CN113650012A - 一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统 - Google Patents

一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统，测试方法包括：在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；根据位置信息计算机械臂末端的速度；如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。本发明实施例提供的技术方案通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间，以机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。

Description

一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及机器人测试技术领域，尤其涉及一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统。
背景技术
机器人技术是近现代科学发展起来的综合技术，是机械电子工程、计算机、自动控制以及人工智能等多种学科交叉的产物，是目前科技发展的热点之一，机器人的出现极大的改变了人类的生产生活方式，是人类发展的又一大进步。
机器人制动功能是保障安全的核心功能，目前常规的制动性能测试方法只监测机器人的关节、电机转矩或角度位置来评判制动性能。然而受机器人臂展、杆件柔性和负载等影响，关节或电机端制动性能数据不能完全表征机器人末端的运动状态，降低了机器人制动性能测试的精确性，导致测试结果不利于实际生产中的安全风险评估，出现与周围人或物品发生接触碰撞的情况，从而影响了机器人工作的安全性。
发明内容
本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统，以提高机器人制动性能测试的精确性，使测试结果利于实际生产中的安全风险评估，保证机器人工作的安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试方法，包括：
在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
如果所述速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据所述位置信息确定机器人的制动距离。
可选的，所述根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度，包括：
确定位置信息的采集频率，以根据所述位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔；
根据相邻两次采集的位置信息以及所述采集时间间隔计算所述机械臂末端的速度。
可选的，所述制动完成条件包括所述机械臂末端的速度等于零。
可选的，所述根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，包括：
确定位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；
根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。
可选的，所述根据所述位置信息确定机器人的制动距离，包括：
确定从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；
根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定所述制动距离。
可选的，所述根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定所述制动距离，基于以下确定：
Figure BDA0003200344570000021
其中，S为机械臂末端制动距离；S(i+1)为第i+2次采集的位置点对应的位置信息；S(i)为第i+1次采集的位置点对应的位置信息。
可选的，所述机械臂末端制动轨迹包括直线型运动轨迹和/或曲线型运动轨迹。
可选的，在机器人制动开始前，还包括：
向机器人机械臂发送预设速度运行指令；
获取机械臂末端的位置信息；
根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
判断所述机械臂末端的速度是否满足预设速度，若满足，则向所述机器人机械臂发送制动指令。
第二方面，本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试装置，用于执行第一方面任一所述的机器人制动性能的测试方法，包括：
位置信息获取单元，用于在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
机械臂末端速度计算单元，用于根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
制动距离和制动时间确定单元，用于如果所述速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据所述位置信息确定机器人的制动距离。
第三方面，本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试系统，包括测量靶球、激光跟踪仪和上位机，所述上位机中集成有第二方面所述的机器人制动性能的测试装置；
所述测量靶球设置于机器人的机械臂末端，所述激光跟踪仪用于与测量靶球进行对光以实现测量靶球的轨迹点位置信息的检测；所述上位机与激光跟踪仪通讯连接，用于获取机器人机械臂末端的位置信息；所述上位机还与机械臂控制器通讯连接，用于向所述机械臂控制器发送制动指令和预设速度运行指令。
本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试方法、装置及系统，测试方法包括：在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；根据位置信息计算机械臂末端的速度；如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。本发明实施例提供的技术方案通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图；
图5是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图；
图6是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种机器人制动性能的测试方法，图1是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试方法流程图，参考图1，方法包括：
S110、在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息。
具体的，在机器人制动开始后，可以通过位移测量仪器采集机械臂末端的位置信息。图2是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试系统的结构示意图，参考图2，其中，位移测量仪器可以包括激光跟踪仪220和配套的测量靶球210。测量靶球210安装在机器人110的机械臂末端，测量靶球210可以直接固定在机械臂上，也可以在机械臂末端安装测试负载，再将测试靶球固定在负载的顶端。测试负载可以理解为机器人100工作时机械臂末端承载的物体。优选的，在机械臂末端安装测试负载，再将测试靶球固定在负载的顶端，使在制动性能测试中测试的数据是机器人机械臂末端在具有负载的情况下获得的，更加贴合实际工作情况，提高了机器人100制动性能测试的精确性，测试结果更有利于实际生产中的安全风险评估。测试靶球210安装方式对方向没有要求，固定在末端上即可。将机器人100机械臂末端测试靶球210移动到激光跟踪仪220的检测范围内，激光跟踪仪220与测量靶球210进行对光，使激光跟踪仪220内的激光测距传感器能够测量到测量靶球210。测试的上位机300与激光跟踪仪220建立通讯，从而实时获取机械臂末端的位置信息。
S120、根据位置信息计算机械臂末端的速度。
具体的，机械臂末端的速度即为机器人制动开始后，机械臂末端在机器人机械臂关节的带动下的运动速度。获取机械臂末端的位置信息后，可以基于位置信息与速度的计算关系，根据机械臂末端的任意位置点对应的位置信息以及位置信息的采集频率计算该位置点对应的机械臂末端的速度。
S130、如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
具体的，按照位置信息采集频率实时的计算机械臂末端的速度，以此数据判断机械臂末端是否已完成制动，如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。其中，制动完成条件可以为机械臂末端的速度等于零。即，在机器人制动开始后，按照位置信息采集频率实时的计算机械臂末端的速度，若机械臂末端的速度等于零，则机械臂末端完成制动。需要说明的是，可以指定单关节或多个关节运动，均可以通过测试机器人末端位置的方式，来计算单关节、多关节或者整机的制动距离和制动时间，从而综合的评价机器人的制动性能。
本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试方法，包括：在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；根据位置信息计算机械臂末端的速度；如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。本发明实施例提供的技术方案通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。
图3是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图，参考图3，测试方法包括：
S210、在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息。
S220、确定位置信息的采集频率，以根据位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔。
具体的，位置信息的采集频率可以设置，确定位置信息的采集频率，可以根据位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔。例如，设置位置信息的采集频率为100HZ，1秒采集100次，则位置信息的采集时间间隔为0.01秒。
S230、根据相邻两次采集的位置信息以及采集时间间隔计算机械臂末端的速度。
具体的，可以根据机械臂末端的当前位置点对应的位置信息、上一个采集到的位置点对应的位置信息以及预设采集频率计算机械臂末端的当前速度，当前速度计算公式基于以下确定：
(St-St-1)/t＝vt；
其中St为当前位置点的位置信息，St-1为上一个轨迹点位置信息，vt为当前速度，t为在预设采集频率下采集位置信息的时间间隔。
S240、如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试方法，包括：在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；确定位置信息的采集频率，以根据位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔；根据相邻两次采集的位置信息以及采集时间间隔计算机械臂末端的速度；如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。
图4是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图，参考图4，测试方法包括：
S310、在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息。
S320、根据位置信息计算机械臂末端的速度。
S330、如果速度满足制动完成条件，确定位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数。
具体的，在机器人制动开始后，按照位置信息采集频率实时的计算机械臂末端的速度，若机械臂末端的速度等于零，则机械臂末端完成制动。机械臂末端完成制动后，确定位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数。
S340、根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离。
具体的，当机械臂末端的速度等于零时，判断机器人已完成制动。根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离，基于以下确定：
Figure BDA0003200344570000081
其中，S为机械臂末端制动距离；S(i+1)为第i+2次采集的位置点对应的位置信息；S(i)为第i+1次采集的位置点对应的位置信息。机械臂末端制动轨迹包括直线型运动轨迹和/或曲线型运动轨迹。对于机械臂末端制动轨迹为曲线型运动轨迹，根据微分思想，整个制动过程中采集到的各位置点距离的和即为制动距离，相对于根据位置信息直接获得的长度，可以提高制动距离的精准度，使得测试结果更加准确，更能表征制动的安全性能。
S350、根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。
具体的，当机械臂末端的速度等于零时，判断机器人已完成制动，此时整个采样时间即为制动时间。根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。制动时间为T＝i*1/a，a为位置信息的采集频率。
本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试方法，包括：在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；根据位置信息计算机械臂末端的速度；如果速度满足制动完成条件，确定位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离，并且根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。
可选的，在机器人制动开始前，还包括：
向机器人机械臂发送预设速度运行指令；
获取机械臂末端的位置信息；
根据位置信息计算机械臂末端的速度；
判断机械臂末端的速度是否满足预设速度，若满足，则向机器人机械臂发送制动指令。
具体的，机器人在测试前可能处于静止状态。向机器人机械臂发送预设速度运行指令，使指定的关节开始运行，上位机按照预设的采样频率从激光跟踪仪获取机械臂末端的测试靶球的实时位置，并根据采样频率对应的采样时间间隔单次微分的方式，实时计算机械臂末端的速度，当监测到机械臂末端速度到达测试的额定速度时，即预设速度运行指令中包括的预设速度，上位机向机器人的机械臂发送制动指令，机器人发生制动功能，此时制动功能开始。上位机开始以预设的采集频率，再次从激光跟踪仪获取机械臂末端的实际位置，并计算末端的实际速度。当监测到速度为0时，判断机器人已完成制动，此时整个采样时间即为制动时间。并且，上位机已从激光跟踪仪获取一条机器人完整的制动轨迹，通过微分思想，相邻点的距离和即为整个制动轨迹的长度，整个制动轨迹的长度即为机械臂末端的制动距离。
综上，图6是本发明实施例提供的另一种机器人制动性能的测试方法流程图，参考图6，测试方法包括：
S410、向机器人机械臂发送预设速度运行指令。
S420、获取机械臂末端的位置信息，并根据位置信息计算机械臂末端的速度。
S430、判断机械臂末端的速度是否满足预设速度，若满足，则执行步骤S440，若不满足，则执行步骤S420。
S440、向机器人机械臂发送制动指令。
S450、获取机械臂末端的位置信息，并根据位置信息计算机械臂末端的速度。
S460、判断机械臂末端的速度是否等于零，若等于，则执行步骤S470；若不等于，则执行步骤S450。
S470、根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
本发明实施例还提供了一种机器人制动性能的测试装置，用于执行上述任意所述的机器人制动性能的测试方法，图6是本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试装置的结构框图，测试装置包括：
位置信息获取单元10，用于在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
机械臂末端速度计算单元20，用于根据所述位置信息计算机械臂末端的速度；
制动距离和制动时间确定单元30，用于如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
具体的，机器人制动性能的测试装置包括位置信息获取单元10、机械臂末端速度计算单元20、制动距离和制动时间确定单元30。位置信息获取单元10用于在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息。机械臂末端速度计算单元20用于根据位置信息计算机械臂末端的速度。可以根据采样频率对应的采样时间间隔单次微分的方式，实时计算机械臂末端的速度。制动距离和制动时间确定单元30用于如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。制动完成条件包括机械臂末端的速度为零。当监测到机械臂末端速度为0时，判断机器人已完成制动，此时整个采样时间即为制动时间。并且，机器人制动性能的测试装置已从激光跟踪仪获取一条机器人完整的制动轨迹，通过微分思想，相邻点的距离和即为整个制动轨迹的长度，整个制动轨迹的长度即为机械臂末端的制动距离。
机器人制动性能的测试装置还包括指令发送单元，若机器人在测试前可能处于静止状态，指令发送单元还用于向机械臂发送预设运行速度指令。位置信息获取单元还用于获取机械臂末端的位置信息；根据位置信息计算机械臂末端的速度。机器人制动性能的测试装置。若机械臂末端的速度满足预设速度，指令发送单元还用于向机器人机械臂发送制动指令。
本发明实施例提供的一种机器人制动性能的测试装置，包括：位置信息获取单元，用于在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；机械臂末端速度计算单元，用于根据所述位置信息计算机械臂末端的速度；制动距离和制动时间确定单元，用于如果速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。。通过监测机器人机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的制动性能的标准，提高了机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证了机器人工作的安全性。
本发明实施例还提供了一种机器人制动性能的测试系统，参考图2，包括测量靶球210、激光跟踪仪220和上位机300，上位机300中集成有上述任意实施例所述的机器人制动性能的测试装置；
测量靶球210设置于机器人100的机械臂末端，激光跟踪仪220用于与测量靶球210进行对光以实现测量靶球210的轨迹点位置信息的检测；上位机300与激光跟踪仪220通讯连接，用于获取机器人100机械臂末端的位置信息；上位机300还与机械臂控制器110通讯连接，用于向机械臂控制器110发送制动指令和预设速度运行指令。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种机器人制动性能的测试方法，其特征在于，包括：
在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
如果所述速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据所述位置信息确定机器人的制动距离。
2.根据权利要求1所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度，包括：
确定位置信息的采集频率，以根据所述位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔；
根据相邻两次采集的位置信息以及所述采集时间间隔计算所述机械臂末端的速度。
3.根据权利要求2所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述制动完成条件包括所述机械臂末端的速度等于零。
4.根据权利要求1所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，包括：
确定位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；
根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。
5.根据权利要求1所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述根据所述位置信息确定机器人的制动距离，包括：
确定从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；
根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定所述制动距离。
6.根据权利要求5所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定所述制动距离，基于以下确定：
Figure FDA0003200344560000021
其中，S为机械臂末端制动距离；S(i+1)为第i+2次采集的位置点对应的位置信息；S(i)为第i+1次采集的位置点对应的位置信息。
7.根据权利要求6所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，所述机械臂末端制动轨迹包括直线型运动轨迹和/或曲线型运动轨迹。
8.根据权利要求1所述的机器人制动性能的测试方法，其特征在于，在机器人制动开始前，还包括：
向机器人机械臂发送预设速度运行指令；
获取机械臂末端的位置信息；
根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
判断所述机械臂末端的速度是否满足预设速度，若满足，则向所述机器人机械臂发送制动指令。
9.一种机器人制动性能的测试装置，其特征在于，用于执行权利要求1-8任一所述的机器人制动性能的测试方法，包括：
位置信息获取单元，用于在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
机械臂末端速度计算单元，用于根据所述位置信息计算所述机械臂末端的速度；
制动距离和制动时间确定单元，用于如果所述速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据所述位置信息确定机器人的制动距离。
10.一种机器人制动性能的测试系统，其特征在于，包括测量靶球、激光跟踪仪和上位机，所述上位机中集成有权利要求9所述的机器人制动性能的测试装置；
所述测量靶球设置于机器人的机械臂末端，所述激光跟踪仪用于与测量靶球进行对光以实现测量靶球的轨迹点位置信息的检测；所述上位机与激光跟踪仪通讯连接，用于获取机器人机械臂末端的位置信息；所述上位机还与机械臂控制器通讯连接，用于向所述机械臂控制器发送制动指令和预设速度运行指令。
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