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以及iLT系列激光跟踪仪配合RMS软件来实现。

图1：API品牌系列激光跟踪仪（型号自左至右：Radian Plus/Pro/Core，iLT）

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。

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：激光跟踪仪靶标功能简介

实际操作

在只对机器人定位精度有校准需求时，可使用API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API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），API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）

小结

API品牌的Radian和iLT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！

图7：API公司总部大楼

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。