨道11，轨道支架9用于完成所述立式轨道11角度的调 节，所述立式轨道11上安装所述末端执行器视觉探测测试单元2、所述末端执行器触碰测试 单元3、所述末端执行器旋转与取出测试单元1，可根据测试需求调节前述测试单元（即所述 末端执行器视觉探测测试单元2、所述末端执行器触碰测试单元3、所述末端执行器旋转与 取出测试单元1）在所述立式轨道上的安装高度以及所述立式轨道的角度，其角度可调范 围45°-135°，所述减速电机902的驱动电路与主控计算机连接，不同角度可以更全面的检测 特种气人末端执行器性能、动作的精确度，支持综合测试，支持垂直方向测试可配置立式轨 道的角度、不同高度、不同基础测试单元组合并自动获取各单元测试数据；所述准确度测试 单元5上直接布设在承载台4上，所述承载台4上还设置有载荷环形测试区6，所述载荷环形 测试区6的外圈均匀布设所述末端执行器载荷测试单元601；所述承载台4另一侧还布设有 扭力测试单元7，所述扭力测试单元7包括扭力测试桌701，所述扭力测试桌701上设置有扭 力测试仪702；所述承载台4采用优质碳素结构钢板制造，其尺寸：5000*5000mm；所述立式轨 道11采用铝型材制造，其尺寸：2000*500mm；所述扭力测试桌桌面采用优质碳素结构钢板， 其尺寸：600*400*800mm。

请继续参见图1、图2、图4至图6，本发明一实施例中，所述承载台4上还设置有横向测试机构，所述横向测试机构包括综合测试桌10，所述综合测试桌10上设置所述末端执行器视觉探测测试单元2、所述末端执行器触碰测试单元3、所述末端执行器旋转、取出测试单元1、所述末端执行器稳定性测试单元12；支持水平方向测试不同基础测试单元组合并自动获取各基础单元测试数据。

请继续参见图1、图2，本发明一实施例中，所述横向测试机构和所述立式轨道共同安装在环形活动区8上，较佳的所述立式轨道的所述减速电机拥有较大的扭矩可以支撑轨道和3个基础测试单元的压力（末端执行器视觉探测测试单元2、末端执行器触碰测试单元3、末端执行器旋转与取出测试单元1）在减速电机停止转动状态下保持立式轨道不发生转动，所述立式轨道可安装上述三个测试单元的任意一个或者任意两个、或者三个全部安装，或者安装三个一样的测试单元，或者两个一样的测试单元。

请继续参见图10、图11，本发明一实施例中，所述末端执行器旋转与取出测试单元1包括第一圆管101和第一基座103，所述第一圆管101的头部外壁上攻有螺纹，旋钮盖102旋在所述第一圆管101外壁上，所述第一圆管101的尾部固定在所述第一基座103除底面以外的各表面上，所述第一圆管101内设置有圆筒光电开关，所述圆筒光电传感器与所述主控计算机连接，自动判断旋钮盖是否被取出，较佳的所述旋钮盖102为六角螺母。

请继续参见图14，本发明一实施例中，所述末端执行器触碰测试单元3a包括第二圆管301和第二基座303a，所述第二圆管301顶部设置有触控块302，所述触控块302上设置有触碰传感器，通过无线通信模块将触碰传感器的信号发送给主控计算机，所述第二圆管301的尾部固定在所述第二基座303a的表面上。

请继续参见图12，本发明一实施例中，所述末端执行器视觉探测测试单元2包括第三圆管201a、第三基座203和视觉测试块202a，所述视觉测试块202a安装在所述第三圆管201a的顶部，所述第三圆管201a的尾部固定在所述第三基座203的表面，所述视觉测试块202a上画有图案；所述图案为C形圆环与三角标志组成的组合图案，组合图案分成按照尺寸大小分为五组分别是58mm、23mm、12mm、6mm、3mm。

请继续参见图12、图13，本发明另一实施例中，所述末端执行器视觉探测测试单元2的所述圆管可根据不同的测试需求使用长的圆管201b，则在基座的除底面以外的各表面上设置有字母202b。

请继续参见图10至图14，本发明一实施例中，所述末端执行器旋转与取出测试单元1的边上位于所述基座表面上设置有编号，如A、B、C、D、F，其他数字编号或者罗马数字编号均可；所述第一基座、所述第二基座、所述第三基座均为四棱台形；各个基座底面的四角上均设置有固定耳，且大小与尺寸均相同，前述的各圆管安装在所述基座除底面以外的各个面上；各所述基座面的四角上设置有固定耳，用于将各基座固定在所述立式轨道11上。

请继续参见图15，本发明另一实施例中，所述末端执行器触碰测试单元3b第三基座303b可采用平板型基座,并将前述的五个第三圆管301均匀设置在所述平板型基座上，并在圆管上设置触控块302。

请继续参见图4至图6，本发明一实施例中，所述稳定性测试单元12包括长方体的壳体，所述壳体的顶部设置有手柄，所述手柄分为三种分别为球形12a、方形12b和柱形12c，本系统中安装球形、方形和柱形手柄的稳定性测试单元各有一个，在所述壳体内设置有三周加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、并且内置无线通信模块和低功耗高性能处理器，所述低功耗处理器主频需要在400MHz以上；所述壳体采用优质碳素结构钢，其尺寸：150*150*150mm；其输入电源：3.3V-5.5V的可充电锂电池，量程：加速度±16g，角速度±2000°/s，角度±180°，精度：0.01°；主控计算机通过无线连接各传感器并实时获取传感器数据，通过三轴加速度数波形判断机器人末端执行器稳定性。

请继续参见图3，本发明一实施例中，所述准确度测试单元5包括底座501、和夹持物503，所述底座501内开设有多个桶槽502，所述桶槽502分别为圆形、正方形、三角形，每种形状的桶槽502均有三个不同的尺寸，所述底座501为正方体500*500*500mm，桶槽502位：圆形（直径50mm、100mm、150mm）、方形（边长35.36mm、70.7mm、106mm）、三角形（边长43.3mm、86.6mm、129.9mm），深度均为120mm；所述夹持物503按照桶槽502的形状和尺寸制造；所述夹持物503的尺寸圆形（直径/重量50mm/2kg、100mm/6kg、120mm/9kg），方形（边长/重量35.36mm/2kg、70.7mm/6kg、106mm/9kg），三角形（边长/重量43.3mm/2kg、86.6mm/6kg、129.9mm/9kg），高度均为200mm，所述桶槽502内均安装有光电传感器，通过光电传感器来判断夹持物是否摆放到位。

请继续参见图1、图8，本发明一实施例中，所述末端执行器载荷测试单元601采用砝码，所述砝码采用重量为5kg的10个，重量10kg 的5个，重量为20kg的5个，重量为50kg 的两个，所述末端执行器载荷测试单元，根据测试的需求自行调整组合成不同重量，所述载荷环形测试区的外环上设置有多个载荷测试单元摆放点，该摆放点上标有十字，并在该点设置有光电传感器，载荷测试单元遮挡了光电传感器光线，即可判断载荷测试单元放置到位，并将信号通过无线通信模块发送给主控计算机。

请继续参见图1、图7本发明一实施例中，所述末端执行器扭力测试单元7采用可充电锂电池供电，所述扭力测试仪702共设置有两个，包括一个量程1.5～50N的扭力测试仪702，其尺寸：110*230*50mm，重量：2.2Kg，电源：6V，工作环境温度：-5°C ~ 40°C；一个量程0～500N的扭力测试仪702，其尺寸：400*200*200mm，精度：±0.5%，电源8.4V，重量：2Kg，通过无线通信模块将测试的数据发送给主控计算机。

本发明一实施例中，较佳的所述无线通信模块采用KB3077wifi模块。

本发明具有以下工作方式；

A．设定机器人活动范围、基础测试单元的摆放位置，需要测试的项目，测试顺序，测试时间；

B．工作人员根据配置信息安装轨道和综合测试桌等，并摆放各类基础测试单元；

C．测试人员将机器人运行至指定位置后工作人员开始计时；

D．测试人员根据测试项和测试顺序操作机器人末端执行器完成测试，若无法完成可选择跳过，工作人员根据完成情况记录过程及结果数据到软件系统中；

E．完成所有测试项后停止计时，系统生成测试报告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：包括末端执行器视觉探测测试单元、末端执行器触碰测试单元、末端执行器旋转与取出测试单元、末端执行器载荷测试单元、末端执行器准确度测试单元、末端执行器扭力测试单元、末端执行器稳定性测试单元、承载台和主控计算机；所述各测试单元均与主控计算机连接；所述承载台中部设置有纵向测试机构，所述纵向测试机构包括立式轨道、轨道支架，所述轨道支架包括减速电机，所述减速电机固定在所述承载台上，所述减速电机的输出轴连接转轴，所述转轴上连接所述立式轨道，轨道支架用于完成所述立式轨道角度的调节，所述立式轨道上安装所述末端执行器视觉探测测试单元、所述末端执行器触碰测试单元、所述末端执行器旋转与取出测试单元，可根据测试需求调节前述测试单元在所述立式轨道上的安装高度以及所述立式轨道的角度；所述准确度测试单元直接布设在承载台上，所述承载台上还设置有载荷环形测试区，所述载荷环形测试区的外圈均匀布设所述末端执行器载荷测试单元；所述承载台另一侧还布设有扭力测试单元，所述扭力测试单元包括扭力测试桌，所述扭力测试桌上设置有扭力测试仪。

2.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于:所述承载台上还设置有横向测试机构，所述横向测试机构包括综合测试桌，所述综合测试桌上设置所述末端执行器视觉探测测试单元、所述末端执行器触碰测试单元、所述末端执行器旋转取出测试单元、所述末端执行器稳定性测试单元。

3.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：所述末端执行器旋转与取出测试单元包括第一圆管和第一基座，所述第一圆管的头部外壁上攻有螺纹，旋钮盖旋在所述第一圆管外壁上，所述第一圆管的尾部固定在所述第一基座除底面以外的各表面上，所述第一圆管内设置有圆筒光电开关，自动判断元件是否被取出；所述圆筒光电开关与所述主控计算机连接；所述第一基座表面上设置有编号。

4.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：所述末端执行器触碰测试单元包括第二圆管和第二基座，所述第二圆管顶部设置有触控块，所述触控块上设置有触碰传感器，所述第二圆管的尾部固定在所述第二基座的表面上；所述触碰传感器与所述主控计算机连接。

5.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：所述末端执行器视觉探测测试单元包括第三圆管、第三基座和视觉测试块，所述视觉测试块安装在所述第三圆管的顶部，所述第三圆管的尾部固定在所述第三基座的表面，所述视觉测试块上画有图案；所述图案为C形圆环与三角标志组成的组合图案，组合图案分成按照尺寸大小分为五组分别是58mm、23mm、12mm、6mm、3mm。

6.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：所述稳定性测试单元包括长方体的壳体，所述壳体的顶部设置有手柄，所述手柄分为三种分别为球形、方形和柱形，本系统中安装球形、方形和柱形手柄的稳定性测试单元各有一个，在所述壳体内设置有三周加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、并且内置无线通信模块与所述主控计算机连接。

7.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：所述准确度测试单元包括底座、和夹持物，所述底座内开设有多个桶槽，所述桶槽分为圆形、正方形、三角形，每种形状的桶槽均有三个不同的尺寸，所述夹持物按照桶槽的形状和尺寸制造，所述桶槽内设置有圆筒光电开关。

8.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特征在于：载荷测试单元采用砝码，所述砝码采用重量为5kg的10个，重量10kg 的5个，重量为20kg 的5个，重量为50kg 的两个。

9.根据权利要求1所述的一种特种作业机器人末端执行器通用性能综合测试系统，其特种在于：所述扭力测试仪采用可充电铝电池供电。