隨著智能制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢越來越顯著，伴隨這股技術(shù)革新的潮流，我國工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人使用范圍逐年增廣，機(jī)器人各項技術(shù)也隨之突飛猛進(jìn)。一般情況，廠家在提供機(jī)器人的時候會給出定位精度、重復(fù)精度、尺寸及負(fù)載等主要參考指標(biāo)，用戶在這些指標(biāo)的指導(dǎo)下對產(chǎn)品進(jìn)行選擇，再根據(jù)用戶的實際使用情況進(jìn)行現(xiàn)場編程，以滿足不同的用戶需求。在這些指標(biāo)中，定位精度無疑是一個重要的指標(biāo)，廠家在設(shè)計一款產(chǎn)品的時候根據(jù)模型計算出機(jī)器人末端固定裝置的定位精度，在產(chǎn)品出廠前也會按照各項標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行測試和校準(zhǔn)。特別在高精度應(yīng)用的場合，一些廠家，如 ABB、KUKA 等，還會在常規(guī)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上提供高精度版，以滿足用戶的高性能需求。但是，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境是相對復(fù)雜的，在復(fù)雜環(huán)境下，一款機(jī)器人是否能夠保持出廠性能，或者對突變的環(huán)境或狀況進(jìn)行自適應(yīng)呢?因此，對機(jī)器人定位精度的檢測也成為了用戶關(guān)心的一個問題。另外，在一些應(yīng)用場合，機(jī)器人末端的位置信息本身也需要作為系統(tǒng)的反饋信息，這就對定位精度提出了更高的要求。

　　定位精度檢測方法

　　機(jī)器人精度的測試國際上有一系列的標(biāo)準(zhǔn)，比如國際認(rèn)可的 ISO9283 - 1998 和 ANSI/RIA R15.05 標(biāo)準(zhǔn)，有一些廠家，還會額外為自己的高性能產(chǎn)品制定更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。不論采用哪種標(biāo)準(zhǔn)，都需要采用相應(yīng)的方法以實現(xiàn)性能的測試。由于工業(yè)機(jī)器人的使用狀況及操作環(huán)境復(fù)雜多樣，根據(jù)不同的用戶需求以及安裝后不同的環(huán)境要求，需要專業(yè)人士進(jìn)行現(xiàn)場在線編程，也就是說，實際情況與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計情況很可能會很不一樣。為了解決這一問題，在機(jī)器人產(chǎn)品實際進(jìn)行安裝之后，甚至在有的應(yīng)用場合機(jī)器人使用過程中，都需要對機(jī)器人本身定位、TCP 及末端固定裝置的位置進(jìn)行精確的測試。

　　基于線纜的測試方法

　　要完成精度的測試，實際就是要記錄空間的位置變換信息與機(jī)器人本身程序設(shè)置之間的關(guān)系，從而換算得出機(jī)器人系統(tǒng)的定位精度。以Dynalog公司的機(jī)器人標(biāo)定系統(tǒng)為例，圖1是標(biāo)定系統(tǒng)示意圖。

　　該系統(tǒng)通過安裝在機(jī)器人末端法蘭上的適配器與地面測試硬件上安裝的適配器之間的線纜長度變換關(guān)系，來不間斷的記錄機(jī)器人末端固定裝置的空間位置變化情況，并將位置變化情況與機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)相比較，通過計算，獲得機(jī)器人系統(tǒng)的定位精度。當(dāng)然這套系統(tǒng)，在獲得定位精度的基礎(chǔ)上，還可以通過Dynalog的軟件對機(jī)器人的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高性能的目的。

　　這種基于線纜的測試方法，能夠滿足高定位性能的要求，但由于安裝線纜適配器，在實際應(yīng)用場合往往無法滿足機(jī)器人多自由度工作的要求，產(chǎn)生碰撞等問題。另外，在某些復(fù)雜應(yīng)用場合，機(jī)器人末端固定裝置本身也是一個動態(tài)裝置，這就難以利用線纜長度進(jìn)行記錄了。因此，這種方法適用于前期的定位精度校準(zhǔn)，不適用于實時定位精度的測試。

　　基于激光跟蹤儀的檢測方法

　　眾所周知，激光跟蹤儀的精度高，性能穩(wěn)定，原理簡單，因此采用激光跟蹤儀對機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行定位精度的測試應(yīng)用廣泛。在測試準(zhǔn)備階段，將激光跟蹤儀的靶球安裝在機(jī)器人末端固定裝置上，根據(jù)固定裝置的類型，可以放置多個靶球避免遮擋情況，以獲得精確位置信息。在測試過程中，激光跟蹤儀實時跟蹤靶球的空間位置軌跡，并記錄下來，從而計算獲得機(jī)器人的定位精度。由于激光跟蹤儀獲取數(shù)據(jù)的實時性，可以將空間信息直接傳遞給機(jī)器人系統(tǒng)，對系統(tǒng)性能進(jìn)行實時修正，因此激光跟蹤儀可以滿足實時定位精度測試的需求。當(dāng)然，靶球的安裝一般采用的都是強(qiáng)磁體吸附，用戶選擇時需要避免不適用強(qiáng)磁體的應(yīng)用環(huán)境。

　　基于機(jī)器視覺的檢測方法

　　近年來對機(jī)器視覺的研究不斷深入，其應(yīng)用范圍也日益廣泛，在機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器視覺常作為系統(tǒng)的重要組成部分，成為機(jī)器人的“眼睛”，幫助機(jī)器人獲取外部信息。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷革新，其高精度、高效率的空間定位能力突顯，不少研究單位及生產(chǎn)廠家將其應(yīng)用在定位精度的測試與校準(zhǔn)方面。

　　與之前的兩個方法相比較，機(jī)器視覺的檢測方法設(shè)備相對簡單，避免了碰撞、遮擋等檢測常見問題，將高性能的工業(yè)相機(jī)安裝在機(jī)器人上，在運動過程中，通過對圖像進(jìn)行分析，進(jìn)行坐標(biāo)系的變換，獲得機(jī)器人的位置、角度等信息，從而實現(xiàn)定位精度的檢測。同樣的由于其圖像獲取的實時性，能夠反饋給機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行實時定位精度的優(yōu)化。但是，受限于圖像處理的算法，機(jī)器視覺無法達(dá)到激光跟蹤儀的定位精度，工業(yè)相機(jī)的性能也會受到使用環(huán)境的影響，因此其在定位精度檢測方面的使用范圍不如激光跟蹤儀廣，但其性價比的優(yōu)勢明顯，可以作為輔助檢測的主要手段。

　　除了以上三種方法之外，基于姿態(tài)傳感器的機(jī)器人末端定位檢測方法也有研究與應(yīng)用，但是其精度較差，在定位精度的檢測方面使用不廣泛。

　　總結(jié)

　　機(jī)器人的應(yīng)用已不再局限在特殊行業(yè)，在工博會上除了奪人眼球，其已經(jīng)在智能制造、醫(yī)療領(lǐng)域、娛樂行業(yè)等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，對其性能要求也逐漸提高。本文就機(jī)器人的主要指標(biāo)之一，定位精度的測試方法進(jìn)行了梳理，比較了各種方法的特點、優(yōu)劣與應(yīng)用場合。

　　《機(jī)器人定位精度的檢測方法》來源：《中國科技信息》，作者：唐懿文。