——RPM模塊(Robot Performance Measurement)
  近年來,機器人產業在中國的發展可以用如火如荼來形容,國內機器人廠商不但在努力進入長久以來被四大家族(ABB,KUKA,FANUC,YASKAWA)統治的傳統工業機器人市場,在新興服務機器人行業、醫療器械以及3C行業也逐漸開始發力,市場前景非常廣闊。API針對中國機器人市場的需求,適時推出了RMS(Robot Metrology Solution)系統解決方案。
  RMS硬件核心為API激光跟蹤儀Radian或OT2,同時支持多靶球方案和周邊附件,如API主動靶標,最新款API智能靶標(6自由度傳感器)。RMS軟件為API美國團隊自主研發,針對中國市場應用做了大量復雜而細致的工作,從而提供了市面最好的實用性。我們將從今天開始連載介紹API機器人解決方案的原理和優勢,同時也介紹機器人性能評估,精度提高的方方面面。聯系:186-0138-1355

  提到ISO9283標準,大家耳熟能詳,該標準全稱是“ISO9283:1998工業機器人性能規范及其試驗方法”,對應ISO9283的國家標準在2003年更新了一次,全稱代號為GB/T 2642-2013,實際上繼承翻譯了ISO9283:1998的全部內容,隨著機器人行業的日新月異,這份機器人測量標準的地位越來越重要,成為評定機器人優劣的唯一評定辦法。作為生產機器人測量設備和軟件的企業。 從今天起我們將分別對ISO9283:1998標準中的疑難問題,結合API RMS軟件中的RPM模塊進行一次深入解讀。
1. 測試立方體區域的選取的問題。
  ISO9283試驗方法的第一步,就是測試立方體區域的選取。一旦選定,機器人的運動和所有性能參數評估都在立方內部來進行,立方體中的任意兩個位置點之間都可以直線到達,而該區域內相距最遠的兩個位置就是立方體對角線的兩端;我們可以這樣理解,機器人通常只會在一個尺寸遠小于其臂展的有限區域內從事一項特定的工作,例如焊接和打磨,而不需要考慮距離較遠的兩個極限位置間的相對誤差(例如第一關節旋轉180度的情況),因為人們一般不會安排機器人在這樣的工位上進行高位姿準確度(注意不是位姿重復性)要求的作業,那樣的位置之間無法自由到達,無法按規劃工作路徑運行,因此沒有太大實用價值(搬運碼垛機器人會在極限位置間運行但通常只要求位姿重復性)。
  API RMS軟件關于確定試驗立方體的思路是:在機器人基座坐標系下沿著向量(1,1,1)方向同時移動x,y,z,到達最大值位置,確定為頂點C1,然后再從C1沿著向量(-1,-1,-1)同時移動x,y,z,到達最小值位置,確定C7,從而確定立方體邊長,檢查立方體的各條棱邊,如果機器人都可以直線方式全程自由運行后,就可以完全確定立方體的位置和尺寸大小了。由于翻譯上的誤解,人們往往把CUBE一詞理解為正方體,而ISO9283也的確推薦了一系列正方體尺寸作為建議的試驗值,實際上,機器人的工作尺寸在三個方向是不完全一致的,例如4軸SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)機器人,Z向為螺桿驅動,工作范圍明顯小于x,y向,此時顯然不能要求x和y向的試驗區域也保持跟z一樣小,因此API RMS允許設置xyz三方向不同的邊長。



  RMS系統可以根據ISO9283標準,自動計算出試驗立方體8個頂點的指令坐標值繼而在試驗對角面上縮減10%區域后計算得到五個測試點P1-P5的指令坐標值(其他具體各項試驗中需要用到的試驗位置指令坐標值也由軟件自動生成)。
2. 測量系統和機器人坐標系對齊的問題。



  說到機器人的性能,人們首先關心的就是位姿準確性和重復性,在機器人控制器中輸入一個指令位姿,機器人到達后,測量實到位姿,如此重復多次,再經過一系列統計學公式計算,就得到空間位姿準確度和位姿重復性指標。但問題是實到位姿由測量系統提供,測量系統一開始并不知道如何將測量系統的坐標系變換到機器人基座坐標系,這需要將測量系統對齊到機器人坐標系。
  為了對齊測量系統,我們需要讓機器人運行到若干個參考位置(通常是4個),記錄參考位置的測量值(三維坐標),和指令值(同樣是三維坐標),通過對這兩組坐標進行最小二乘擬合,得到一個矩陣變換,有了這個矩陣,以后就可以將測量系統坐標系下的坐標值乘以這個矩陣得到機器人坐標系下坐標值,從而每個位置都可以與指令值進行比較,計算出位姿準確度和重復性,不難看出,參考位置的選取,會大大影響位姿準確度的結果,實際上我們評估的位姿準確度,就是P1-P5這五個點相對于參考位置的誤差,因為參考位置用于對齊,也就被假設為沒有誤差(參考位置相互之間的相對誤差則由最小二乘擬合計算包容),我們可以理解為用尺子去量一個長度時,用零刻度對準起點,在終點處讀取長度,那么這個參考位置就是尺子的零刻度,如此說來,參考位置如果選在離測量點近的地方,位姿準確度結果就會小一些,而參考位置如果選擇遠一些,結果通常就會大一些。



  一些廠商的ISO9283測試軟件直接用P1-P5作為對齊參考點,這就相當于自己既做運動員又做裁判員,位姿準確度結果實際上得到的是P1-P5相互之間的距離誤差,并非基于參考位置的絕對誤差,另一些軟件則是隨意選取參考位置做對齊,這樣得到的結果完全是隨意的,改變參考位置,結果就完全不同了。其實關于參考位置的選取,標準中給出了原則,而且具體舉例說明,就是說在測量平面為C1-C2-C7-C8時,用于對齊的參考點應該為與之相對的另一個對角面C3-C4-C5-C6。這樣做可以完全體現出立方體整體的形狀誤差。
未完待續,敬請期待!!!

 

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