CN114407080A - 一种工业机器人抖动测试方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人抖动测试方法和系统，该方法包括以下步骤：制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中的阈值范围；控制机器人沿着测试轨迹运动，并形成作业轨迹；调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；实时比对该测试轨迹与该作业轨迹，在该第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第一三维坐标中的当前抖动测试结果。本发明的工业机器人抖动测试方法以及系统适用所有工业机器人性能测试，无须额外增加测试硬件，可自动规划测试轨迹运动，自动实时采集抖动位移，自动判断是否合格。

Description

一种工业机器人抖动测试方法以及系统

技术领域

本发明涉及机器人测试技术领域，具体涉及一种适用于所有工业机器人测试的抖动测试方法以及系统。

背景技术

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机。具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。

在工业机器人投入使用前，一般需要通过专门的调试装置来测试机器人是否复合投入使用的标准。比如，在弧焊加工中，工业机器人末端机械手夹持的焊枪如果出现抖动，会使伺服电机带动的焊枪走不到位，造成焊缝达不到加工精度要求。

此外，由于工业机器人本体铸件公差的差异以及装配误差，或者伺服电机功能异常等，伺服电机的一套伺服参数无法同时满足所有机型的出厂时的需要，导致机器人在投入使用运动时，出现在不同速度段的抖动情况。

现有的工业机器人的出厂测试并未针对性的评估所有机型的抖动情况，在不增加硬件成本的情况下，无法做到对每台机器进行抖动检测。易使客户在使用机器人时出现加工抖动，无法满足现场的使用。

现有技术通过激光跟踪仪来测试机器人末端抖动，需要外增加专门的测试仪器。或者通过人力测量及评估的方式实现的，不仅需要花费较大人力，且测试效率较低。

发明内容

基于此，为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种适用所有工业机器人性能测试，自动规划测试轨迹运动，自动实时采集抖动位移详细数据，自动判断抖动是否合格，并实时显示测试情况，实现测试过程的自动化、低成本和高效率的工业机器人抖动测试方法以及系统。

第一方面，本实施例提供一种工业机器人抖动测试方法，包括以下步骤：

制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围；

控制机器人沿着该测试轨迹运动，并形成作业轨迹；

调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；

实时比对该测试轨迹与该作业轨迹，在该第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第一三维坐标中的当前抖动测试结果。

第二方面本申请实施例提供一种工业机器人抖动测试系统，包括机器人控制模块、测试轨迹模块、第一调用模块、第一比对模块以及第一判断模块，

该测试轨迹模块用于制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围；

该机器人控制模块用于控制机器人沿着该测试轨迹运动，并形成作业轨迹；

该第一调用模块用于调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；

该第一比对模块用于实时比对该测试轨迹与该作业轨迹，在该第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，

该第一判断模块用于根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第一三维坐标中的当前抖动测试结果。

第三方面，本申请实施例提供一种工业机器人，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述第一方面提供的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种机器人计算机程序产品，其中，上述计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，上述计算机程序可操作来使计算机执行如本申请实施例第一方面所述的方法中所描述的部分或全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。

本申请实施例的工业机器人抖动测试方法以及系统，为机器人载入或者安装在机器人上适用所有类型工业机器人抖动测试的软件模块。在不增加硬件成本的前提下，解决工业机器人抖动测试问题，机器人控制模块自动控制机器人根据测试轨迹做特定运动，抖动分析模块实时采集作业轨迹XYZ矢量方向的抖动量，自动判别抖动结果，以提高机器人出厂测试效率及管控质量。

本申请实施例的工业机器人抖动测试方法以及系统，可在出厂前或者使用过程中根据需要自动规划测试轨迹，自动实时采集抖动位移详细数据，自动判断抖动是否合格，实现抖动测试过程的自动化、低成本和高效率，从而优化机器人的作业性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本实施例的工业机器人抖动测试系统的系统示意图；

图2为本实施例工业机器人抖动测试方法的主要流程示意图；

图3为本实施例工业机器人抖动测试方法的详细流程图；

图4为本实施例的工业机器人抖动测试系统软件的模块结构示意图；

图5为本实施例的工业机器人抖动测试系统的硬件结构简要示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参考图4，本实施例的工业机器人抖动测试系统为可独立加载或者转接安装在工业机器人系统的测试软件模块。

直接安装在机器人系统时，测试时，直接调用抖动分析模块即可。

在独立加载的替换测试工程实施例中，需要将抖动分析模块的工程文件与机器人本身的工程文件进行挪移。比如，将抖动分析模块的工程文件上传到机器人控制器连接的服务器TestFiles文件夹中，把控制器files文件夹中的原有工程文件放入FTP服务器的StandardFiles文件夹中，再把控制器TestFiles文件夹的工程文件复制到files文件夹中替换原来的工程文件，之后重启控制器完成切换测试程序。切换回标准程序时，把FTP服务器的StandardFiles文件夹下的工程文件复制到控制器files文件下替换掉测试的工程文件，再把FTP服务器中的TestFiles文件夹和StandardFiles文件夹删除，重启控制器，完成标准工程转换。

请参考图1，所示工业机器人包括在第一三维坐标系中多轴运动的机械手11以及在第二三维坐标系中多轴运动的机械臂12。该一三维坐标系包括X轴、Y轴以及Z轴。该第二维坐标系包括a轴、b轴以及c轴。本实施例中，抖动测试主要关注在机械手上11，同理也可以对该机械臂12进行抖动测试。该工业机器人连接服务器13，该服务器设置显示屏14以及通信模块15。

请参考图4，本实施例的工业机器人抖动测试系统，包括机器人控制模块16以及抖动分析模块2。该机器人控制模块16用于控制机器人按照标准工程进行作业。该抖动分析模块2则实时采集运动数据，分析得出抖动结果。

该机器人控制模块包括测试轨迹模块17、交互界面模块18以及存储模块13。该交互界面模块17用于在交互界面上实时展示该测试轨迹、机器人作业轨迹以及该抖动测试结果。该存储模块17可用于存储测试轨迹、作业轨迹以及每一三维坐标系的抖动测试结果。

该抖动分析模块包括用于第一抖动分析模块21以及第二抖动分析模块22，该第一抖动分析模块21用于测试该机械手在第一三维坐标系中的抖动。该第一抖动分析模块21用于测试该机械手11在第一三维坐标系中的抖动。该第二抖动分析模块21用于测试该机械壁12在第二三维坐标系中的抖动。

该第一抖动分析模块21包括第一调用模块31、第一比对模块23以及第一判断模块33。该第二抖动分析模块22包括第二调用模块41、第二比对模块42以及第二判断模块43。

该测试轨迹模块17用于制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围。该机器人控制模块16用于控制机器人沿着该测试轨迹运动，并形成作业轨迹；该第一调用模块31用于调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移。该第一比对模块32用于实时比对该测试轨迹与该作业轨迹，在该第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量。该第一判断模块33用于根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第一三维坐标中的当前抖动测试结果。

以上为当前采样频率下确定的抖动测试结果。该测试结果包括最大抖动位移、最小抖动位移、平均抖动位移以及抖动测试结果。

系统以设定频率获取工业机器人沿着测试轨迹进行作业的运动和位置数据。基于时间轴分析出抖动测试数据集，并对所述数据集进行均值、幅度值以及抖动合格率进行判断，使工业机器人出厂前可以根据抖动参数判断机器人工作质量，并对不合格机器人根据抖动参数对应调整电机伺服参数，保证每个出厂的工业机器人均具有较高作业质量。

整体测试机械手加上机械臂的6轴空间运动轨迹时，该测试轨迹包括第二维测试轨迹，该作业轨迹包括第二维作业轨迹。

该测试轨迹模块17还用于设置机器人在第二三维坐标系中抖动的a轴阈值范围、b轴阈值范围以及c轴阈值范围。

该第二调用模块41用于调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该第二维作业轨迹的a轴运动位移、b轴运动位移以及c轴运动位移。该第二比对模块42用于实时比对该第二维测试轨迹与该第二维作业轨迹，在该第二三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量。该第二判断模块43用于根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第二三维坐标中的当前抖动测试结果。

该交互界面模块17在服务器13显示屏14的交互界面上实时展示该测试轨迹、作业轨迹以及抖动测试数据集的分析结果，比抖动合格结果、最大抖动位移、最小抖动位移、平均抖动位移，也包括显示第二维测试轨迹以及第二维作业轨迹以及第二维抖动测试数据集的分析结果。

该存储模块17存储所有测试轨迹、作业轨迹以及每一三维坐标系的抖动测试结果。

方法实施例

请参考图2以及图3，所示为本实施例工业机器人抖动测试方法的主要流程图。

步骤101：制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围。

步骤102：控制机器人沿着该测试轨迹运动，并形成作业轨迹。

步骤103：调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；具体实施时，以可调整的设定频率从该运动库函数以及位置反馈函数中实时调用获取该作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移和Z轴运动位移。比如以4毫秒的频率调用X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移。或者采用更高频率，具体频率设置根据测试精度来定。

步骤104：实时比对该测试轨迹与该作业轨迹，在该第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量。具体实施时，确定该作业轨迹相对于该测试轨迹的抖动偏移量，该抖动偏移量包括X轴偏移量、Y轴偏移量以及Z轴偏移量。

步骤105：根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第一三维坐标中的当前抖动测试结果。比较分析每一方向轴当前的抖动偏移量与对应阈值范围的关系，落入阈值范围的为合格抖动，超出阈值范围的为不合格抖动。

如图3所示，针对六轴空间运动工业机器人而言，该测试轨迹包括第二维测试轨迹，该作业轨迹包括第二维作业轨迹。

该工业机器人抖动测试方法还可与第一三维空间并行或者单独设置第二三维空间的测试步骤，该第二三维空间的测试步骤如下：

步骤201：设置机器人在第二三维坐标系中抖动的a轴阈值范围、b轴阈值范围以及c轴阈值范围。

步骤202：调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集该第二维作业轨迹的a轴运动位移、b轴运动位移以及c轴运动位移。

步骤203：实时比对该第二维测试轨迹与该第二维作业轨迹，在该第二三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量。

步骤204：根据该抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定该机器人在该第二三维坐标中的当前抖动测试结果。

无论是三轴运动工业机器人或者六轴运动工业机器人，在服务器的交互界面上都实时同步显示对应实时更新的图像，步骤包括：

步骤301：在机器人的交互界面上实时展示该测试轨迹、机器人作业轨迹以及该抖动测试结果。

步骤302：存储所有测试轨迹、作业轨迹以及每一三维坐标系的抖动测试结果。

以上为当前采样频率下确定的抖动测试结果。系统以设定频率获取工业机器人沿着测试轨迹进行作业的运动和位置数据。基于时间轴分析出抖动测试数据集，并对所述数据集进行均值、幅度值以及抖动合格率进行判断，使工业机器人出厂前可以根据抖动参数判断机器人工作质量，并对不合格机器人根据抖动参数对应调整电机伺服参数，保证每个出厂的工业机器人均具有较高作业质量。

可以理解的是，针对不同机器人作业种类，比如焊接或者切割工艺，通过调整为与工艺精度要求赌赢的测试轨迹，即可完成对每一三维坐标系的每一运动轴的抖动测试。

请参考图5，在本发明的另一实施例中，提供一种工业机器人抖动测试系统，包括存储器602、处理器601及存储在存储器602上并可在处理器601上运行的计算机程序604，所述处理器601连接通信模组605，所述处理器601执行所述程序时实现工业机器人抖动测试方法。

所述安装工业机器人抖动测试软件的终端可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述通信信息保护装置/终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是通信信息保护装置/终端设备的示例，并不构成对通信信息保护装置/终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述通信信息保护装置/终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述机器人抖动测试终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个机器人的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述机器人抖动测试系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据机器人的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述机器人抖动测试系统或者终端集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种工业机器人抖动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围；

控制机器人沿着所述测试轨迹运动，并形成作业轨迹；

调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集所述作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；

实时比对所述测试轨迹与所述作业轨迹，在所述第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，根据所述抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定所述机器人在所述第一三维坐标中的当前抖动测试结果。

2.根据权利要求1所述的工业机器人抖动测试方法，其特征在于，

所述实时比对所述测试轨迹与所述作业轨迹的步骤还包括：

以可调整的设定频率从所述运动库函数以及位置反馈函数中实时调用获取所述作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移和Z轴运动位移，

确定所述作业轨迹相对于所述测试轨迹的抖动偏移量，所述抖动偏移量包括X轴偏移量、Y轴偏移量以及Z轴偏移量；

比较分析每一方向轴当前的抖动偏移量与对应阈值范围的关系，落入阈值范围的为合格抖动，超出阈值范围的为不合格抖动。

3.根据权利要求1所述的工业机器人抖动测试方法，其特征在于，

所述测试轨迹包括第二维测试轨迹，所述作业轨迹包括第二维作业轨迹，设置机器人在第二三维坐标系中抖动的a轴阈值范围、b轴阈值范围以及c轴阈值范围；

调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集所述第二维作业轨迹的a轴运动位移、b轴运动位移以及c轴运动位移；

实时比对所述第二维测试轨迹与所述第二维作业轨迹，在所述第二三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，根据所述抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定所述机器人在所述第二三维坐标中的当前抖动测试结果。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的工业机器人抖动测试方法，其特征在于，

在机器人的交互界面上实时展示所述测试轨迹、机器人作业轨迹以及所述抖动测试结果；

所述测试结果包括最大抖动位移、最小抖动位移、平均抖动位移以及抖动测试结果。

5.根据权利要求1或2所述的工业机器人抖动测试方法，其特征在于，

变更所述测试轨迹，完成对每一三维坐标系的每一运动轴的抖动测试；

存储所有测试轨迹、作业轨迹以及每一三维坐标系的抖动测试结果。

6.一种工业机器人抖动测试系统，其特征在于，包括机器人控制模块、测试轨迹模块、第一调用模块、第一比对模块以及第一判断模块，

所述测试轨迹模块用于制定测试轨迹，设置机器人在第一三维坐标系中抖动的X轴阈值范围、Y轴阈值范围以及Z轴阈值范围；

所述机器人控制模块用于控制机器人沿着所述测试轨迹运动，并形成作业轨迹；

所述第一调用模块用于调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集所述作业轨迹的X轴运动位移、Y轴运动位移以及Z轴运动位移；

所述第一比对模块用于实时比对所述测试轨迹与所述作业轨迹，在所述第一三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量，

所述第一判断模块用于根据所述抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定所述机器人在所述第一三维坐标中的当前抖动测试结果。

7.根据权利要求6所述的工业机器人抖动测试系统，其特征在于，还包括第二调用模块、第二比对模块以及第二判断模块，其中，所述测试轨迹包括第二维测试轨迹，所述作业轨迹包括第二维作业轨迹，

所述测试轨迹模块还用于设置机器人在第二三维坐标系中抖动的a轴阈值范围、b轴阈值范围以及c轴阈值范围；

所述第二调用模块用于调用运动库函数以及位置反馈函数，实时采集所述第二维作业轨迹的a轴运动位移、b轴运动位移以及c轴运动位移；

所述第二比对模块用于实时比对所述第二维测试轨迹与所述第二维作业轨迹，在所述第二三维坐标系中确定每一方向轴当前的抖动偏移量；

所述第二判断模块用于根据所述抖动偏移量与对应阈值范围的关系，确定所述机器人在所述第二三维坐标中的当前抖动测试结果。

8.根据权利要求6所述的工业机器人抖动测试系统，其特征在于，还包括交互界面模块以及存储模块，

所述交互界面模块用于在交互界面上实时展示所述测试轨迹、机器人作业轨迹以及所述抖动测试结果；

所述存储模块可用于存储所有测试轨迹、作业轨迹以及每一三维坐标系的抖动测试结果。

9.一种工业机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。

10.一种机器人计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行权利要求1-5任一项所述的方法。

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