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(shì)越來(lái)越顯著，伴隨這股技術(shù)革新的潮流，我國(guó)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(xiàng)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(shí)候會(huì)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行選擇，再根據(jù)用戶的實(shí)際使用情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，以滿足不同的用戶需求。在這些指標(biāo)中，定位精度無(wú)疑是一個(gè)重要的指標(biāo)，廠家在設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品的時(shí)候根據(jù)模型計(jì)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(huì)按照各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)。特別在高精度應(yīng)用的場(chǎng)合，一些廠家，如 ABB、KUKA 等，還會(huì)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(duì)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(duì)突變的環(huán)境或狀況進(jìn)行自適應(yīng)呢?因此，對(duì)機(jī)器人定位精度的檢測(cè)也成為了用戶關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。另外，在一些應(yīng)用場(chǎng)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(duì)定位精度提出了更高的要求。

　　定位精度檢測(cè)方法

　　機(jī)器人精度的測(cè)試國(guó)際上有一系列的標(biāo)準(zhǔn)，比如國(guó)際認(rèn)可的 ISO9283 - 1998 和 ANSI/RIA R15.05 標(biāo)準(zhǔn)，有一些廠家，還會(huì)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(shí)現(xiàn)性能的測(cè)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(chǎng)在線編程，也就是說(shuō)，實(shí)際情況與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)情況很可能會(huì)很不一樣。為了解決這一問(wèn)題，在機(jī)器人產(chǎn)品實(shí)際進(jìn)行安裝之后，甚至在有的應(yīng)用場(chǎng)合機(jī)器人使用過(guò)程中，都需要對(duì)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(cè)試。

　　基于線纜的測(cè)試方法

　　要完成精度的測(cè)試，實(shí)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(guò)安裝在機(jī)器人末端法蘭上的適配器與地面測(cè)試硬件上安裝的適配器之間的線纜長(zhǎng)度變換關(guān)系，來(lái)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(jì)參數(shù)相比較，通過(guò)計(jì)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(guò)Dynalog的軟件對(duì)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(cè)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(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合往往無(wú)法滿足機(jī)器人多自由度工作的要求，產(chǎn)生碰撞等問(wèn)題。另外，在某些復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合，機(jī)器人末端固定裝置本身也是一個(gè)動(dòng)態(tài)裝置，這就難以利用線纜長(zhǎng)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(shí)時(shí)定位精度的測(cè)試。

　　基于激光跟蹤儀的檢測(cè)方法

　　眾所周知，激光跟蹤儀的精度高，性能穩(wěn)定，原理簡(jiǎn)單，因此采用激光跟蹤儀對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行定位精度的測(cè)試應(yīng)用廣泛。在測(cè)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(gè)靶球避免遮擋情況，以獲得精確位置信息。在測(cè)試過(guò)程中，激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤靶球的空間位置軌跡，并記錄下來(lái)，從而計(jì)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(shí)時(shí)性，可以將空間信息直接傳遞給機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，因此激光跟蹤儀可以滿足實(shí)時(shí)定位精度測(cè)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(shí)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(jué)的檢測(cè)方法

　　近年來(lái)對(duì)機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)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(cè)試與校準(zhǔn)方面。

　　與之前的兩個(gè)方法相比較，機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，避免了碰撞、遮擋等檢測(cè)常見(jiàn)問(wèn)題，將高性能的工業(yè)相機(jī)安裝在機(jī)器人上，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)定位精度的檢測(cè)。同樣的由于其圖像獲取的實(shí)時(shí)性，能夠反饋給機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jué)無(wú)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(huì)受到使用環(huán)境的影響，因此其在定位精度檢測(cè)方面的使用范圍不如激光跟蹤儀廣，但其性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)明顯，可以作為輔助檢測(cè)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(cè)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(cè)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(huì)上除了奪人眼球，其已經(jīng)在智能制造、醫(yī)療領(lǐng)域、娛樂(lè)行業(yè)等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，對(duì)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(cè)試方法進(jìn)行了梳理，比較了各種方法的特點(diǎn)、優(yōu)劣與應(yīng)用場(chǎng)合。

　　《機(jī)器人定位精度的檢測(cè)方法》來(lái)源：《中國(guó)科技信息》，作者：唐懿文。