工业机器人服务人类生产

从20世纪50年代开始，工业机器人就在人类生产中有了最初的应用：基于伺服系统的相关灵感，工程师Joseph F. Englberger与George Devol共同开发了一台名为Unimate的工业机器人，并应用于通用汽车的生产车间，完成捡拾、放置的重复工作，自此，工业机器人技术开始蓬勃发展，在工业生产领域代替人类完成很多繁重、重复的流程性作业。[1]

越来越多种类和功能的工业机器人，开始被设计制造出来并服务于人类的生产。

工业机器人第七轴检测需求

伴随着工业机器人技术的不断升级、以及功能的不断丰富，拥有更多的轴向，可以赋予机器人更多的灵活度，以及增加机器人的工作范围，固而现代工业机器人除了各旋转轴外，还增加了第七轴，也常被称为工业机器人的“行走系统”或“行走轴”。

[1] 《中国制造2025 – 高档数控机床和机器人》，2018年5月，杨正泽，山东科学技术出版社。

工业机器人的第七轴通常是由导轨系统构成，采取地轴或天轴的方式，负载机器人或工作台，实现“行走”的功能。由于在整个系统中，第七轴处于较为“根基”的部位，并起到承载的作用，其制造和调整精度以及稳定性，就在一定程度上影响到整个机器人工作系统的工作精度和状态。

故而，对于工业机器人第七轴的制造和调整精度往往有着极高的标准，对其检测需求也非常严苛 – 需要使用微米级高精密检测手段，对其导轨的直线度、平行度，以及结合导轨间的高差进行综合评价，从而确保整套系统工作的流畅性和稳定性。

图1：Radian激光跟踪仪（从左至右：Plus/Pro/Core型号）

激光跟踪仪导轨检测方案

激光跟踪仪，作为大尺寸精密测量的代表性仪器，已被越来越广泛地应用于各制造领域。其具有可以在大尺度范围内以微米级别的测量精度对待测目标实施3D/6D精准测量的检测能力，已在各制造领域的测量检测环节中得到充分验证。

激光跟踪仪对于导轨直线度、平行度的检测，快速高效。只需将其架设在待测导轨周边合适的位置，使用靶球配合其实现导轨数据的采集，即可在测量软件中自动分析出所需检测数据并出具报告。

测量时，操作者手持激光跟踪仪SMR靶球，跟踪仪会射出激光至靶球中心锁定并实时跟踪靶球位置；操作者使用靶球触碰待测位置并短暂停留，跟踪仪即会高速采集该点的空间位置坐标数据，并反馈至测量软件进行分析。

具体操作，我们将结合以下使用API品牌Radian激光跟踪仪对某型号工业机器人第七轴导轨进行检测和调整的应用实例图文，分步解析。

图2：Radian激光跟踪仪机器人导轨检测现场

图3：使用SMR靶球配合激光跟踪仪在导轨上采集数据

Radian激光跟踪仪工业机器人导轨检测应用实例

待测项目：

1、 工业机器人导轨直线度；

2、 两导轨的平行度；

3、 导轨现场调整与复测。

检测过程：

1、 对于导轨直线度的检测分析

①     将Radian激光跟踪仪架设在待测导轨周边合适的位置，开机；

②     操作者使用跟踪仪SMR靶球沿导轨依次在预先计划的采集位置进行触碰并做短暂停留（请参考图3示意）；

③    Radian激光跟踪仪在靶球稳定停留间隙，以1000Hz（1000点/秒）的采集速率高速采集该位置空间坐标三维数据；

④    Radian跟踪仪将数据快速发送至位于笔记本电脑端的测量软件，保存并实时在界面上显示；

⑤    待所有位置的点的空间坐标采集完毕，即可在软件中，使用这些点构建理论直线，并以直线为基准计算分析出导轨直线度误差偏差；

⑥    *检测导轨高低方向（ZZ）直线度时，可在导轨上方平面采集数据进行分析（请参考图4示意）；

⑦    *检测导轨水平方向（YY）直线度时，可在导轨侧面采集数据进行分析（请参考图5示意）。

图4：高低方向直线度数据现场采集（左）&软件分析（右）

图5：水平方向直线度数据现场采集（左）&软件分析（右）

2、对于导轨平行度的检测分析

与导轨直线度的检测类似，依以上步骤分别采集两条导轨的数据，即可在软件中根据数据自动计算分析出两导轨间平行度的误差。

图6：调装功能应用现场

3、导轨现场调整与复测

除精准测量评价导轨直线度、平行度误外，还可借助Radian激光跟踪仪在现场实现对导轨的实时调整。

操作者可将靶球稳置于导轨后，呼出“调装”功能。此时，Radian激光跟踪仪可实时将靶球位置三维坐标通过人机交互界面传递给操作者，并根据设定的范围数据提示调整方向和幅值。（请参考图6示意）

图7：使用跟踪仪配合API-RMS机器人测量软件对机器人性能指标进行测量分析

更多Radian激光跟踪仪机器人检测应用

    除本文案例中对机器人导轨进行检测评估外，Radian激光跟踪仪还可在机器人检测领域的更多环节得到应用，包括但不限于：位姿准确度和重复性检测、多方向位姿准确度变动、距离准确度和重复性、位置稳定时间和超调量、位姿漂移特征、互换性、轨迹准确度和重复性、重定向轨迹准确度、拐角偏差、轨迹速度特征、最小定位时间、静态柔顺性、摆动偏差等，亦可配合API-RMS机器人测量软件快速高效完成机器人的检测标定。

图8：API公司总部大楼（美国马里兰州罗克韦尔）

关于API

API品牌由Kam Lau博士在1987年创立于美国马里兰州的罗克韦尔，是激光跟踪仪的发明者，同时持有多项全球领先测量科技的专利，是精密测量科技领域的引领者；API自成立以来，始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。