机器人极限制动性能的测试方法、测试装置及测试系统与流程

1.本技术属于机器人测试技术领域，具体涉及一种机器人极限制动性能的测试方法、测试装置及测试系统。


背景技术：

2.机器人技术是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是现代机械制造领域中一个重要且不可或缺的组成部分，它代表了机电一体化的最高成就。机器人能够显著地提高劳动生产效率，改善产品质量，对实现工业生产机械化和自动化有着极大的促进作用。
3.随着机器人的普及，安全性成为机器人的一个重要指标。在遇到紧急情况需要机器人进行快速制动以确保安全时，制动性能就显得尤为重要。
4.目前，机器人的制动力来源一般为电机和抱闸，一种制动方式为通过驱动控制电机进行减速来实现制动，另一种制动方式则是直接通过释放制动器以进行机械抱死来实现制动。通过驱动控制电机进行减速来实现制动的方式在电机出力不同时制动距离及制动时间有所不同，导致制动性能测试无法全面覆盖多种工况。


技术实现要素：

5.为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本技术提供了一种机器人极限制动性能的测试方法、测试装置及测试系统。
6.根据本技术实施例的第一方面，本技术提供了一种机器人极限制动性能的测试方法，其包括以下步骤：
7.根据初始的指令减速度和关节电流值确定当前的指令减速度和减加速度，其具体过程为：
8.使用机器人初始的指令减速度和减加速度进行转动测试，并获取测试过程中机器人关节电机指令速度、指令减速度和关节实际电流；
9.判断当前指令减速度是否达到预设的减速度阈值并保持预设时长，如果是，则进一步判断关节电流是否小于或等于关节制动最大电流限制值且二者的差值是否小于或等于差值阈值，如果是，则锁定当前的指令减速度和减加速度；
10.利用确定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试，其具体过程为：
11.在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息；
12.根据位置信息计算机械臂末端的速度；
13.判断机械臂末端的速度是否满足制动完成条件，如果是，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
14.上述机器人极限制动性能的测试方法中，如果当前指令减速度小于预设的减速度阈值，则增大减加速度；如果指令减速度大于预设的减速度阈值，则减小减加速度。
15.进一步地，如果指令减速度达到预设的减速度阈值所持续的时间小于或等于预设
时长，则增大减加速度；如果指令减速度达到预设的减速度阈值所持续的时间大于预设时长，则减小减加速度。
16.上述机器人极限制动性能的测试方法中，如果关节电流大于关节制动最大电流限制值或者关节电流与关节制动最大电流限制值的差值大于差值阈值，则减小当前的指令减速度。
17.上述机器人极限制动性能的测试方法中，所述根据位置信息计算机械臂末端的速度的具体过程为：
18.确定位置信息的采集频率，以根据位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔；
19.根据相邻两次采集的位置信息以及采集时间间隔计算机械臂末端的速度；所述机械臂末端的速度为：
20.v
t
＝(s
t-s
t-1
)/t，
21.式中，v
t
表示当前速度，s
t
表示当前位置点对应的位置信息，s
t-1
表示上一个采集到的位置点对应的位置信息，t表示在预设采集频率下采集位置信息的时间间隔。
22.进一步地，所述根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间的具体过程为：
23.预设位置信息的采集频率，并确定从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数；
24.根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。
25.进一步地，所述根据位置信息确定机器人的制动距离的具体过程为：
26.根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离；
27.制动距离为：
28.式中，s表示机械臂末端的制动距离；s(i+1)表示第i+2次采集的位置点对应的位置信息；s(i)表示第i+1次采集的位置点对应的位置信息。
29.更进一步地，所述机械臂末端制动轨迹包括直线型运动轨迹和/或曲线型运动轨迹。
30.根据本技术实施例的第二方面，本技术还提供了一种机器人极限制动性能的测试装置，其采用上述任一项所述的机器人极限制动性能的测试方法，其包括减速度和减加速度确定单元和测试单元，所述减速度和减加速度确定单元用于根据指令减速度和关节电流值确定减速度和减加速度；所述测试单元用于利用锁定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试；
31.所述减速度和减加速度确定单元包括第一获取模块、第一判断模块和第二判断模块；所述第一获取模块用于获取使用机器人初始的指令减速度和减加速度进行转动测试过程中机器人关节电机指令速度、指令减速度和关节实际电流；所述第一判断模块用于判断当前指令减速度是否达到预设的减速度阈值并保持预设时长；所述第二判断模块用于判断关节电流是否小于或等于关节制动最大电流限制值且关节电流与关节制动最大电流限制值的差值是否小于或等于差值阈值；
32.所述测试单元包括获取模块、计算模块以及制动时间和制动距离确定模块；所述
获取模块用于在机器人制动开始后获取机械臂末端的位置信息；所述计算模块用于根据机械臂末端的位置信息计算机械臂末端的速度；所述制动时间和制动距离确定模块用于当机械臂末端的速度速度满足制动完成条件时根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
33.根据本技术实施例的第三方面，本技术还提供了一种机器人极限制动性能的测试系统，其包括测量靶球、激光跟踪仪和上位机，所述上位机中集成有上述机器人极限制动性能的测试装置；
34.机器人的机械臂末端设置有测量靶球，激光跟踪仪用于与测量靶球进行对光以实现测量靶球的轨迹点位置信息的检测；上位机与激光跟踪仪通讯连接，用于获取机器人机械臂末端的位置信息；上位机还与机械臂控制器通讯连接，用于向机械臂控制器发送制动指令和预设速度运行指令。
35.根据本技术的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本技术提供的机器人极限制动性能的测试方法、测试装置及测试系统通过调试指令减速度和减加速度，能够利用锁定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试，以解决常规制动性能测试无法覆盖极限工况的问题；另外，能够得到电机在减速过程中不同出力情况的制动结果，更好的保障机器人在生产、使用等过程中的安全性。
36.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本技术所欲主张的范围。
附图说明
37.下面的所附附图是本技术的说明书的一部分，其示出了本技术的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本技术的原理。
38.图1为本技术具体实施方式提供的一种机器人极限制动性能的测试方法的流程图之一。
39.图2为本技术具体实施方式提供的一种机器人极限制动性能的测试方法的流程图之二。
具体实施方式
40.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本技术所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本技术内容的实施例后，当可由本技术内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本技术内容的精神与范围。
41.本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
42.关于本文中所使用的“第一”、“第二”、
…
等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
43.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
44.关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
45.关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
46.某些用以描述本技术的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本技术的描述上额外的引导。
47.如图1所示，本技术实施例提供的机器人极限制动性能的测试方法包括以下步骤：
48.s1、根据初始的指令减速度和关节电流值确定当前的指令减速度和减加速度，其具体过程为：
49.s11、使用机器人初始的指令减速度和减加速度进行转动测试，并获取测试过程中机器人关节电机指令速度、指令减速度和关节实际电流。
50.s12、判断当前指令减速度是否达到预设的减速度阈值并保持预设时长，如果是，则进入步骤s13；否则，调整减加速度，返回步骤s11，重新进行转动测试。
51.具体地，如果指令减速度小于预设的减速度阈值，则增大减加速度；如果指令减速度大于预设的减速度阈值，则减小减加速度。
52.如果指令减速度达到预设的减速度阈值所持续的时间小于或等于预设时长，则增大减加速度；如果指令减速度达到预设的减速度阈值所持续的时间大于预设时长，则减小减加速度。
53.其中，预设时长可以为80ms-120ms。
54.s13、判断关节电流是否小于或等于关节制动最大电流限制值且二者的差值是否小于或等于差值阈值，如果是，则锁定当前的指令减速度和减加速度；否则，返回步骤s12，调整指令减速度。
55.具体地，如果关节电流大于关节制动最大电流限制值或者关节电流与关节制动最大电流限制值的差值大于差值阈值，则减小当前的指令减速度。
56.其中，差值阈值可以为关节制动最大电流限制值的8％-10％。
57.s2、如图2所示，利用确定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试，其具体过程为：
58.s21、在机器人制动开始后，获取机械臂末端的位置信息。
59.s22、根据位置信息计算机械臂末端的速度。
60.具体地，机械臂末端的速度即为机器人制动开始后机械臂末端在机器人机械臂关节的带动下的运动速度。
61.获取机械臂末端的位置信息后，可以基于位置信息与速度的计算关系，根据机械臂末端的任意位置点对应的位置信息以及位置信息的采集频率计算该位置点对应的机械臂末端的速度。
62.s23、判断机械臂末端的速度是否满足制动完成条件，如果是，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离；否则，调整机械臂关节运动的加速度和运动范围，直至机械臂末端的速度满足制动完成条件。
63.具体地，按照位置信息采集频率实时地计算机械臂末端的速度，以此数据判断机械臂末端是否已完成制动。如果机械臂末端的速度满足制动完成条件，则根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
64.其中，制动完成条件可以为机械臂末端的速度等于零。即，在机器人制动开始后，按照位置信息采集频率实时地计算机械臂末端的速度，若机械臂末端的速度等于零，则机械臂末端完成制动。
65.需要说明的是，可以指定单关节或多个关节运动，均可以通过测试机器人末端位置的方式，来计算单关节、多关节或者整机的制动距离和制动时间，从而综合的评价机器人的制动性能。
66.上述步骤s22中，根据位置信息计算机械臂末端的速度的具体过程为：
67.s221、确定位置信息的采集频率，以根据位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔。
68.具体地，可以根据预设的位置信息的采集频率确定位置信息的采集时间间隔。例如，设置位置信息的采集频率为100hz，1秒采集100次，则位置信息的采集时间间隔为0.01秒。
69.s222、根据相邻两次采集的位置信息以及采集时间间隔计算机械臂末端的速度。
70.具体地，可以根据机械臂末端的当前位置点对应的位置信息、上一个采集到的位置点对应的位置信息以及预设采集频率计算机械臂末端的当前速度，当前速度为：
71.v
t
＝(s
t-s
t-1
)/t，
72.式中，v
t
表示当前速度，s
t
表示当前位置点对应的位置信息，s
t-1
表示上一个采集到的位置点对应的位置信息，t表示在预设采集频率下采集位置信息的时间间隔。
73.上述步骤s23中，根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间的具体过程为：
74.预设位置信息的采集频率，并确定从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数。
75.根据位置信息的采集频率以及从制动开始至制动结束的时间内采集的位置点的次数，确定机器人的制动时间。
76.上述步骤s23中，根据位置信息确定机器人的制动距离的具体过程为：
77.根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离。
78.具体地，当机械臂末端的速度等于零时，判断机器人已完成制动。根据从制动开始至制动结束时间段内采集到的位置信息以及位置点的次数，结合微分方程，计算机械臂末端制动轨迹的长度以确定制动距离。制动距离为：
[0079][0080]
式中，s表示机械臂末端的制动距离；s(i+1)表示第i+2次采集的位置点对应的位置信息；s(i)表示第i+1次采集的位置点对应的位置信息。机械臂末端制动轨迹包括直线型运动轨迹和/或曲线型运动轨迹。
[0081]
对于机械臂末端制动轨迹为曲线型运动轨迹，根据微分思想，整个制动过程中采集到的各位置点距离的和即为制动距离，相对于根据位置信息直接获得的长度，可以提高制动距离的精准度，使得测试结果更加准确，更能表征制动的安全性能。
[0082]
本技术实施例提供的机器人极限制动性能的测试方法通过调试指令减速度和减加速度，能够利用锁定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试，以解决常规制动性能测试无法覆盖极限工况的问题；另外，能够得到电机在减速过程中不
同出力情况的制动结果，更好的保障机器人在生产、使用等过程中的安全性。
[0083]
基于本技术实施例提供的机器人极限制动性能的测试方法，本技术还提供了一种机器人极限制动性能的测试装置，其包括减速度和减加速度确定单元和测试单元，其中，减速度和减加速度确定单元用于根据指令减速度和关节电流值确定减速度和减加速度。测试单元用于利用锁定的当前的指令减速度和减加速度对机器人极限制动性能进行测试。
[0084]
具体地，减速度和减加速度确定单元包括第一获取模块、第一判断模块和第二判断模块。
[0085]
第一获取模块用于获取使用机器人初始的指令减速度和减加速度进行转动测试过程中机器人关节电机指令速度、指令减速度和关节实际电流。
[0086]
第一判断模块用于判断当前指令减速度是否达到预设的减速度阈值并保持预设时长。
[0087]
第二判断模块用于判断关节电流是否小于或等于关节制动最大电流限制值且关节电流与关节制动最大电流限制值的差值是否小于或等于差值阈值。
[0088]
具体地，测试单元包括获取模块、计算模块以及制动时间和制动距离确定模块。
[0089]
获取模块用于在机器人制动开始后获取机械臂末端的位置信息。
[0090]
计算模块用于根据机械臂末端的位置信息计算机械臂末端的速度。
[0091]
制动时间和制动距离确定模块用于当机械臂末端的速度速度满足制动完成条件时根据机器人制动开始时间确定机器人的制动时间，并根据位置信息确定机器人的制动距离。
[0092]
基于本技术实施例提供的机器人极限制动性能的测试装置通过减速度和减加速度确定单元为机器人极限制动性能的测试提供所需的减速度和减加速度，通过测试单元得到机械臂电机在减速过程中不同出力情况的制动结果，并将不同出力情况下的机械臂末端的制动距离和制动时间作为评测机器人的极限制动性能的标准，能够提高机器人制动性能测试的精确性，测试结果有利于实际生产中的安全风险评估，从而保证机器人工作的安全性。
[0093]
上述实施例提供的机器人极限制动性能的测试装置与机器人极限制动性能的测试方法实施例属于同一构思，机器人极限制动性能的测试装置的具体实现过程详见机器人极限制动性能的测试方法实施例，这里不再赘述。
[0094]
本技术实施例还提供了一种机器人极限制动性能的测试系统，其包括测量靶球、激光跟踪仪和上位机，上位机中集成有上述任意实施例所述的机器人极限制动性能的测试装置；测量靶球设置于机器人的机械臂末端，激光跟踪仪用于与测量靶球进行对光以实现测量靶球的轨迹点位置信息的检测；上位机与激光跟踪仪通讯连接，用于获取机器人机械臂末端的位置信息；上位机还与机械臂控制器通讯连接，用于向机械臂控制器发送制动指令和预设速度运行指令。
[0095]
上述的本技术实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本技术的实施例也可为在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本技术也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本技术配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本技术揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形
式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本技术执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本技术的精神与范围。
[0096]
以上所述仅为本技术示意性的具体实施方式，在不脱离本技术的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本技术保护的范围。