CN115635508B - 机器人静态柔顺性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人静态柔顺性测试装置及测试方法，测试方法是使用该测试装置对机器人的静态柔顺性进行测试，测试装置包括挂钩、切换机构、推拉计和直线位移平台，该挂钩经切换机构连接推拉计，推拉计搭载在直线位移平台上，切换机构包括多个滑轮单元，不同滑轮单元分别与不同的测试方向相对应。通过设置的直线位移平台可以通过挂钩向被测机器人的末端施加负载，通过推拉计可以监测对机器人施加的负载的大小，以控制直线位移平台移动。通过设置的切换机构可以切换加载在被测机器人的作用力方向，以满足不同测试方向的测试需求。每个测试方向的测试只需要测量直线位移平台的移动距离即可确定机器人的静态柔顺性，简化了测试装置的结构和方法。

Description

机器人静态柔顺性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及机器或结构部件的静态或动态平衡的测试技术领域，具体涉及一种机器人静态柔顺性测试装置及测试方法。

背景技术

近年来，随着劳动力成本不断上涨，传统制造业正逐渐向智能化转型，工业机器人因其低成本、高效率等优点，被应用至各个领域，呈现出强劲的发展态势。目前，工业机器人一般为关节型机器人，其各关节都通过电机独立驱动运行，并同时借助控制器以实现控制。

根据GB/T 12642—2013《工业机器人性能规范及其试验方法》，工业机器人检测一共需要测试工业机器人的14项参数，其中的静态柔顺性是工业机器人整机性能试验中非常重要的一项。工业机器人静态柔顺性是指机器人末端机械接口处在单位负载作用下测量工业机器人末端的最大位移，本质上是反映了工业机器人的静态刚度性能，对于提高机器人产品的性能和可靠性至关重要。

根据国标规定，工业机器人进行静态柔顺性测量时，辅助加载的作用力应施加在平行于机座坐标轴的三轴六个方向上，每次测量一个方向，加载力应以10％额定负载逐步增加到100％额定负载，在该方向上测量相应的位移。然而，在实际的测试过程中，工业机器人的静态柔顺性测试存在难以实施的问题。问题的关键是缺乏合适的力加载装置。这一问题导致该项参数在测试过程中一般都被放弃测量的现状，造成工业机器人的该项性能并不能正确反映出来。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种机器人静态柔顺性测试装置及测试方法，适合用于工业机器人的静态柔顺性测试。

技术方案如下：

一种机器人静态柔顺性测试装置，其关键在于：包括挂钩、切换机构、推拉计和直线位移平台，该挂钩经切换机构连接推拉计，所述推拉计搭载在所述直线位移平台上，所述切换机构包括多个滑轮单元，不同滑轮单元分别与不同的测试方向相对应。

进一步的，所述切换机构还包括升降台，所有滑轮单元分别设置在升降台的相应位置处。

进一步的，还包括位置调整平台，该位置调整平台搭载在所述直线位移平台上，所述推拉计搭载在位置调整平台上。

进一步的，所述位置调整平台包括横向位移平台和竖向位移平台，所述推拉计搭载在所述竖向位移平台上，所述竖向位移平台搭载在横向位移平台上，所述横向位移平台搭载在所述丝杆驱动模组和两条直线滑轨的滑座上。

进一步的，所述竖向位移平台包括方框架、驱动电机和滚珠丝杆，该方框架搭载在所述横向位移平台上，驱动电机设置于方框架的顶部，所述滚珠丝杆的丝杆轴的一端穿过方框架的顶部与驱动电机连接，另一端通过轴承座设置于方框架的底部，所述滚珠丝杆的滑动底座与所述推拉计固定。

进一步的，所述竖向位移平台还包括多条直线导轨和多条导套，所有直线导轨和导套分别竖向设置于所述滑动底座的两侧，滑动底座分别与所有直线导轨和导套滑动连接。

进一步的，还包括光学测距***，该光学测距***包括：

第一光传感器、第二光传感器、第三光传感器，分别固定在所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台；

激光发射器，发出的激光信号经光传播组件分别传递到第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器处；

测距终端，分别与所述第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器信号连接，且配置为采集激光发射器发出激光信号的发射时间，以及第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器接收到激光信号的接收时间，并根据发射时间和接收时间计算所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台的移动距离。

进一步的，所述光传播组件包括：

反射镜，入射路径与所述激光发射器的激光传递路径重合；

第一分光镜，位于所述反射镜的反射路径上，所述第一分光镜固定在直线位移平台上，且其中一条分光路径经过所述第一光传感器；

第二分光镜，固定在所述横向位移平台上，且位于所述第一分光镜的另一条分光路径上，两条分光路径分别经过所述第二光传感器和第三光传感器。

进一步的，还包括控制终端，该控制终端与所述测距终端通信连接，且配置为基于设定的测试方向，根据所述测距终端计算出的移动距离控制所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台移动。

一种机器人静态柔顺性测试方法，其关键在于，采用上述的机器人静态柔顺性测试装置进行测试。

有益效果：采用本发明的机器人静态柔顺性测试装置及测试方法，通过设置的直线位移平台可以带动挂钩移动，通过挂钩向被测机器人的末端施加负载，通过推拉计可以监测挂钩对机器人施加的负载的大小，以控制直线位移平台移动。通过设置的切换机构可以切换挂钩加载在被测机器人的作用力方向，以满足不同测试方向的测试需求。因此，每个测试方向的测试只需要测量直线位移平台的移动距离即可确定机器人的静态柔顺性，简化了测试装置的结构和方法。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的机器人静态柔顺性测试装置的结构示意图；

图2为机器人静态柔顺性测试的测试方向示意图；

图3为图1所示的机器人静态柔顺性测试装置的机器人末端与推拉计的连接示意图；

图4为图1所示的机器人静态柔顺性测试装置的光学测距***的光传输路径示意图；

图5为本发明另一实施例提供的机器人静态柔顺性测试装置的结构示意图；

图6为图5所示的机器人静态柔顺性测试装置进行X+、X-测试方向测试时机器人末端与推拉计的连接示意图；

图中，1-挂钩；2-切换机构；3-推拉计；4-直线位移平台；5-位置调整平台；6-滑轮安装平台；7-横向位移平台；8-竖向位移平台；9-方框架；10-驱动电机；11-滚珠丝杆；12-直线滑轨；13-导套；14-滑动底座；15-第一光传感器；16-第二光传感器；17-第三光传感器；18-激光发射器；19-第一分光镜；20-第二分光镜；21-反射镜；22-第一推拉计；23-第二推拉计；24-平端推头。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种机器人静态柔顺性测试装置，包括挂钩1、切换机构2、推拉计3和直线位移平台4，该挂钩1经切换机构2连接推拉计3，所述推拉计3搭载在所述直线位移平台4上，所述切换机构2包括多个滑轮单元，不同滑轮单元分别与不同的测试方向相对应。

通过设置的直线位移平台4拉动挂钩1，通过挂钩1向被测机器人的末端施加负载，通过推拉计3可以监测对机器人施加的负载的大小，以控制直线位移平台4移动。通过切换挂钩拉绳绕行的滑轮单元，可以切换加载在被测机器人的作用力方向，以满足不同测试方向的测试需求。因此，每个测试方向的测试只需要测量直线位移平台4的移动距离即可确定机器人的静态柔顺性，简化了测试装置的结构和测试方法。

应理解，推拉计设置有数据传输接口，可以通过数据传输接口与上位机通信连接，已将检测得到的负载数据发送给上位机进行显示。

下文将结合图3对切换机构2进行详细说明。

如图2、图3所示，切换机构2由滑轮安装平台6和滑轮R1～滑轮R6组成，滑轮R1～滑轮R6分别固定在滑轮安装平台6的相应位置处。其中，滑轮R1和滑轮R3可以作为与机器人X+测试方向相对应的滑轮单元。滑轮R2和滑轮R3可以作为与机器人X-测试方向相对应的滑轮单元。滑轮R3可以作为与机器人Y+测试方向相对应的滑轮单元。滑轮R4和滑轮R3可以作为与机器人Y-测试方向相对应的滑轮单元。滑轮R5可以作为与机器人Z+测试方向相对应的滑轮单元。滑轮R6可以作为与机器人Z-测试方向相对应的滑轮单元。

在测试机器人X+测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以依次通过滑轮R3、滑轮R1与机器人的末端拉环相连。在测试机器人X-测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以切换为依次通过滑轮R3、滑轮R2与机器人的末端拉环相连。在测试机器人Y+测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以切换为通过滑轮R3与机器人的末端拉环相连。在测试机器人Y-测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以切换为依次通过滑轮R3、滑轮R4与机器人的末端拉环相连；在测试机器人Z+测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以切换为通过滑轮R5与机器人的末端拉环相连。在测试机器人Z-测试方向的拉力和位移时，挂钩拉绳可以切换为通过滑轮R6与机器人的末端拉环相连。在把挂钩拉绳切换到其他滑轮单元后，挂钩拉绳始终与靠近机器人的末端拉环的滑轮保持水平相切，以保证对机器人作用力的加载方向。

由于不同工业机器人的末端高度不同，所以为了满足不同工业机器人的静态柔顺性测试，所述切换机构2的滑轮安装平台6可以是升降台，所有滑轮单元可以分别设置在滑轮安装平台6的相应位置处。通过滑轮安装平台6可以调整所有滑轮单元的高度，以适应不同工业机器人的测试。

在本实施例中，优选的，还包括位置调整平台5，该位置调整平台5搭载在所述直线位移平台4上，所述推拉计3搭载在位置调整平台5上。

具体而言，在直线位移平台4上可以设置位置调整平台5，推拉计3可以固定在位置调整平台5上。可以通过位置调整平台5调整推拉计3的上下位置和左右位置，以适应不同作用力的加载方向和适应不同大小工业机器人的测试。

下文将结合附图1对位置调整平台5进行详细说明。

在本实施例中，所述位置调整平台5包括横向位移平台7和竖向位移平台8，所述推拉计3搭载在所述竖向位移平台8上，所述竖向位移平台8搭载在所述横向位移平台7上，所述横向位移平台7搭载在所述直线位移平台4。

其中，直线位移平台4和横向位移平台7均可以是直线驱动模组。横向位移平台7的底座可以固定在直线位移平台4的滑座上。所述竖向位移平台8包括方框架9、驱动电机10和滚珠丝杆11，该方框架9可以固定在所述横向位移平台7的滑座上，驱动电机10设置于方框架9的顶部。

所述滚珠丝杆11的丝杆轴的一端穿过方框架9的顶部与驱动电机10连接，另一端通过轴承座设置于方框架9的底部，所述滚珠丝杆11的滑动底座14与所述推拉计3固定。如此，通过驱动横向位移平台7的滑座左右移动即可带动整个方框架9左右，从而调整推拉计3的左右位置。通过驱动电机10驱动滚珠丝杆11的丝杆轴转动，即可使滑动底座14上下移动，从而调整推拉计3的上下位置。

在方框架9的两侧框架之间还竖向设置有多根直线滑轨12和导套13。其中，所有的直线滑轨12分别设置在所述滚珠丝杆11两侧的框架内壁上，所有导套13分别设置在滚珠丝杆11的两侧与方框架9的两侧框架之间。滚珠丝杆11的滑动底座14可以分别与所有直线导轨和导套13滑动连接。

因为推拉计3是固定在竖向位移平台8上，在测试时竖向位移平台8会直接承受到较大的反作用力，通过直线滑轨12和导套13可以对滑动底座14起到限位作用，提高装置的整体刚性。

在本实施例中，优选的，还包括光学测距***，该光学测距***用于测量直线位移平台4、横向位移平台7和竖向位移平台8的位移。以确定机器人末端在负载情况下的位移，以及推拉计3的左右位置和上下位置。

下文将结合图1、图4对光学测距***进行详细说明。

在本实施例中，所述光学测距***包括：第一光传感器15、第二光传感器16、第三光传感器17、激光发射器18和测距终端。其中，第一光传感器15、第二光传感器16、第三光传感器17，分别通过底座固定在所述直线位移平台4的滑座、横向位移平台7的滑座和竖向位移平台8的方框架9底部。

激光发射器18正对加载装置设置，并且在激光发射器18与加载装置之间设置有光传播组件，激光发射器18发出的激光信号可以经光传播组件分别传递到第一光传感器15、第二光传感器16和第三光传感器17处。

光传播组件可以由反射镜21、第一分光镜19和第二分光镜20组成。第一分光镜19和第二分光镜20可以是偏振分光镜，可以反射镜21、第一分光镜19和第二分光镜20可以设置在一条直线上，反射镜21和第一分光镜19可以固定在直线位移平台的滑座上。第二分光镜20可以固定在横向位移平台的滑座上。

反射镜21朝向所述激光发射器18，激光发射器18射出激光沿反射镜21的入射路径传递到反射镜21的反射面，经过反射面的反射，以与入射路径呈90度夹角的反射路径传递到第一分光镜19，经过第一分光镜19后分为垂直的两束激光，其中一束射竖直向下射向第一光传感器15，被第一传感器接收。另一束激光射向第二分光镜20，经过第二分光镜20后再次被分为两束激光，这两束激光会分别射向第二光传感器16和第三光传感器17，被第二光传感器16和第三光传感器17接收。

所述第一光传感器15、第二光传感器16和第三光传感器17和激光发射器18均与测距终端信号连接。激光发射器18发出激光时，会向测距终端发出信号，测距终端接收到相应信号后会立刻记录激光发射器18发出激光的发射时间。

当第一光传感器15、第二光传感器16和第三光传感器17接收到激光信号后，第一光传感器15、第二光传感器16和第三光传感器17就会立刻向测距终端发送触发信号，测距终端接收到触发信号会立刻记录接收到触发信号的时间，从而确定第一光传感器15、第二光传感器16和第三光传感器17接收到激光信号的接收时间。

测距终端通过发射时间和第一光传感器15对应的接收时间可以计算出激光从激光发射器18传递到第一光传感器15的传递时间，结合光传播速度即可计算出第一光传感器15与激光发射器18之间的距离，即直线位移平台4的滑座与激光发射器18之间的距离。通过前后两次激光发射器18发出激光后计算出的直线位移平台4的滑座与激光发射器18之间的距离，即可测量出直线位移平台4的移动距离S₁。具体计算式如下：

S₁＝(T₁-T₀-T₁′)*V_c；

其中，T₁为第一光传感器15的接收时间，T₀为激光发射器18的发射时间，T₁′为第一分光镜19传递到第一光传感所需的传递时间。

测距终端通过第一光传感器15和第二光传感器16对应的接收时间可以计算出激光从第一分光镜19传递到第二光分镜的传递时间，结合光传播速度可以计算出第一分光镜19与第二光分镜之间距离。由于横向位移平台7在驱动方框架9左右移动时，第二光分镜会随着方框架9左右移动，所以通过前后两次激光发射器18发出激光后计算出的第一分光镜19与第二光分镜之间距离，即可计算出横向位移平台7的移动距离S₂。具体计算式如下：

S₂＝(T₂-T₁+T₁′-T₂′)*V_c；

其中，T₂为第二光传感器16的接收时间，T₂′为第二分光镜20传递到第二光传感所需的传递时间。

在本实施例中，可以根据光传播速度，以及设定的第一分光镜19传递到第一光传感之间的间距、第二分光镜20传递到第二光传感之间的间距，分别计算出第一分光镜19传递到第一光传感所需的传递时间T₁′，以及第二分光镜20传递到第二光传感所需的传递时间T₂′。

同理，测距终端通过第二光传感器16和第三光传感器17对应的接收时间可以计算出激光从第二分光镜20传递到第三光传感器17的传递时间，结合光传播速度可以计算出第二分光镜20与第三光传感器17之间距离。第三光传感器17随着竖向位移平台8上下移动，所以通过前后两次激光发射器18发出激光后计算出的第二分光镜20与第三光传感器17之间距离，即可计算出竖向位移平台8的移动距离S₃。具体计算式如下：

S₃＝(T₃-T₂+T₂′)*V_c；

其中，T₃为第三光传感器17的接收时间。

竖向位移平台8和横向位移平台7的控制终端可以根据测距终端计算出的横向位移平台7、竖向位移平台8的移动距离确定推拉计3的位置，以便在切换滑轮单元后控制横向位移平台7、竖向位移平台8将推拉计3调整至相应位置处。

具体的，在测试前，可以在控制终端预先设定好推拉计3相对于每个滑轮单元的初始位置。在测试过程中，控制终端可以通过直线位移平台4、竖向位移平台8和横向位移平台7的移动距离确定每个测试方向测试完毕后推拉计3相对于每个滑轮单元的最终位置，控制终端根据推拉计3相对于下一测试方向对应滑轮单元的初始位置和最终位置，控制直线位移平台4、竖向位移平台8和横向位移平台7调整推拉计3的位置，从而将推拉计3调整至下一测试方向对应滑轮单元的初始位置处。

实施例二

如图5、图6所示，实施例二与实施例一大致相同，其主要区别在于：使用测量方向相垂直的第一推拉计22和第二推拉计23取代所述切换机构2。其中第一推拉计22沿测量机器人的Y+、Y-测试方向设置。在测量机器人的Y+、Y-测试方向时，通过设置的直线位移平台4沿机器人的Y+、Y-测试方向移动，向被测机器人的末端施加负载。可以在机器人末端设置平端推头24，第一推拉计22的端头可以与平端推头24抵接。也可以在机器人末端设置拉环，使用挂钩拉绳将其与第一推拉计22的拉环相连接。通过第一推拉计22可以监测挂钩1对机器人施加的负载的大小，以控制直线位移平台4移动。通过光学测距***测量直线位移平台4的移动距离，从而得出机器人的Y+、Y-测试方向的静态柔顺性。

在测量机器人的X+、X-测试方向时，通过设置的横向位移平台7沿机器人的X+、X-测试方向移动，向被测机器人的末端施加负载。可以在机器人末端设置平端推头24，第二推拉计23的端头可以与平端推头24抵接。也可以在机器人末端设置拉环，使用挂钩拉绳将其与第二推拉计23的拉环相连接。通过第二推拉计23检测对机器人施加的负载的大小，以控制横向位移平台7移动。通过光学测距***测量横向位移平台7的移动距离，从而得出机器人的X+、X-测试方向的静态柔顺性。

第二推拉计23可以通过旋转台固定在滑动底座14上，在测量机器人的Z+、Z-测试方向时，第二推拉计23通过旋转台旋转90°，并使用插销固定旋转台当前位置，通过设置的竖向位移平台8沿机器人的Z+、Z-测试方向移动，向被测机器人的末端施加负载。可以在机器人末端设置平端推头24，第二推拉计23的端头可以与平端推头24抵接。也可以在机器人末端设置拉环，使用挂钩拉绳将其与第二推拉计23的拉环相连接。通过第二推拉计23可以监测对机器人施加的负载的大小，以控制竖向位移平台8移动。通过光学测距***测量横向位移平台7的移动距离，从而得出机器人的Z+、Z-测试方向的静态柔顺性。

一种机器人静态柔顺性测试方法，采用上述的机器人静态柔顺性测试装置进行测试。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：包括挂钩、切换机构、推拉计和直线位移平台，该挂钩经切换机构连接推拉计，所述推拉计搭载在所述直线位移平台上，所述切换机构包括多个滑轮单元，不同滑轮单元分别与不同的测试方向相对应；

还包括位置调整平台，该位置调整平台搭载在所述直线位移平台上，所述推拉计搭载在位置调整平台上；所述位置调整平台包括横向位移平台和竖向位移平台，所述推拉计搭载在所述竖向位移平台上，所述竖向位移平台搭载在横向位移平台上，所述横向位移平台搭载在所述直线位移平台；

还包括光学测距***，该光学测距***包括：第一光传感器、第二光传感器、第三光传感器，分别固定在所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台；激光发射器，发出的激光信号经光传播组件分别传递到第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器处；测距终端，分别与所述第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器信号连接，且配置为采集激光发射器发出激光信号的发射时间，以及第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器接收到激光信号的接收时间，并根据发射时间和接收时间计算所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台的移动距离。

2.根据权利要求1所述的机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：所述切换机构还包括升降台，所有滑轮单元分别设置在升降台的相应位置处。

3.根据权利要求1所述的机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：所述竖向位移平台包括方框架、驱动电机和滚珠丝杆，该方框架搭载在所述横向位移平台上，驱动电机设置于方框架的顶部，所述滚珠丝杆的丝杆轴的一端穿过方框架的顶部与驱动电机连接，另一端通过轴承座设置于方框架的底部，所述滚珠丝杆的滑动底座与所述推拉计固定。

4.根据权利要求3所述的机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：所述竖向位移平台还包括多条直线导轨和多条导套，所有直线导轨和导套分别竖向设置于所述滑动底座的两侧，滑动底座分别与所述直线导轨和导套滑动连接。

5.根据权利要求4所述的机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：所述光传播组件包括：反射镜，入射路径与所述激光发射器的激光传递路径重合；第一分光镜，位于所述反射镜的反射路径上，所述第一分光镜固定在直线位移平台上，且其中一条分光路径经过所述第一光传感器；第二分光镜，固定在所述横向位移平台上，且位于所述第一分光镜的另一条分光路径上，两条分光路径分别经过所述第二光传感器和第三光传感器。

6.根据权利要求5所述的机器人静态柔顺性测试装置，其特征在于：还包括控制终端，该控制终端与所述测距终端通信连接，且配置为基于设定的测试方向，根据所述测距终端计算出的移动距离控制所述直线位移平台、横向位移平台和竖向位移平台移动。

7.一种机器人静态柔顺性测试方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的机器人静态柔顺性测试装置进行测试。