——RPM模塊（Robot Performance Measurement）
近年來，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展可以用如火如荼來形容，國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商不但在努力進(jìn)入長(zhǎng)久以來被四大家族（ABB，KUKA，F(xiàn)ANUC，YASKAWA）統(tǒng)治的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，在新興服務(wù)機(jī)器人行業(yè)、醫(yī)療器械以及3C行業(yè)也逐漸開始發(fā)力，市場(chǎng)前景非常廣闊。API針對(duì)中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)的需求，適時(shí)推出了RMS（Robot Metrology Solution）系統(tǒng)解決方案。
RMS硬件核心為API激光跟蹤儀Radian或OT2，同時(shí)支持多靶球方案和周邊附件，如API主動(dòng)靶標(biāo)，最新款A(yù)PI智能靶標(biāo)（6自由度傳感器）。RMS軟件為API美國(guó)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用做了大量復(fù)雜而細(xì)致的工作，從而提供了市面最好的實(shí)用性。我們將從今天開始連載介紹API機(jī)器人解決方案的原理和優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也介紹機(jī)器人性能評(píng)估，精度提高的方方面面。聯(lián)系：186-0138-1355
提到ISO9283標(biāo)準(zhǔn)，大家耳熟能詳，該標(biāo)準(zhǔn)全稱是“ISO9283:1998工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法”，對(duì)應(yīng)ISO9283的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在2003年更新了一次，全稱代號(hào)為GB/T 2642-2013，實(shí)際上繼承翻譯了ISO9283：1998的全部?jī)?nèi)容，隨著機(jī)器人行業(yè)的日新月異，這份機(jī)器人測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的地位越來越重要，成為評(píng)定機(jī)器人優(yōu)劣的唯一評(píng)定辦法。作為生產(chǎn)機(jī)器人測(cè)量設(shè)備和軟件的企業(yè)。 從今天起我們將分別對(duì)ISO9283：1998標(biāo)準(zhǔn)中的疑難問題，結(jié)合API RMS軟件中的RPM模塊進(jìn)行一次深入解讀。
1. 測(cè)試立方體區(qū)域的選取的問題。
ISO9283試驗(yàn)方法的第一步，就是測(cè)試立方體區(qū)域的選取。一旦選定，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和所有性能參數(shù)評(píng)估都在立方內(nèi)部來進(jìn)行，立方體中的任意兩個(gè)位置點(diǎn)之間都可以直線到達(dá)，而該區(qū)域內(nèi)相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)位置就是立方體對(duì)角線的兩端；我們可以這樣理解，機(jī)器人通常只會(huì)在一個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于其臂展的有限區(qū)域內(nèi)從事一項(xiàng)特定的工作，例如焊接和打磨，而不需要考慮距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)極限位置間的相對(duì)誤差（例如第一關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180度的情況），因?yàn)槿藗円话悴粫?huì)安排機(jī)器人在這樣的工位上進(jìn)行高位姿準(zhǔn)確度（注意不是位姿重復(fù)性）要求的作業(yè)，那樣的位置之間無法自由到達(dá)，無法按規(guī)劃工作路徑運(yùn)行，因此沒有太大實(shí)用價(jià)值（搬運(yùn)碼垛機(jī)器人會(huì)在極限位置間運(yùn)行但通常只要求位姿重復(fù)性）。
API RMS軟件關(guān)于確定試驗(yàn)立方體的思路是：在機(jī)器人基座坐標(biāo)系下沿著向量（1，1，1）方向同時(shí)移動(dòng)x，y，z，到達(dá)最大值位置，確定為頂點(diǎn)C1，然后再?gòu)腃1沿著向量（-1，-1，-1）同時(shí)移動(dòng)x，y，z，到達(dá)最小值位置，確定C7，從而確定立方體邊長(zhǎng)，檢查立方體的各條棱邊，如果機(jī)器人都可以直線方式全程自由運(yùn)行后，就可以完全確定立方體的位置和尺寸大小了。由于翻譯上的誤解，人們往往把CUBE一詞理解為正方體，而ISO9283也的確推薦了一系列正方體尺寸作為建議的試驗(yàn)值，實(shí)際上，機(jī)器人的工作尺寸在三個(gè)方向是不完全一致的，例如4軸SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）機(jī)器人，Z向?yàn)槁輻U驅(qū)動(dòng)，工作范圍明顯小于x，y向，此時(shí)顯然不能要求x和y向的試驗(yàn)區(qū)域也保持跟z一樣小，因此API RMS允許設(shè)置xyz三方向不同的邊長(zhǎng)。
RMS系統(tǒng)可以根據(jù)ISO9283標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)計(jì)算出試驗(yàn)立方體8個(gè)頂點(diǎn)的指令坐標(biāo)值繼而在試驗(yàn)對(duì)角面上縮減10%區(qū)域后計(jì)算得到五個(gè)測(cè)試點(diǎn)P1-P5的指令坐標(biāo)值（其他具體各項(xiàng)試驗(yàn)中需要用到的試驗(yàn)位置指令坐標(biāo)值也由軟件自動(dòng)生成）。
2. 測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)器人坐標(biāo)系對(duì)齊的問題。
說到機(jī)器人的性能，人們首先關(guān)心的就是位姿準(zhǔn)確性和重復(fù)性，在機(jī)器人控制器中輸入一個(gè)指令位姿，機(jī)器人到達(dá)后，測(cè)量實(shí)到位姿，如此重復(fù)多次，再經(jīng)過一系列統(tǒng)計(jì)學(xué)公式計(jì)算，就得到空間位姿準(zhǔn)確度和位姿重復(fù)性指標(biāo)。但問題是實(shí)到位姿由測(cè)量系統(tǒng)提供，測(cè)量系統(tǒng)一開始并不知道如何將測(cè)量系統(tǒng)的坐標(biāo)系變換到機(jī)器人基座坐標(biāo)系，這需要將測(cè)量系統(tǒng)對(duì)齊到機(jī)器人坐標(biāo)系。
為了對(duì)齊測(cè)量系統(tǒng)，我們需要讓機(jī)器人運(yùn)行到若干個(gè)參考位置（通常是4個(gè)），記錄參考位置的測(cè)量值（三維坐標(biāo)），和指令值（同樣是三維坐標(biāo)），通過對(duì)這兩組坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘擬合，得到一個(gè)矩陣變換，有了這個(gè)矩陣，以后就可以將測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值乘以這個(gè)矩陣得到機(jī)器人坐標(biāo)系下坐標(biāo)值，從而每個(gè)位置都可以與指令值進(jìn)行比較，計(jì)算出位姿準(zhǔn)確度和重復(fù)性，不難看出，參考位置的選取，會(huì)大大影響位姿準(zhǔn)確度的結(jié)果，實(shí)際上我們?cè)u(píng)估的位姿準(zhǔn)確度，就是P1-P5這五個(gè)點(diǎn)相對(duì)于參考位置的誤差，因?yàn)閰⒖嘉恢糜糜趯?duì)齊，也就被假設(shè)為沒有誤差（參考位置相互之間的相對(duì)誤差則由最小二乘擬合計(jì)算包容），我們可以理解為用尺子去量一個(gè)長(zhǎng)度時(shí)，用零刻度對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)，在終點(diǎn)處讀取長(zhǎng)度，那么這個(gè)參考位置就是尺子的零刻度，如此說來，參考位置如果選在離測(cè)量點(diǎn)近的地方，位姿準(zhǔn)確度結(jié)果就會(huì)小一些，而參考位置如果選擇遠(yuǎn)一些，結(jié)果通常就會(huì)大一些。
一些廠商的ISO9283測(cè)試軟件直接用P1-P5作為對(duì)齊參考點(diǎn)，這就相當(dāng)于自己既做運(yùn)動(dòng)員又做裁判員，位姿準(zhǔn)確度結(jié)果實(shí)際上得到的是P1-P5相互之間的距離誤差，并非基于參考位置的絕對(duì)誤差，另一些軟件則是隨意選取參考位置做對(duì)齊，這樣得到的結(jié)果完全是隨意的，改變參考位置，結(jié)果就完全不同了。其實(shí)關(guān)于參考位置的選取，標(biāo)準(zhǔn)中給出了原則，而且具體舉例說明，就是說在測(cè)量平面為C1-C2-C7-C8時(shí)，用于對(duì)齊的參考點(diǎn)應(yīng)該為與之相對(duì)的另一個(gè)對(duì)角面C3-C4-C5-C6。這樣做可以完全體現(xiàn)出立方體整體的形狀誤差。
未完待續(xù)，敬請(qǐng)期待！??！
