CN113021350A - 一种机器人负载测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，其目的在于提供一种机器人负载测试方法。本发明公开了一种机器人负载测试方法，包括以下步骤：实时判断是否接收到负载测试指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；输出负载安装提示信息，然后判断是否接收到负载安装完成指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；获取当前负载的质量；获取当前机器人关节轴的预定自由度和预定速度；输出机器人运行指令，驱动当前机器人以预定自由度和预定速度执行测试动作；机器人完成当前测试动作后，输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。本发明可快速准确地获取负载信息，负载测试过程无需用户手动执行，可提高负载检测效率和负载信息的准确性。

Description

一种机器人负载测试方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人负载测试方法。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

机器人负载，是指机器人在工作范围内，任何位姿上所承受的质量。在机器人运行之前，必须准确设置如重量、质心偏移距、转动惯性矩等负载信息，若负载数据设置不正确，运行时可能会导致机器人的机械结构过载的情况。准确的负载信息利于机器人在运行过程中准确监测自身的运行情况，并进行正常的加减速，可使机器人在运行过程具有最佳的节拍时间，同时利于提升机器人的使用寿命。因而，负载信息测试准确度非常重要。

现有技术中，通常通过人工测试负载的重量，并通过对机器人运行动作的分析，计算负载的重心偏移数据及转动惯性矩等信息，然后将负载安装在机器人上，并向机器人输入相关的负载数据。然而，因为机器人运行状态通常较为多变，人工很难准确测试相关的负载信息，人工测试易造成负载信息不准确的问题，同时人工测试造成用户工作量大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种机器人负载测试方法。

本发明采用的技术方案是：

一种机器人负载测试方法，包括以下步骤：

实时判断是否接收到负载测试指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

输出负载安装提示信息，然后判断是否接收到负载安装完成指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

获取当前负载的质量；

获取当前机器人关节轴的预定自由度和预定速度；

输出机器人运行指令，驱动当前机器人以预定自由度和预定速度执行测试动作；机器人执行测试动作过程中，实时获取当前负载的质心偏移距和转动惯性矩；机器人完成当前测试动作后，输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。

可选地，获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

提取预存的机器人初始质量；

检测当前机器人的质量；

计算负载的质量，其中负载的质量＝当前机器人的质量-机器人初始质量。

进一步地，获取当前负载的质量时，还包括以下步骤：

检测当前机器人的角速度和加速度；

根据当前机器人的角速度和加速度，得到当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵；

根据当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵，得到当前角速度的反对称矩阵的特征值和当前加速度的反对称矩阵的特征值；

判断当前角速度的反对称矩阵的特征值是否小于第一预设阈值，以及当前加速度的反对称矩阵的特征值是否小于第二预设阈值，若是，则判定当前机器人处于静止状态，并检测当前机器人的质量，若否，则输出机器人装配提示信号，并在预定时间后重新检测当前机器人的角速度和加速度。

可选地，获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

采集当前机器人的电机的平均相电流；

根据当前平均相电流，得到当前电机的扭矩；

根据当前电机的扭矩，得到当前负载的质量。

进一步地，当前电机的扭矩的计算公式如下：

T＝I*C_t；

其中，T为当前电机的扭矩，I为当前平均相电流，C_t为当前电机的电机扭矩常数。

进一步地，当前负载的质量的计算公式如下：

M＝K×T/g；

其中，M为当前负载的质量，T为当前电机的扭矩，K为力传导系数，g为重力加速度。

可选地，机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时输出检测的负载的质心偏移距和转动惯性矩。

可选地，获取当前负载的质心偏移距时，具体步骤如下：

获取当前机器人处于多个自由度中的预定自由度时，当前机器人的减速机的最大起停扭矩和当前机器人的电机在预定速度时的扭矩；

根据当前负载的质量、当前减速机的最大起停扭矩和当前电机在预定速度时的扭矩，得到当前负载的最大扭矩；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距。

可选地，根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距时，具体包括以下步骤：

根据当前负载安装面上的旋转中心为原点，建立空间直角坐标系，其中，空间直角坐标系的Z轴垂直于当前负载安装面，空间直角坐标系的X轴和Y轴位于当前负载的安装面内；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标；

根据当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标，得到当前负载的质心偏移距。

可选地，机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时判断是否接收到紧急停机指令，若是，则输出机器人停机指令，驱动当前机器人停机，若否，则不动作。

本发明的有益效果是：可快速准确地获取负载信息，负载测试过程无需用户手动执行，可提高负载检测效率和负载信息的准确性。具体地，本发明在实施过程中，只需人工向机器人的控制系统发送负载测试指令，并安装好负载后，向机器人控制系统发送负载安装完成指令，并设置当前机器人进行负载测试时的预定自由度和预定速度，随后，机器人可自动获取当前负载的质量，并以预定自由度和预定速度执行测试动作，最终输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。通过人工控制机器人进行负载测试，有效避免了人工测试负载信息造成的工作量大、负载信息出现误差等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中一种机器人负载测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种机器人负载测试方法，如图1所示，通过机器人的控制系统执行，具体包括以下步骤：

实时判断是否接收到负载测试指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

输出负载安装提示信息，然后判断是否接收到负载安装完成指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

获取当前负载的质量；

获取当前机器人关节轴的预定自由度和预定速度；

输出机器人运行指令，驱动当前机器人以预定自由度和预定速度执行测试动作；机器人执行测试动作过程中，实时获取当前负载的质心偏移距和转动惯性矩；机器人完成当前测试动作后，输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。

本实施例可快速准确地获取负载信息，负载测试过程无需用户手动执行，可提高负载检测效率和负载信息的准确性。具体地，本实施例在实施过程中，只需人工向机器人的控制系统发送负载测试指令，并安装好负载后，向机器人控制系统发送负载安装完成指令，并设置当前机器人进行负载测试时的预定自由度和预定速度，随后，机器人可自动获取当前负载的质量，并以预定自由度和预定速度执行测试动作，最终输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。通过人工控制机器人进行负载测试，有效避免了人工测试负载信息造成的工作量大、负载信息出现误差等问题。

本实施例中，获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

提取预存的机器人初始质量；

检测当前机器人的质量；

计算负载的质量，其中负载的质量＝当前机器人的质量-机器人初始质量。

应当理解的是，当前机器人的质量，即为初始机器人的质量与负载的质量的和，本实施例中，可以但不仅限于通过质量传感器检测当前机器人的质量及机器人初始质量，可减轻用户工作量，同时避免人工测量负载质量造成的数据不精确的问题。

本实施例中，获取当前负载的质量时，还包括以下步骤：

检测当前机器人的角速度和加速度；

根据当前机器人的角速度和加速度，得到当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵；

根据当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵，得到当前角速度的反对称矩阵的特征值和当前加速度的反对称矩阵的特征值；

判断当前角速度的反对称矩阵的特征值是否小于第一预设阈值，以及当前加速度的反对称矩阵的特征值是否小于第二预设阈值，若是，即当前角速度的反对称矩阵的特征值小于第一预设阈值，且当前加速度的反对称矩阵的特征值小于第二预设阈值，则判定当前机器人处于静止状态，并检测当前机器人的质量，若否，即当前角速度的反对称矩阵的特征值不小于第一预设阈值和/或当前加速度的反对称矩阵的特征值不小于第二预设阈值，则输出机器人装配提示信号，并在预定时间后重新检测当前机器人的角速度和加速度。

在获取当前负载的质量时，若机器人发生晃动等情况，则会造成质量测量不准确，本实施例中，先判断当前机器人是否处于静止状态，并在机器人处于静止状态时再获取当前机器人的质量，可有效保证负载质量的精确度。本实施例中，当前机器人的角速度和加速度均通过惯性传感器进行检测，第一预设阈值和第二预设阈值均为预定反对称矩阵的特征值，利用加速度的反对称矩阵的特征值和角速度的反对称矩阵的特征值分别与对应的第一预设阈值和第二预设阈值来比较，可以滤除惯性传感器的零偏和偏移的影响，可使得机器人是否处于静止状态的判断更为准确。

本实施例中，机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时输出检测的负载的质心偏移距和转动惯性矩。

应当理解的是，可以但不仅限于将检测的负载的质心偏移距和转动惯性矩指示数据输出至显示屏或语音提示装置，以便于用户实时了解当前负载的质心偏移距和转动惯性矩的变化情况。

本实施例中，获取当前负载的质心偏移距时，具体步骤如下：

获取当前机器人处于多个自由度中的预定自由度时，当前机器人的减速机的最大起停扭矩和当前机器人的电机在预定速度时的扭矩；

根据当前负载的质量、当前减速机的最大起停扭矩和当前电机在预定速度时的扭矩，得到当前负载的最大扭矩；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距。

本实施例中，获取质心偏移距的过程简单，可提升确定当前负载的质心偏移距的处理效率。

具体地，所述多个自由度为六个自由度，预定自由度可以但不仅限于为第五自由度、第六自由度等，当预定自由度为第六自由度时，当前机器人负载测试方法用于测试当前机器人中工具负载的负载信息。

本实施例中，根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距时，具体包括以下步骤：

根据当前负载安装面上的旋转中心为原点，建立空间直角坐标系，其中，空间直角坐标系的Z轴垂直于当前负载安装面，空间直角坐标系的X轴和Y轴位于当前负载的安装面内；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标；

根据当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标，得到当前负载的质心偏移距。

本实施例中，机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时判断是否接收到紧急停机指令，若是，则输出机器人停机指令，驱动当前机器人停机，若否，则不动作。应当理解的是，在进行负载测试前，可能会出现因用户不了解当前机器人的标准行程，而未给机器人提供足够的行程空间的情况，在负载测试过程中，当用户发现机器人在执行测试动作过程中出现或将要出现碰撞外物或人体的情况时，可向机器人的控制系统发送紧急停机指令，以避免测试事故，提高测试过程中的安全性。

实施例2：

为避免实施例1中采用质量传感器等装置感应质量，而造成的机器人装配空间减小的问题，本实施例作出以下改进：获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

采集当前机器人的电机的平均相电流；

根据当前平均相电流，得到当前电机的扭矩；应当理解的是，当前电机的扭矩即为当前电机的输出扭矩；

根据当前电机的扭矩，得到当前负载的质量。

具体地，当前电机的扭矩的计算公式如下：

T＝I*C_t；

其中，T为当前电机的扭矩，I为当前平均相电流，C_t为当前电机的电机扭矩常数。

具体地，当前负载的质量的计算公式如下：

M＝K×T/g；

其中，M为当前负载的质量，T为当前电机的扭矩，K为力传导系数，g为重力加速度。

本实施例中，获取当前负载的质量的方式简单便捷，可避免安装其他如质量传感器等传感器，从而便于减小机器人的安装空间，利于降低机器人的装配成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种机器人负载测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

实时判断是否接收到负载测试指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

输出负载安装提示信息，然后判断是否接收到负载安装完成指令，若是，则进入下一步，若否，则不动作；

获取当前负载的质量；

获取当前机器人关节轴的预定自由度和预定速度；

输出机器人运行指令，驱动当前机器人以预定自由度和预定速度执行测试动作；机器人执行测试动作过程中，实时获取当前负载的质心偏移距和转动惯性矩；机器人完成当前测试动作后，输出当前负载的质量、当前负载的质心偏移距和转动惯性矩。

2.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

提取预存的机器人初始质量；

检测当前机器人的质量；

计算负载的质量，其中负载的质量＝当前机器人的质量-机器人初始质量。

3.根据权利要求2所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：获取当前负载的质量时，还包括以下步骤：

检测当前机器人的角速度和加速度；

根据当前机器人的角速度和加速度，得到当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵；

根据当前角速度的反对称矩阵和当前加速度的反对称矩阵，得到当前角速度的反对称矩阵的特征值和当前加速度的反对称矩阵的特征值；

判断当前角速度的反对称矩阵的特征值是否小于第一预设阈值，以及当前加速度的反对称矩阵的特征值是否小于第二预设阈值，若是，则判定当前机器人处于静止状态，并检测当前机器人的质量，若否，则输出机器人装配提示信号，并在预定时间后重新检测当前机器人的角速度和加速度。

4.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：获取当前负载的质量时，具体步骤如下：

采集当前机器人的电机的平均相电流；

根据当前平均相电流，得到当前电机的扭矩；

根据当前电机的扭矩，得到当前负载的质量。

5.根据权利要求4所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：当前电机的扭矩的计算公式如下：

T＝I*C_t；

其中，T为当前电机的扭矩，I为当前平均相电流，C_t为当前电机的电机扭矩常数。

6.根据权利要求4所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：当前负载的质量的计算公式如下：

M＝K×T/g；

其中，M为当前负载的质量，T为当前电机的扭矩，K为力传导系数，g为重力加速度。

7.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时输出检测的负载的质心偏移距和转动惯性矩。

8.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：获取当前负载的质心偏移距时，具体步骤如下：

获取当前机器人处于多个自由度中的预定自由度时，当前机器人的减速机的最大起停扭矩和当前机器人的电机在预定速度时的扭矩；

根据当前负载的质量、当前减速机的最大起停扭矩和当前电机在预定速度时的扭矩，得到当前负载的最大扭矩；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距。

9.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心偏移距时，具体包括以下步骤：

根据当前负载安装面上的旋转中心为原点，建立空间直角坐标系，其中，空间直角坐标系的Z轴垂直于当前负载安装面，空间直角坐标系的X轴和Y轴位于当前负载的安装面内；

根据当前负载的最大扭矩，得到当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标；

根据当前负载的质心在所述空间直角坐标系中Y轴和Z轴的最大坐标，得到当前负载的质心偏移距。

10.根据权利要求1所述的一种机器人负载测试方法，其特征在于：机器人执行测试动作过程中，还包括以下步骤：

实时判断是否接收到紧急停机指令，若是，则输出机器人停机指令，驱动当前机器人停机，若否，则不动作。

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