工業(yè)機(jī)器人與測(cè)量標(biāo)定

工業(yè)機(jī)器人是服務(wù)于人類(lèi)生產(chǎn)的自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，還能根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。其具有易用性、智能化水平高等特點(diǎn)，能夠代替人類(lèi)在工業(yè)生產(chǎn)中完成單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)。    

隨著人類(lèi)工業(yè)文明的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人制造與應(yīng)用技術(shù)也在突飛猛進(jìn)，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人較發(fā)展之初，無(wú)論在承載性能、運(yùn)行精度、智能感知等等方面都有了飛速的提升，與之而來(lái)的就是對(duì)于機(jī)器人本身在生產(chǎn)制造以及后期維護(hù)過(guò)程中，需要更加精密與高效的測(cè)量檢測(cè)技術(shù)，提供扎實(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)保障與支撐，助力其實(shí)現(xiàn)更多的功能與應(yīng)用拓展。   

本案例待標(biāo)定工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用需求

本案例中，待標(biāo)定的工業(yè)機(jī)器人測(cè)量需求如下：   

① 要求機(jī)器人重復(fù)定位精度達(dá)到±0.05mm；    

② 客戶(hù)要求在1工作日內(nèi)完成本次標(biāo)定任務(wù)以保障生產(chǎn)。   

API機(jī)器人校準(zhǔn)解決方案

API開(kāi)發(fā)了一套針對(duì)工業(yè)機(jī)器人各個(gè)性能的、有效的評(píng)估檢測(cè)方案，其中包括：位姿準(zhǔn)確度和重復(fù)性檢測(cè)、多方向位姿準(zhǔn)確度變動(dòng)、距離準(zhǔn)確度和重復(fù)性、位置穩(wěn)定時(shí)間和超調(diào)量、位姿漂移特征、互換性、軌跡準(zhǔn)確度和重復(fù)性、重定向軌跡準(zhǔn)確度、拐角偏差、軌跡速度特征、最小定位時(shí)間、靜態(tài)柔順性、擺動(dòng)偏差，這14項(xiàng)性能檢測(cè)，都可以采用API品牌的Radian激光跟蹤儀配合RMS軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。                      

圖1：Radian系列激光跟蹤儀

源自激光跟蹤儀的精準(zhǔn)測(cè)量

檢測(cè)時(shí)，只需根據(jù)需求在機(jī)器人末端部署相應(yīng)的激光接收裝置，即可啟動(dòng)激光跟蹤儀，并自動(dòng)完成全套流程的檢測(cè)與評(píng)估。        

Radian激光跟蹤儀會(huì)射出激光，并將激光鎖定至固定在執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端的靶球（或靶標(biāo)）中心，工業(yè)機(jī)器人在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)的同時(shí)，激光跟蹤儀會(huì)實(shí)時(shí)記錄下點(diǎn)位坐標(biāo)或軌跡，并反饋至PC中的RMS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析及評(píng)估。       

 通過(guò)機(jī)器人真實(shí)運(yùn)動(dòng)位置與其理論位置相比較，即可得到運(yùn)動(dòng)的偏差，從而針對(duì)這些偏差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的標(biāo)定。          

圖2：各靶標(biāo)功能簡(jiǎn)介

實(shí)際操作

在只對(duì)機(jī)器人定位精度有校準(zhǔn)需求時(shí)，可使用Radian激光跟蹤儀+高精度靶球（SMR）以及API RMS機(jī)器人檢測(cè)軟件的方案實(shí)施標(biāo)定作業(yè)：在機(jī)器人末端布設(shè)一個(gè)高精度SMR靶球，即可開(kāi)始檢測(cè)工作，但在運(yùn)動(dòng)幅度較大的情況下，需要適時(shí)人工調(diào)整靶球接光口角度，以便可以保持與跟蹤儀激光束的鎖定連接。（請(qǐng)參考：圖2左1）       

在有6自由度（6DoF – X/Y/Z/偏擺角/俯仰角/滾動(dòng)角）檢測(cè)需求時(shí)候，可以加配多靶球工裝至機(jī)器人末端，并布設(shè)3個(gè)高精度SMR靶球，機(jī)器人在每一個(gè)待檢測(cè)位置停留時(shí)，分別測(cè)量3個(gè)靶球，從而可以計(jì)算得到該位置的6DoF數(shù)據(jù)信息。（請(qǐng)參考：圖2左2）       

在有動(dòng)態(tài)（軌跡）連續(xù)采點(diǎn)測(cè)量需求時(shí)，則可適用ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)配合跟蹤儀實(shí)現(xiàn)測(cè)量。測(cè)量時(shí)，跟蹤儀激光射入ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)的接光口，而ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)也會(huì)同時(shí)自動(dòng)反向鎖定激光束，即便快速、大角度移動(dòng)，也會(huì)始終保持以最佳姿態(tài)鎖定激光束，不會(huì)斷光，從而為軌跡測(cè)量提供了良好的性能保障。（請(qǐng)參考：圖2右2）       

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)6DoF數(shù)據(jù)采集時(shí)，則可使用API專(zhuān)利的STS（SmartTrack Sensor）六維傳感器實(shí)現(xiàn)。STS六維傳感器在ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)的功能基礎(chǔ)上，還具備6自由度數(shù)據(jù)的采集能力。（請(qǐng)參考：圖2右1）       

測(cè)量時(shí)，操作者將Radian激光跟蹤儀布設(shè)在待測(cè)機(jī)器人周邊合適位置，將相應(yīng)的靶標(biāo)固定于機(jī)器人末端，機(jī)器人按照預(yù)設(shè)程序跑完待測(cè)點(diǎn)位，在每個(gè)待測(cè)點(diǎn)位停頓時(shí)（進(jìn)行軌跡測(cè)量時(shí)可無(wú)需停頓），Radian激光跟蹤儀即以1000點(diǎn)/秒的測(cè)量速率記錄下該位置坐標(biāo)傳輸至軟件端，后與標(biāo)準(zhǔn)值做比較，得出偏差，完成補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。從設(shè)備布設(shè)到完成標(biāo)定、復(fù)查，用時(shí)不超過(guò)1.5小時(shí)，同時(shí)滿(mǎn)足精準(zhǔn)與高效的測(cè)量要求。     

圖3：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（使用單一靶球）       

圖4：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（配合多靶球工裝）

圖5：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（使用ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)）           

圖6：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（使用STS六維傳感器）

結(jié)論

事實(shí)證明，Radian激光跟蹤儀以微米級(jí)別的測(cè)量精度、大尺度的測(cè)量范圍、簡(jiǎn)潔友好的人機(jī)交互界面等性能及特征，可助力各類(lèi)工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等的診斷與標(biāo)定，精準(zhǔn)與高效兼得！             

圖7：API公司總部大樓

關(guān)于 API

API品牌由Kam Lau博士在1987年創(chuàng)立于美國(guó)馬里蘭州的羅克韋爾，是激光跟蹤儀的發(fā)明者，同時(shí)持有多項(xiàng)全球領(lǐng)先測(cè)量科技的專(zhuān)利，是精密測(cè)量科技領(lǐng)域的引領(lǐng)者；API自成立以來(lái)，始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測(cè)量?jī)x器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的先進(jìn)制造領(lǐng)域，并在坐標(biāo)測(cè)量和機(jī)床性能測(cè)試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于領(lǐng)先地位。           

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