CN111993466B - 基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，所述方法包括：所述双臂机器人包括第一操作机和第二操作机，第一操作机的末端保持夹取工件一端的动作，第二操作机的末端保持夹取工件另一端的动作，执行双臂联合动作，将工件作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目；本发明的优点在于：双臂联合操作测试指标由工件的测试指标描述，提供一种双臂机器人联合操作测试方法，解决了现有技术缺乏双臂机器人联合操作测试方法的问题。

Description

基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法

技术领域

本发明涉及机器人测试技术领域，更具体涉及基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法。

背景技术

双臂工业机器人是指采用一套控制系统，控制两套操作机共同完成一项或一组操作任务的工业机器人。双臂机器人模仿了人体双臂的协作原理，具备双臂分别操作功能，由两个空间关节工业机器人单臂构成，具有高速高精度、超大作业空间、长寿命、模块化、高集成度的特点，适合定向空间负载作业，可采用植入式结构，特别适合板材制造上下料作业。在机器人行业与自动化生产中存在许多复杂的装配任务和零件搬运任务，双臂机器人系统为其提供了协作解决方法。双臂机器人目前成为机器人领域的热点，尤其在协作机器人的开发设计方面至关重要。

双臂机器人联合操作是指双臂工业机器人的两套操作机共同抓取同一工件，联合完成操作任务，双臂工业机器人第一操作机和第二操作机分别夹持工件的两端，完成对工件的联合操控。

根据国家相关法规规定，需要对出厂或者长时间使用后的机器人进行性能测量以确保机器人性能能够达到规定的精度要求，所以双臂机器人同样需要进行测量的性能指标及其测试方法。指标在测量时都被要求进行多次循环测试，多项指标又要求测量机器人末端的姿态，而传统的测量方法只能测量单臂机器人，无法测量双臂机器人协作中的相关配合数据，同时存在测量精度低、需要手动设置试验位姿、手动保存原始数据、记录原始参数、手动计算测量结果、填写测试报告，操作过程非常复杂，测量耗费时间长，对测量人员技术水平要求高等问题。

中国专利申请号201910510332.7，公开了一种基于激光跟踪仪的双臂机器人组合操作测试方法，所述双臂机器人包括第一操作机和第二操作机，第一操作机和第二操作机分别操控工件1和工件2工作时，使用激光跟踪仪分别测量第一操作机和第二操作机的位姿参数，并通过计算第一操作机和第二操作机位姿参数的偏差值和加权平均值，求得双臂组合位姿准确度和重复性、双臂组合轨迹准确度和速度准确度。但是该发明属于双臂机器人组合操作测试，并不是双臂机器人联合操作测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术缺乏双臂机器人联合操作测试方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，所述方法包括：所述双臂机器人包括第一操作机和第二操作机，第一操作机的末端保持夹取工件一端的动作，第二操作机的末端保持夹取工件另一端的动作，执行双臂联合动作，将工件作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目。

本发明应用于双臂机器人以激光跟踪仪作为测试设备，利用两个操作机共同完成一组操作任务，对双臂机器人进行联合操作测试，执行双臂联合动作时，将工件作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目，即可将工件视为“单臂”进行测试，工件的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂测试相同，最后的双臂联合操作测试指标由工件的测试指标描述，提供一种双臂机器人联合操作测试方法，解决了现有技术缺乏双臂机器人联合操作测试方法的问题。

进一步地，所述测试项目包括双臂联合位姿准确度、双臂联合位姿重复性、双臂联合多方向位姿准确度变动、双臂联合距离准确度、双臂联合距离重复性、双臂联合位置稳定时间、双臂联合位置超调量、双臂联合位姿特性漂移、双臂联合轨迹准确度、双臂联合轨迹重复性、双臂联合重定向轨迹准确度、双臂联合操作轨迹速度特性、双臂联合最小定位时间以及双臂联合静态柔顺性。

更进一步地，所述双臂联合多方向位姿准确度变动的测试内容为：由工件的多方向位姿准确度变动表示双臂联合多方向位姿准确度变动，工件的多方向位姿准确度变动是从三个相互垂直方向对相同双臂联合位姿指令响应n次时，获取各次响应双臂联合位姿指令后实到位姿间的平均偏差。

更进一步地，所述双臂联合位置稳定时间的测试内容为：获取从工件质心第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带所经历的时间。

更进一步地，所述双臂联合位置超调量的测试内容为：获取工件第一次进入门限带再超出门限带后瞬时位置与实到稳定位置的最大距离。

更进一步地，所述双臂联合位姿特性漂移的测试内容为：获取指定时间内工件位姿准确度的变化。

更进一步地，所述双臂联合轨迹重复性的测试内容为：获取双臂机器人对同一双臂联合指令轨迹重复n次时与双臂联合实到轨迹的一致程度。

更进一步地，所述双臂联合重定向轨迹准确度的测试内容为：双臂机器人在一条直线轨迹上，沿三个方向交替变换姿态。

更进一步地，所述双臂联合最小定位时间的测试内容为：在双臂机器人联合操作时，双臂机器人在点位控制方式下，获取工件从静态开始移动以预定距离和/或摆动一预定角度到达稳定状态所经历的时间。

更进一步地，所述双臂联合静态柔顺性的测试内容为：在双臂机器人联合操作时，获取在单位负载作用下的最大的位移。

本发明的优点在于：本发明应用于双臂机器人以激光跟踪仪作为测试设备，利用两个操作机共同完成一组操作任务，对双臂机器人进行联合操作测试，执行双臂联合动作时，将工件作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目，即可将工件视为“单臂”进行测试，工件的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂测试相同，最后的双臂联合操作测试指标由工件的测试指标描述，提供一种双臂机器人联合操作测试方法，解决了现有技术缺乏双臂机器人联合操作测试方法的问题。

附图说明

图1为现有技术双臂联合操作示意图；

图2为本发明实施例所公开的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法中双臂联合工作空间示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，用于测试双臂机器人联合操作参数，并以测试指标描述双臂机器人对工件组合体联合操控的完成度。双臂机器人采用一套控制系统，控制两套操作机共同完成一项或一组操作任务，该方法应用激光跟踪仪，通过双臂联合操作测试，完成针对双臂机器人的测试。所述方法包括：所述双臂机器人包括第一操作机1和第二操作机2，第一操作机1的末端保持夹取工件3一端的动作，第二操作机2的末端保持夹取工件3另一端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目。工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂测试相同且单臂测试为现有技术，最后的双臂联合测试指标由工件3的测试指标描述，下文将工件3等价于单臂进行测试，其中单臂机器人的测试参见国标GBT 12642-2013。

其中，所述测试项目包括双臂联合位姿准确度、双臂联合位姿重复性、双臂联合多方向位姿准确度变动、双臂联合距离准确度、双臂联合距离重复性、双臂联合位置稳定时间、双臂联合位置超调量、双臂联合位姿特性漂移、双臂联合轨迹准确度、双臂联合轨迹重复性、双臂联合重定向轨迹准确度、双臂联合操作轨迹速度特性、双臂联合最小定位时间以及双臂联合静态柔顺性，以下分别介绍各个测试项目的内容。

1.双臂联合位姿准确度（APDJ）的测试内容为：双臂联合工作空间4是双臂工业机器人进行双臂联合操作时，工件3的质心所能掠过的最大空间，如图2所示。双臂联合位姿是第一操作机1末端和第二操作机2末端联合控制同一工件3时的工件3位姿。双臂联合指令位姿是在双臂联合操作模式下，以示教编程、人工数据输入或离线编程所设定的工件3位姿。双臂联合实到位姿是在双臂联合操作模式下，双臂工业机器人在自动方式下响应双臂联合指令位姿，工件3实际达到的位姿。

2.双臂联合位姿重复性（RPDJ）的测试内容为：双臂联合位姿重复性表示对同一双臂联合指令位姿从同一方向重复响应n次后，双臂联合实到位姿的一致程度。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂位姿重复性测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的位姿重复性描述。

3.双臂联合多方向位姿准确度变动（vAPDJ）的测试内容为：双臂联合多方向位姿准确度变动表示从三个相互垂直方向对相同双臂联合位姿指令响应n次时，获取各次响应双臂联合位姿指令后实到位姿间的平均偏差，也即对双臂进行n次位姿指令控制，记录每次控制以后双臂的实到位姿，然后计算n次实到位姿之间的偏差的平均值。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂多方向位姿准确度变动测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的多方向位姿准确度变动描述。

4.双臂联合距离准确度（ADDJ）的测试内容为：双臂联合距离准确度表示在双臂联合指令距离和双臂联合实到距离平均值之间位置和姿态的偏差，由两个双臂联合指令位姿和两组双臂联合实到位姿之间的距离偏差和在这两个位姿间一系列重复移动的距离波动来确定。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂距离准确度测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的距离准确度描述。

5.双臂联合距离重复性（RDDJ）的测试内容为：双臂联合距离重复性表示在同一方向对相同双臂联合指令距离重复运动n次后工件3双臂联合实到距离的一致程度，由两个双臂联合指令位姿和两组双臂联合实到位姿之间的距离偏差和在这两个位姿间一系列重复移动的距离波动来确定。双臂联合距离重复性包括双臂联合位置距离重复性和双臂联合姿态距离重复性。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂距离重复性测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的距离重复性描述。

6.双臂联合位置稳定时间的测试内容为：双臂联合位置稳定时间用于衡量双臂工业机器人联合操控工件3停止在双臂联合实到位姿快慢程度的性能。双臂联合位置稳定时间是从工件3质心第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带所经历的时间。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂位置稳定时间测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的位置稳定时间描述。需要说明的是，门限带等专有名词的定义可参见国标GBT 12642-2013。

7.双臂联合位置超调量（OVDJ）的测试内容为：测量双臂联合位置超调量的目的是为了衡量双臂工业机器人联合控制工件3平稳、准确地停在双臂联合实到位姿的能力。应明白，双臂联合位置超调量与双臂联合位置稳定时间有关。双臂联合位置超调量是工件3第一次进入门限带再超出门限带后瞬时位置与实到稳定位置的最大距离。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂位置超调量测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的位置超调量描述。

8.双臂联合位姿特性漂移（dAPDJ）的测试内容为：双臂联合位姿准确度漂移是在指定时间内工件3位姿准确度的变化。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂位姿特性漂移测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的位姿特性漂移描述。

9.双臂联合轨迹准确度（ATDJ）的测试内容为：双臂联合轨迹特性是指在双臂联合操作工件3时，被操作工件3的运动轨迹。双臂联合指令轨迹是在双臂联合操作时，以示教编程、人工数据输入或离线编程所设定的工件3轨迹；双臂联合实到轨迹是在双臂联合操作时，双臂工业机器人在自动方式下响应双臂联合指令位姿，工件3实际达到的轨迹。

双臂联合轨迹准确度表示双臂工业机器人联合操作一个工件3在同一方向上沿双臂联合指令轨迹n次移动工件3的能力。双臂联合轨迹准确度是被控工件3在位置和姿态上沿所得轨迹的最大轨迹偏差。双臂联合位置轨迹准确度ATP定义为工件3指令轨迹上一些（m个）计算点的位置与n次测量的集群中心Gi间的距离的最大值。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂轨迹准确度测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的轨迹准确度描述。

10.双臂联合轨迹重复性（RTDJ）的测试内容为：双臂联合轨迹重复性表示双臂工业机器人对同一双臂联合指令轨迹重复n次时双臂联合实到轨迹的一致程度。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂轨迹重复性测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的轨迹重复性描述。

11.双臂联合重定向轨迹准确度（AVDJ）的测试内容为：双臂联合轨迹重复性表示双臂工业机器人在一条直线轨迹上，沿三个方向交替变换姿态的影响。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂重定向轨迹准确度测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的重定向轨迹准确度描述。

12.双臂联合操作轨迹速度特性的测试内容为：双臂联合轨迹速度是指在双臂联合操作工件3时，被操作工件3质心的运动速度。双臂联合指令速度是在双臂联合操作模式下，以示教编程、人工数据输入或离线编程所设定的工件3质心的指令轨迹速度；双臂联合实到速度是在双臂联合操作模式下，双臂工业机器人在自动方式下响应工件3指令速度，工件3质心的实到轨迹速度。双臂联合轨迹速度特性包含双臂联合轨迹速度准确度，双臂联合速度重复性和双臂联合速度波动性。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂轨迹速度准确度、速度重复性、速度波动性测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的轨迹速度准确度、速度重复性、速度波动性描述。

13.双臂联合最小定位时间的测试内容为：双臂联合最小定位时间是在双臂联合操作时，双臂工业机器人在点位控制方式下，工件3从静态开始移动以预定距离和/或摆动一预定角度到达稳定状态所经历的时间。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂最小定位时间测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的最小定位时间描述。

14.双臂联合静态柔顺性的测试内容为：双臂联合静态柔顺性是在双臂联合操作时，在单位负载作用下的最大的位移。应在工件3机械结构处加载并测量位移。第一操作机1末端和第二操作机2末端分别保持夹取工件3两端的动作，执行双臂联合动作，将工件3作为动作主体执行测试过程，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂静态柔顺性测试相同，最后的双臂联合位姿准确度由工件3的静态柔顺性描述。

通过以上技术方案，本发明提供的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，应用于双臂机器人以激光跟踪仪作为测试设备，利用两个操作机共同完成一组操作任务，对双臂机器人进行联合操作测试，执行双臂联合动作时，将工件3作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目，即可将工件3视为“单臂”进行测试，工件3的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂测试相同，最后的双臂联合操作测试指标由工件3的测试指标描述，提供一种双臂机器人联合操作测试方法，解决了现有技术缺乏双臂机器人联合操作测试方法的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，应用于双臂机器人以激光跟踪仪作为测试设备，所述方法包括：所述双臂机器人包括第一操作机和第二操作机，第一操作机的末端保持夹取工件一端的动作，第二操作机的末端保持夹取工件另一端的动作，利用两个操作机共同完成一组操作任务，对双臂机器人进行联合操作测试，执行双臂联合动作，将工件作为动作主体执行测试过程完成多种测试项目，即将工件视为“单臂”进行测试，工件的运动过程、激光跟踪仪测试过程和公式计算过程与单臂测试相同，最后的双臂联合操作测试指标由工件的测试指标描述；

所述测试项目包括双臂联合位姿准确度、双臂联合位姿重复性、双臂联合多方向位姿准确度变动、双臂联合距离准确度、双臂联合距离重复性、双臂联合位置稳定时间、双臂联合位置超调量、双臂联合位姿特性漂移、双臂联合轨迹准确度、双臂联合轨迹重复性、双臂联合重定向轨迹准确度、双臂联合操作轨迹速度特性、双臂联合最小定位时间以及双臂联合静态柔顺性。

2.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合多方向位姿准确度变动的测试内容为：由工件的多方向位姿准确度变动表示双臂联合多方向位姿准确度变动，工件的多方向位姿准确度变动是从三个相互垂直方向对相同双臂联合位姿指令响应n次时，获取各次响应双臂联合位姿指令后实到位姿间的平均偏差。

3.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合位置稳定时间的测试内容为：获取从工件质心第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带所经历的时间。

4.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合位置超调量的测试内容为：获取工件第一次进入门限带再超出门限带后瞬时位置与实到稳定位置的最大距离。

5.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合位姿特性漂移的测试内容为：获取指定时间内工件位姿准确度的变化。

6.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合轨迹重复性的测试内容为：获取双臂机器人对同一双臂联合指令轨迹重复n次时与双臂联合实到轨迹的一致程度。

7.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合重定向轨迹准确度的测试内容为：双臂机器人在一条直线轨迹上，沿三个方向交替变换姿态。

8.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合最小定位时间的测试内容为：在双臂机器人联合操作时，双臂机器人在点位控制方式下，获取工件从静态开始移动以预定距离和/或摆动一预定角度到达稳定状态所经历的时间。

9.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的双臂机器人联合操作测试方法，其特征在于，所述双臂联合静态柔顺性的测试内容为：在双臂机器人联合操作时，获取在单位负载作用下的最大的位移。

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