[0001] 本发明涉及SCARA机器人技术领域，尤其是涉及一种基于多激光跟踪仪的双臂机器人性能测量方法。

[0002] 机器人是实现智能制造和数字化工厂的核心装备之一。各应用领域对机器人的精度要求越来越高，机器人性能测量对于机器人产业质量提升具有重大的现实意义。目前，对于出厂或者使用环境发生重大变化的机器人一般使用国标《GB/T 12642-2013工业机器人性能规范与试验方法》进行性能测量及精度保证。该性能规范主要针对单臂机器人规定了判定工业机器人性能等级的14项参数指标及其对应的试验方法，比如位姿准确度和位姿重复性、距离准确度和距离重复性、轨迹准确度和轨迹重复性、位置稳定时间等。

[0003] 根据国际机器人组织(IFR)的2018年的产业调查报告，人机协作成为机器人产业的一个重要发展方向，仿人的双臂机器人大规模增长。双臂机器人是指采用一套控制系统，控制两套单臂完成一项或一组操作任务的工业机器人。对于双臂机器人的性能测量，由于标准缺失，行业内普遍参照《GB/T 12642-2013工业机器人性能规范与试验方法》进行性能测量。然而，针对单臂机器人的性能测量方法不但无法实现双臂的同时测量并获得双臂机器人的联动性能指标，而且存在测量精度不达标、测试过程耗时长等问题。

[0046] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

[0047] 如图1、图2、图4所示的实施例是一种基于多激光跟踪仪的双臂机器人性能测量方法，包括如下步骤：

[0048] (1-1)建立双臂机器人工具坐标系；

[0049] 双臂机器人包括安装在底座9上的第一机械臂1、第二机械臂2和处理器3，第一机械臂和第二机械臂均包括6个关节，6个关节从下向上依次排序为第1关节至第6关节，还包括示教器4、2个激光跟踪仪5、上位机6和控制器7；处理器分别与示教器、第一机械臂和第二机械臂电连接，控制器分别与示教器、上位机和2个激光跟踪仪电连接，两个机械臂的第6关机末端均安装有法兰盘8；

[0050] 将每个法兰盘上端的中点所在位置作为TCP点，2个激光跟踪仪分别对第一机械臂和第二机械臂的TCP点进行记录；处理器控制每个机械臂的第5关节移动5个点，再控制第6关节移动5个点，则TCP点移动了10个位置；每个激光跟踪仪记录下与其对应的第一机械臂或第二机械臂的10个TCP点的位置数据p(i)＝(px(i)，py(i)，pz(i))，从示教器上读取10个TCP点的位姿数据n(i)＝(nx(i)，ny(i)，nz(i))；i为TCP点的10个位置的序号；

[0051] 通过矩阵的转换关系以及圆的拟合方程构建方程组，利用迭代法求解TCP点的坐标(x，y，z)，得到TCP点的位置相对于末端法兰中心点的位置转换矩阵M为：

[0052]

[0053] (1-2)建立激光跟踪仪和机械臂的基坐标系之间的坐标转换关系；

[0054] 处理器控制双臂机器人在空间中任意移动10个点，在移动的过程中，做到点位的空间平均分布，姿态任意变化；

[0055] 2个激光跟踪仪记录对应的机械臂的TCP点的位置数据，得到10组TCP点的位置数据p’(i1)＝(px’(i1)，py’(i1)，pz’(i1))，同时从机器人示教器上读取TCP点的位置数据n’(i1)＝(nx’(i1)，ny’(i1)，n’z(i1))；i1为TCP点的10个位置的序号；

[0056] 根据坐标系转换关系T*A＝B构建方程组，求解激光跟踪仪与机械臂的基坐标系之间的转换矩阵T；

[0057] 其中，A是由示教器中读取的TCP点在基坐标系中的位置信息所组成的矩阵，B为双臂机器人的TCP点在激光跟踪仪的测量坐标系下的位置信息组成的矩阵。

[0058] (1-3)统一公共的基坐标系；

[0059] (1-3-1)如图5所示，假设公共的基坐标系设置在底座上，将两个机械臂下端中心点连线的中点O1作为公共的基坐标系的原点，在O1处放置一个靶球；

[0060] (1-3-2)用1个激光跟踪仪测量靶球的位置，将靶球移动至第一机械臂的法兰盘上端中点上，测量靶球的位置信息；利用矩阵转换关系构建方程T1*R1*A＝M1，计算未知的公共基坐标系与第一机械臂的基坐标系之间的转换矩阵T1；

[0061] 其中，M1为激光跟踪仪测量的O1的坐标信息构成的列向量，R1为第一机械臂的下端与第一机械臂的法兰盘上端中点之间的转换矩阵；

[0062] (1-3-3)在O1处放置一个靶球，用另1个激光跟踪仪测量靶球的位置，将靶球移动至激光跟踪仪对应的第二机械臂的法兰盘上端中点上，测量靶球的位置信息；利用矩阵转换关系构建方程T2*R2*A＝M2，计算未知的公共基坐标系与第二机械臂的基坐标系之间的转换矩阵T2；

[0063] 其中，M2为激光跟踪仪测量的O1的坐标信息构成的列向量，R2为第二机械臂的下端与第二机械臂的法兰盘上端中点之间的转换矩阵。

[0064] (1-4)机器人性能测量点位规划；

[0065] 按照《GB/T 12642-2013工业机器人性能规范与试验方法》的要求，结合双臂机器人的实际工作范围，选择测试立方体和测试平面，并在测试立方体和测试平面内选择5个点，控制双臂机器人分别移动至5个点；在进行测量点位规划的过程中，要求双臂在运动的过程中不存在冲突。

[0066] (1-5)利用激光跟踪仪和I/O同步技术对双臂机器人同时测量；处理器根据(1-4)中的5个点进行移动，5个点测量完毕，完成1组测量，重复测量30次，完成30组测量；

[0067] 其中，机器人每移动至一个点，对应的激光跟踪仪进行测量并记录测量的位置数据，上位计算机通过TTL触发技术控制控制器给激光跟踪仪发送测量指令，保证双臂机器人的双臂同时测量，从而避免了时序点混乱造成的精度损失。

[0068] (1-6)数据处理并生成测试报告。

[0069] 《GB/T 12642-2013工业机器人性能规范与试验方法》详细说明了机器人性能测量的14项指标的计算方法。以机器人位姿重复性指标的计算为例，其表示对同一指令位姿重复响应n次后实到位姿的一致程度，(xj，yj，zj)表示第j次移动时激光跟踪仪记录的位置数据 表示的是n次移动激光跟踪仪记录的平均位置，计算公式如下所示：

[0070]

[0071] 式中，

[0072]

[0073] 除了国标规定的评测工业机器人的14项性能测量指标之外，双臂机器人更注重其联动性能。测试报告应该严格按照报告的编写准则书写，包含用户需求的所有性能测量项目。

[0074] 如图3所示，用软件对双臂机器人的性能测量结果进行图形化显示，可以直观地表示出各性能试验项目的结果以及变化趋势。

[0075] 应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。