工业机器人控制系统可靠性评估方法和装置与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人控制系统可靠性评估方法及其装置。


背景技术：

2.工业机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
3.目前，工业机器人给各大行业中提供了诸多便利，但在具体使用过程中仍旧在一定的时间节点内发生错乱或偏差的现象，主要的原因便是由于某些因素导致机械臂施力或移动距离过大导致对工件的加工精度产生偏差，因此有必要的在投入使用之前对机器人的可靠性进行评估检测，但目前的检测方法中忽视了对机器人施力端的施加力度发生变化的原因和检测，导致仍旧出现这种问题，实际操作可靠性较差。
4.为此，提出一种工业机器人控制系统可靠性评估方法及其装置来解决上述提出的问题。


技术实现要素：

5.解决的技术问题
6.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了工业机器人控制系统可靠性评估方法及其装置，能够有效地解决现有技术中机器人难以评估机器人投入使用时的可靠性较差的问题。
7.技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
9.本发明提供一种工业机器人控制系统可靠性评估方法，首先需要获取单位时间内机器人处于运动状态下的实时有功功率信息，通过功率信息得到单位时间内机器人运动时力度变化信息，建立机器人施力预测模型矩阵，以工业机器人中常见的机械臂运转作本方法评估对象为例：
10.在检测过程中，首先将机器人的检测环境中建立三维坐标系，其中，利用距离传感器或位置感应器来判断机械臂是否到达检测点，并将到达节点之间的工作时间等分呈若干个时间点，将机械臂实际到达时间点所花的时间作以记录，并记作t0，t1，t2……
t
x
(t＞0)，同时将该单位时间节点中所对应的功率变化作以记录，记作p，p1，p2……
(p＞0)，令p为y轴，t为x 轴作二维坐标系，假设在t
0-t1这段时间内所对应的p值发生较大的变化时，该段时间内的做功总量记作w，计算公式如下：
11.w＝p
·
t(w＞0)
12.在坐标系中，实质上为t
0-t1这段时间内对应p值的矩形面积。
13.同时获取单位时间内机器人路径移动节点信息，建立机器人实时路径时刻图，整
合分析施力预测模型矩阵和实时路径时刻图，筛出发生偏移时的偏移时间节点，得到该时间点对应的机器人做功时的作用力力度变量，判断机器人工作失误概率。
14.而在作用力力度变量的判断过程中，首先需要根据所述路径移动节点信息，在单位时间内将输出机器人施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息，得到单位时间内做功过程中位移总值；
15.根据所述机器人施力预测模型矩阵，输出单位时间节点和其对应时间节点时的功率信息，当对应时间节点时的功率信息发生波动时对应的时间节点视作偏移时间节点；
16.计算偏移时间节点中对应的做功总值，结合单位时间内做功过程中位移总值得到单位时间内做功时作用力力度变量。
17.所述单位时间内做功过程中位移总值的获取方法包括：
18.根据所述路径移动节点信息输出机器人施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息，以横向位移距离为x轴，纵向位移距离为y轴，高度位移距离为z轴建立三维坐标系，计算初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息在三维坐标系中的距离。
19.所述作用力力度变量的判断方法包括有根据偏移时间节点中对应的偏离功率输出实际的单位时间内的做功值；
20.当输出功率发生变化时，根据单位时间内做功过程中发生偏移的位移总值在三维坐标系中与实际的位移总值重合面积视作偏移面积；
21.根据单位时间内的做功值和偏移面积得到单位时间内作用力的作用力力度变量。
22.当机器人仅作平面方向垂直位移时，当机器臂上被传感器检测到经过目标标记点时，计算对应在坐标系中的上下和左右位移值，并投影在二维平面内，使得上下方向变量为0，则左右方向变量在坐标系围合的面积便为该段时间内的做功总量记作w，假设初始目标点为(x0，y0)，目标点为 (x1，y1)，此时的作用力的作用距离记作s，
23.s的数值为|y
1-y0|或|x
1-x0|，当发生角度倾斜移动时，s的数值为
[0024][0025]
同理，当进行三维方向移动时，计算二点之间的直线距离，获得力作用的距离，结合所获得的单位时间的做功总量w和s之间的关系，
[0026][0027]
其中为力的方向和位移方向之间的夹角，可算出单位时间内所能施加的力，即f。
[0028]
而在所述输出功率发生变化的次数的标记步骤中还需要对部分参数值进行修正，当处在高温下或其他外在条件下，设备功率值会有所变化，从而使得检测结果不够精准，因此设定处在正常状态下的修订系数变化范围，在单位时间内功率发生变化处在正常变化范围内则不计数，而修正系数采用与被测试设备功能相似的设备所适用的参数值。
[0029]
所述实际的位移总值的计算方法包括有根据处在正常状态下的修订系数对应的做功信息，得到单位时间内处在正常状态下的施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息得到总位移总值。
[0030]
当机械臂在t0到t1这段时间内，发生偏移，在到达目的标记点后，仍然继续行走一定的时间，此时记作t3，通过计算t3到t2这段时间内发生的位移总量，结合这段时间内发生
的功率变化值，可计算出实际的作用力，以作用力的大小作为判断基准，结合修订系数结合这段作用力是否在实际工作过程中对加工造成影响，并相应的记录。
[0031]
具体的计算如下：
[0032][0033]
所述判断机器人工作失误概率的计算方法包括根据测试时间范围内输出功率发生变化的次数与固定时间的比率输出机器人工作失误的概率。
[0034]
例如，在一个小时内出现了三次视作有效并且可能对加工造成影响的变化，视作失误率为3％，通过对硬件分析故障原因，并相应的作出精进和改变。
[0035]
一种工业机器人控制系统可靠性评估装置，包括节点标记模块和控制器，所述节点标记模块用于采集上下、左右方向的方向向量，采集方式不局限于本例中提及的位置传感器，还可采用图像处理、距离传感器等多种可测量三维模型中直线距离长短的设备，所述控制器应用于上述中的工业机器人控制系统可靠性评估方法。
[0036]
有益效果
[0037]
本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
[0038]
本发明通过测量一定时间内机器人的位移变量和实际这段时间内设备功率变化，得到这段时间内发生的作用在目标物体上的作用力变量，一定程度上反映了因机器人自身设备原因导致施加给目标物的力度存在变量，给实际应用带来不可预期的影响，通过这种对机器人施力的判断可以清晰的对机器人的可靠性进行分析。
附图说明
[0039]
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。
[0040]
图1为本发明实施例中的评估方法步骤示意图；
[0041]
图2为本发明实施例中的单位时间内的做功总量示意图；
[0042]
图3为本发明实施例中的偏移点仅在横纵方向移动示意图；
[0043]
图4为本发明实施例中的偏移点在倾斜方向移动示意图；
[0044]
图5为本发明实施例中的偏移点在三维立体方向移动示意图。
具体实施方式
[0045]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0046]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0047]
实施例：工业机器人控制系统可靠性评估方法，首先需要获取单位时间内机器人处于运动状态下的实时有功功率信息，通过功率信息得到单位时间内机器人运动时力度变
化信息，建立机器人施力预测模型矩阵，以工业机器人中常见的机械臂运转作本方法评估对象为例：
[0048]
在检测过程中，首先将机器人的检测环境中建立三维坐标系，其中，利用距离传感器或位置感应器来判断机械臂是否到达检测点，并将到达节点之间的工作时间等分呈若干个时间点，将机械臂实际到达时间点所花的时间作以记录，并记作t0，t1，t2……
t
x
(t＞0)，同时将该单位时间节点中所对应的功率变化作以记录，记作p，p1，p2……
(p＞0)，令p为y轴，t为x 轴作二维坐标系，假设在t
0-t1这段时间内所对应的p值发生较大的变化时，该段时间内的做功总量记作w，计算公式如下：
[0049]
w＝p
·
t(w＞0)
[0050]
在坐标系中，实质上为t
0-t1这段时间内对应p值的矩形面积。
[0051]
同时获取单位时间内机器人路径移动节点信息，建立机器人实时路径时刻图，整合分析施力预测模型矩阵和实时路径时刻图，筛出发生偏移时的偏移时间节点，得到该时间点对应的机器人做功时的作用力力度变量，判断机器人工作失误概率。
[0052]
而在作用力力度变量的判断过程中，首先需要根据所述路径移动节点信息，在单位时间内将输出机器人施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息，得到单位时间内做功过程中位移总值；
[0053]
根据所述机器人施力预测模型矩阵，输出单位时间节点和其对应时间节点时的功率信息，当对应时间节点时的功率信息发生波动时对应的时间节点视作偏移时间节点；
[0054]
计算偏移时间节点中对应的做功总值，结合单位时间内做功过程中位移总值得到单位时间内做功时作用力力度变量。
[0055]
所述单位时间内做功过程中位移总值的获取方法包括：
[0056]
根据所述路径移动节点信息输出机器人施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息，以横向位移距离为x轴，纵向位移距离为y轴，高度位移距离为z轴建立三维坐标系，计算初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息在三维坐标系中的距离。
[0057]
所述作用力力度变量的判断方法包括有根据偏移时间节点中对应的偏离功率输出实际的单位时间内的做功值；
[0058]
当输出功率发生变化时，根据单位时间内做功过程中发生偏移的位移总值在三维坐标系中与实际的位移总值重合面积视作偏移面积；
[0059]
根据单位时间内的做功值和偏移面积得到单位时间内作用力的作用力力度变量。
[0060]
当机器人仅作平面方向垂直位移时，当机器臂上被传感器检测到经过目标标记点时，计算对应在坐标系中的上下和左右位移值，并投影在二维平面内，使得上下方向变量为0，则左右方向变量在坐标系围合的面积便为该段时间内的做功总量记作w，假设初始目标点为(x0，y0)，目标点为 (x1，y1)，此时的作用力的作用距离记作s，
[0061]
s的数值为|y
1-y0|或|x
1-x0|，当发生角度倾斜移动时，s的数值为
[0062][0063]
同理，当进行三维方向移动时，计算二点之间的直线距离，获得力作用的距离，结合所获得的单位时间的做功总量w和s之间的关系，
[0064]
[0065]
其中为力的方向和位移方向之间的夹角，可算出单位时间内所能施加的力，即f。
[0066]
而在所述输出功率发生变化的次数的标记步骤中还需要对部分参数值进行修正，当处在高温下或其他外在条件下，设备功率值会有所变化，从而使得检测结果不够精准，因此设定处在正常状态下的修订系数变化范围，在单位时间内功率发生变化处在正常变化范围内则不计数，而修正系数采用与被测试设备功能相似的设备所适用的参数值。
[0067]
所述实际的位移总值的计算方法包括有根据处在正常状态下的修订系数对应的做功信息，得到单位时间内处在正常状态下的施力点的初始位置信息和到达作业目标点时的位置信息得到总位移总值。
[0068]
当机械臂在t0到t1这段时间内，发生偏移，在到达目的标记点后，仍然继续行走一定的时间，此时记作t3，通过计算t3到t2这段时间内发生的位移总量，结合这段时间内发生的功率变化值，可计算出实际的作用力，以作用力的大小作为判断基准，结合修订系数结合这段作用力是否在实际工作过程中对加工造成影响，并相应的记录。
[0069]
具体的计算如下：
[0070][0071]
所述判断机器人工作失误概率的计算方法包括根据测试时间范围内输出功率发生变化的次数与固定时间的比率输出机器人工作失误的概率。
[0072]
例如，在一个小时内出现了三次视作有效并且可能对加工造成影响的变化，视作失误率为3％，通过对硬件分析故障原因，并相应的作出精进和改变。
[0073]
一种工业机器人控制系统可靠性评估装置，包括节点标记模块和控制器，所述节点标记模块用于采集上下、左右方向的方向向量，采集方式不局限于本例中提及的位置传感器，还可采用图像处理、距离传感器等多种可测量三维模型中直线距离长短的设备，所述控制器应用于上述中的工业机器人控制系统可靠性评估方法。
[0074]
综上所述，本实施例提出了一种工业机器人控制系统可靠性评估方法，应用于测试场景，包括以下几个步骤：
[0075]
获取单位时间内机器人处于运动状态下的实时有功功率信息，通过功率信息得到单位时间内机器人运动时力度变化信息，建立机器人施力预测模型矩阵；
[0076]
获取单位时间内机器人路径移动节点信息，建立机器人实时路径时刻图；
[0077]
整合分析施力预测模型矩阵和实时路径时刻图，筛出发生偏移时的偏移时间节点，得到该时间点对应的机器人做功时的作用力力度变量，判断机器人工作失误概率。
[0078]
通过测量一定时间内机器人的位移变量和实际这段时间内设备功率变化，得到这段时间内发生的作用在目标物体上的作用力变量，一定程度上反映了因机器人自身设备原因导致施加给目标物的力度存在变量，给实际应用带来不可预期的影响，通过这种对机器人施力的判断可以清晰的对机器人的可靠性进行分析。
[0079]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。