工业机器人与测量标定

工业机器人是服务于人类生产的自动执行工作的机器装置，既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还能根据人工智能技术制定的原则纲领行动。其具有易用性、智能化水平高等特点，能够代替人类在工业生产中完成单调、频繁和重复的长时间作业，或在危险、恶劣环境下作业。

随着人类工业文明的不断进步，现代工业机器人制造与应用技术也在突飞猛进，应用于各个领域的工业机器人较发展之初，无论在承载性能、运行精度、智能感知等等方面都有了飞速的提升，与之而来的就是对于机器人本身在生产制造以及后期维护过程中，需要更加精密与高效的测量检测技术，提供扎实稳定的数据保障与支撑，助力其实现更多的功能与应用拓展。

本案例待标定工业机器人及应用需求

本案例中，待标定的工业机器人测量需求如下：

① 要求机器人重复定位精度达到±0.05mm；

② 客户要求在1工作日内完成本次标定任务以保障生产。

API机器人校准解决方案

API开发了一套针对工业机器人各个性能的、有效的评估检测方案，其中包括：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，这14项性能检测，都可以采用API品牌的Radian激光跟踪仪配合RMS软件来实现。

图1：Radian系列激光跟踪仪

源自激光跟踪仪的精准测量

检测时，只需根据需求在机器人末端部署相应的激光接收装置，即可启动激光跟踪仪，并自动完成全套流程的检测与评估。

Radian激光跟踪仪会射出激光，并将激光锁定至固定在执行机构末端的靶球（或靶标）中心，工业机器人在其运动范围内移动的同时，激光跟踪仪会实时记录下点位坐标或轨迹，并反馈至PC中的RMS软件进行数据的分析及评估。

通过机器人真实运动位置与其理论位置相比较，即可得到运动的偏差，从而针对这些偏差进行补偿，实现机器人的标定。

图2：各靶标功能简介

实际操作

在只对机器人定位精度有校准需求时，可使用Radian激光跟踪仪+高精度靶球（SMR）以及API RMS机器人检测软件的方案实施标定作业：在机器人末端布设一个高精度SMR靶球，即可开始检测工作，但在运动幅度较大的情况下，需要适时人工调整靶球接光口角度，以便可以保持与跟踪仪激光束的锁定连接。（请参考：图2左1）

在有6自由度（6DoF – X/Y/Z/偏摆角/俯仰角/滚动角）检测需求时候，可以加配多靶球工装至机器人末端，并布设3个高精度SMR靶球，机器人在每一个待检测位置停留时，分别测量3个靶球，从而可以计算得到该位置的6DoF数据信息。（请参考：图2左2）

在有动态（轨迹）连续采点测量需求时，则可适用ActiveTarget活动靶标配合跟踪仪实现测量。测量时，跟踪仪激光射入ActiveTarget活动靶标的接光口，而ActiveTarget活动靶标也会同时自动反向锁定激光束，即便快速、大角度移动，也会始终保持以最佳姿态锁定激光束，不会断光，从而为轨迹测量提供了良好的性能保障。（请参考：图2右2）

在进行动态6DoF数据采集时，则可使用API专利的STS（SmartTrack Sensor）六维传感器实现。STS六维传感器在ActiveTarget活动靶标的功能基础上，还具备6自由度数据的采集能力。（请参考：图2右1）

测量时，操作者将Radian激光跟踪仪布设在待测机器人周边合适位置，将相应的靶标固定于机器人末端，机器人按照预设程序跑完待测点位，在每个待测点位停顿时（进行轨迹测量时可无需停顿），Radian激光跟踪仪即以1000点/秒的测量速率记录下该位置坐标传输至软件端，后与标准值做比较，得出偏差，完成补偿，实现标定。从设备布设到完成标定、复查，用时不超过1.5小时，同时满足精准与高效的测量要求。

图3：机器人标定作业现场（使用单一靶球）

图4：机器人标定作业现场（配合多靶球工装）

图5：机器人标定作业现场（使用ActiveTarget活动靶标）

图6：机器人标定作业现场（使用STS六维传感器）

结论

事实证明，Radian激光跟踪仪以微米级别的测量精度、大尺度的测量范围、简洁友好的人机交互界面等性能及特征，可助力各类工业机器人、协作机器人、医疗机器人等的诊断与标定，精准与高效兼得！