一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法与流程

本发明属于减速器性能测试技术领域，尤其涉及一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法。

背景技术：

精密减速器是工业机器人核心部件之一，其质量直接影响着工业机器人的精度与寿命，如何准确、快速、可靠地对精密减速器性能进行测试具有重要意义。性能测试是工业机器人减速器质量检测环节中最重要部分，根据相关国家、行业标准，机器人用精密减速器测试项目主要包括空载实验、负载实验、超载实验、传动效率、启动转矩、扭转刚度、空程与背隙、传动误差、寿命实验等10种，各项目测试条件不同、测试工序繁琐，测试过程需要频繁切换被测件测试环境。当前主流测试方法是，认为选定测试项目及测试顺序后，根据项目要求测试流程对精密减速器进行依次装夹、加载测试，测试过程存在大量等待时间，整体测试时间较长，效率较低。

本发明公开了一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法，该方法对减速器测试过程进行建模，构建相应调度模型，并采用调度算法对当前选定测试项目下最优测试路径进行求解，进而执行测试任务，将极大节省测试时间，提高测试效率

上述具体专利对比文件和相关文献为：

1)、“一种机器人减速器的测试系统”，专利申请号201811284065.8。该发明公开了一种机器人减速器的测试系统，包括底板、支撑台、竖板、伺服电机、转动杆，测试时减速器固定于竖板上并与转动杆相连接。该测试系统仅可实现对减速器的温度变化、角度值和扭矩值综合测试，亦不可对测试过程进行调度优化。

2)、北方工业大学的王开、张向慧、吴哲、弓宇在2018年第2期《北方工业大学学报》上《rv减速器综合性能参数检测的测控系统设计》，设计了一套可对机器人rv减速器的传动精度、背隙、扭转刚度、回程误差、机械效率、启停转矩、摩擦转矩检测的动态测控系统。硬件部分选用了工控机、变频器、角度和扭矩传感器、采集卡等测试部件；软件部分基于labview图形化编程语言进行试验界面设计，可对整个试验过程进行实时控制与监控。该系统可以完成工业机器人用rv减速器的多项测试任务，在测量精度和工作效率方面较传统测试系统有所提高，但无法实现对测试过程的优化调度，测试效率提高有限。

3)、中国科学院大学的周鑫、马跃、胡毅在2015年第2期《小型微型计算机系统》上《求解车间作业调度问题的混合遗传模拟退火算法》，该文章提出了一种混合遗传模拟退火算法，结合了遗传算法与模拟退火算法优点，能解决的车间作业调度问题，使车间作业的最大完工时间最短。该文章提出的调度模型适用于多机器、多工序的作业调度，但工业机器人精密减速器测试过程属于单工位多任务调度，其调度模型的建立与该论文所述方法明显不同，其方法不适用于工业机器人精密减速器测试任务的调度。

4)、“一种测试任务调度方法”，专利号zl201610262281.7，该发明公开了一种测试任务调度方法，通过设置一定数量的测试任务队列，并为每个测试任务队列指定可入列测试任务的优先级范围，测试时根据各测试任务优先级添加到相应的测试任务的队列中。该发明仅根据测试中的项目优先级进行重新分配排列，并不能实质缩短测试时间，提高测试效率。

5)、“多任务的串行调度方法以及装置”，专利申请号201610130066.1，该申请公开了一种多任务的串行调度方法以及装置。其中，该方法包括：接收多任务的串行调度请求，根据当前串行调度的批次标识确定当前串行调度的配置信息，根据执行序号以及任务所属系统的标识对配置信息中的任务进行调度。该方法仅保证了任务变更时的调度及执行，对于工业机器人精密减速器测试任务的输入，并不能实现其优化执行的效果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法，该测试调度方法通过对选定的测试项目进行序列化分解，求出各测试项目之间优化关系，构建优化关系矩阵并进行相应处理，最后利用遗传算法求出最优测试路径并进行测试，从而减少测试时间、提高测试效率。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法，包括以下步骤：

步骤a、将所有可测试项目依据项目执行操作进行分解，建立所有项目的测试序列集；

步骤b、选择所需测试的工业机器人精密减速器测试项目，并设定其中部分项目测试先后顺序关系；

步骤c、建立所选项目的序列集，根据序列集求出各项目之间优化关系，并结合所设定项目先后顺序关系，填充确定优化关系矩阵，根据矩阵内元素值对矩阵进行进一步裁剪；

步骤d、根据裁剪后的优化关系矩阵，利用遗传算法求得最优路径矩阵，并还原对应最优测试序列；

步骤e、根据所解得最优测试序列，依次对工业机器人精密减速器进行性能测试。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

通过对测试过程进行调度建模，并利用遗传算法进行求解得到最优测试路径，最后根据所得最优路径的测试序列进行单工位的多任务测试，将极大缩短测试时间，提高测试效率。

附图说明

图1是工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法流程图；

图2是工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法实现过程详细流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，一种工业机器人精密减速器性能单工位测试建模调度方法，包括以下步骤：

步骤10、将所有可测试项目依据项目执行操作进行分解，建立所有项目的测试序列集；

步骤20、选择所需测试的工业机器人精密减速器测试项目，并设定其中部分项目测试先后顺序关系；

步骤30、建立所选项目的序列集，根据序列集求出各项目之间优化关系，并结合所设定项目先后顺序关系，填充确定优化关系矩阵，根据矩阵内元素值对矩阵进行进一步裁剪；

步骤40、根据裁剪后的优化关系矩阵，利用遗传算法求得最优路径矩阵，并还原对应最优测试序列；

步骤50、根据所解得最优测试序列，依次对工业机器人精密减速器进行性能测试；

1、步骤10中，如图2所示，所有测试项目中对精密减速器的执行操作可视为由基本测试单元组成，每个基本测试单元的种类由执行转速、执行转向、执行负载、执行时间4个部分决定，设步骤10中所有项目的执行单元集合为x，xi表示测试中m类执行单元中的第i类执行单元，有：

x＝{xi|xi＝(xsi,xli,xdi,xti)，i∈(1,m)}

设y为所有项目序列集合，y中任意的项目序列yj由x中元素所组成，t(yj)为项目序列所需测试时间，ki为序列yj中包含xi元素的数量，其满足：

2、步骤20中，根据不同测试需求选定测试项目，并可根据需求设定部分测试项目的先后顺序；

3、步骤30中，根据所选项目在y中取出对应项目序列，项目间优化关系计算公式为：

cij＝r(yi→yj)＝t(yj)-t(yi∩yj)

其中：cij为执行yi后yj的执行时间，r(yi→yj)为选中第i个项目yi指向第j个项目yj的优化后序列值，若步骤20中有设置项目执行的顺序，则不满足执行顺序的操作视为其执行过程不可优化，其对应cij值为+∞，将所有优化后序列值求出后可得矩阵c，其满足：

在矩阵c中补充起始节点，即首行补充入对应各项目自身序列长度值，并在首列填充0元素使其满足方阵，可得所选项目优化关系矩阵c'，其满足：

优化矩阵c'中若有非对角及非首列元素为0，则在c'中删去元素对应测试项目的行与列，裁剪后可得矩阵d：

其中：

dij≠0,i≠j&j≠1

4、步骤40中，路径矩阵r表示裁剪后的优化矩阵d中项目之间的优化连接顺序，其满足：

rij表示节点yj到节点yi的连接关系，其值为：

不同路径矩阵对应优化后测试时间应满足如下关系式：

t＝tr(r·d)

利用遗传算法，随机生成初代优化路径矩阵集，计算各自对应测试时间，选取优秀个体进行交叉变异，生成子代优化路径集；令子代优化路径集作为新一代遗传算法父代，重复执行上述运算操作；多代发展进化后，取最终子代中最优个体作为全局最优解，即最短测试时间对应的优化路径矩阵。

根据求得最优路径矩阵，即可根据步骤10与步骤30中项目序列集及交互计算过程还原出最优测试序列。

5、步骤50中，根据步骤40所获最优测试序列，还原相应测试操作并装机测试，即可完成所选项目的优化调度测试过程。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。