走近機(jī)器人產(chǎn)業(yè)

在全球科技飛速發(fā)展钝摧、智能化快速覆蓋的今天，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的地位：

在提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量方面，機(jī)器人能夠自動化完成重復(fù)性工作啦吧，提高制造速度，減少人工錯誤拙寡，確保產(chǎn)品精度和質(zhì)量授滓；在人身安全保護(hù)方面，機(jī)器人可在高危環(huán)境下作業(yè)肆糕，替代人類完成危險任務(wù)般堆，保障人員安全；推動產(chǎn)業(yè)升級方面诚啃，機(jī)器人的廣泛應(yīng)用有助于推動傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型淮摔，提升產(chǎn)業(yè)整體競爭力；創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值方面始赎，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦可帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)步和橙，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價值。        

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)造垛，不僅是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的代表魔招，更是推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化變革的關(guān)鍵力量；對于推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展杰泡、提升產(chǎn)業(yè)競爭力也具有重要意義蓄稠。    

中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及高質(zhì)量的應(yīng)用需求

現(xiàn)階段，中國已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費市場朋丢，且市場規(guī)模仍在持續(xù)擴(kuò)大译拿。與此同時，機(jī)器人國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加大频咨，在精密減速機(jī)府贰、控制器秦砌、伺服系統(tǒng)、校準(zhǔn)標(biāo)定等領(lǐng)域已有里程碑式的突破经聊。伴隨著應(yīng)用領(lǐng)域的加速拓展以及使用需求的不斷提升，對于機(jī)器人的性能的要求也在不斷提高匹惊，這就需要在生產(chǎn)制造乃至研發(fā)時守譬，將誤差、重復(fù)性等關(guān)鍵指標(biāo)控制在最優(yōu)凛忿。由此澈灼，對于在各環(huán)節(jié)所進(jìn)行的測量要求標(biāo)準(zhǔn)就更為嚴(yán)苛。   

工業(yè)機(jī)器人與人形機(jī)器人校準(zhǔn)典型解決方案

結(jié)合來自中國中央電視臺《新聞聯(lián)播》欄目的報道店溢，下文對現(xiàn)階段市場上發(fā)展與應(yīng)用熱度較高的“工業(yè)機(jī)器人”以及“人形機(jī)器人”的測量校準(zhǔn)做進(jìn)一步地介紹叁熔。     

圖1：中國中央電視臺“新聞聯(lián)播”欄目對于中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的報道截圖   （2025年2月12日期）

以下對機(jī)器人的測量校準(zhǔn)，均使用API品牌凝聚近半個世紀(jì)技術(shù)積淀研發(fā)并呈現(xiàn)的測量科技產(chǎn)品：最新一代的Radian系列激光跟蹤儀床牧，配合API自主研發(fā)的RMS機(jī)器人校準(zhǔn)軟件，以及相關(guān)功能附件實現(xiàn)并完成戈咳。          

圖2：API品牌Radian系列激光跟蹤儀

圖3：各附件及功能簡述

對于工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)

檢測及標(biāo)定概述 

API檢測校準(zhǔn)系統(tǒng)可對工業(yè)機(jī)器人實現(xiàn)：位姿準(zhǔn)確度和重復(fù)性檢測、多方向位姿準(zhǔn)確度變動著蛙、距離準(zhǔn)確度和重復(fù)性删铃、位置穩(wěn)定時間和超調(diào)量、位姿漂移特征踏堡、互換性猎唁、軌跡準(zhǔn)確度和重復(fù)性、重定向軌跡準(zhǔn)確度囤檐、拐角偏差门烧、軌跡速度特征、最小定位時間膊护、靜態(tài)柔順性鹅棺、擺動偏差，這14項性能檢測淋渤。   

檢測時脂性，只需根據(jù)需求在工業(yè)機(jī)器人末端部署相應(yīng)的激光接收裝置，即可啟動激光跟蹤儀荷十，并自動完成全套流程的檢測與評估汹振。  

Radian激光跟蹤儀會射出激光，并將激光鎖定至固定在執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端的靶球（或靶標(biāo)）中心，工業(yè)機(jī)器人在其運動范圍內(nèi)移動的同時沼津，激光跟蹤儀會實時記錄下點位坐標(biāo)或軌跡，并反饋至PC中的RMS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析及評估科绣。   

通過機(jī)器人真實運動位置與其理論位置相比較殿姑，即可得到運動的偏差，從而針對這些偏差進(jìn)行補償肯适，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)定变秦。         

實際操作

在只對機(jī)器人定位精度有校準(zhǔn)需求時，可使用Radian激光跟蹤儀+高精度靶球（SMR）以及RMS機(jī)器人檢測軟件的方案實施標(biāo)定作業(yè)：在機(jī)器人末端布設(shè)一個高精度SMR靶球框舔，即可開始檢測工作蹦玫。（請參考：圖3左1）        

在有6自由度（6DoF – X/Y/Z/偏擺角/俯仰角/滾動角）檢測需求時候，可以加配多靶球工裝至機(jī)器人末端刘绣，并布設(shè)3個高精度SMR靶球樱溉，機(jī)器人在每一個待檢測位置停留時，分別測量3個靶球额港，從而可以計算得到該位置的6DoF數(shù)據(jù)信息饺窿。（請參考：圖3左2）        

在有動態(tài)（軌跡）連續(xù)采點測量需求時，則可適用ActiveTarget活動靶標(biāo)配合跟蹤儀實現(xiàn)測量移斩。測量時，跟蹤儀激光射入ActiveTarget活動靶標(biāo)的接光口绢馍，而ActiveTarget活動靶標(biāo)也會同時自動反向鎖定激光束向瓷，即便快速、大角度移動歇肖，也會始終保持以最佳姿態(tài)鎖定激光束夜川，不會斷光，從而為軌跡測量提供了良好的性能保障役寡。（請參考：圖3右2）        

在進(jìn)行動態(tài)6DoF數(shù)據(jù)采集時麻百，則可使用API專利的STS（SmartTrack Sensor）六維傳感器實現(xiàn)。STS六維傳感器在ActiveTarget活動靶標(biāo)的功能基礎(chǔ)上超棚，還具備6自由度數(shù)據(jù)的采集能力拴猖。（請參考：圖3右1）        

測量時，操作者將Radian激光跟蹤儀布設(shè)在待測工業(yè)機(jī)器人周邊合適位置应惠，將相應(yīng)的靶標(biāo)固定于機(jī)器人末端伐蔚，機(jī)器人按照預(yù)設(shè)程序跑完待測點位，在每個待測點位停頓時（進(jìn)行軌跡測量時可無需停頓）天尤，Radian激光跟蹤儀即以1000點/秒的測量速率記錄下該位置坐標(biāo)傳輸至軟件端谁意，后與標(biāo)準(zhǔn)值做比較，得出偏差擦钾，完成補償料潘，實現(xiàn)標(biāo)定抽碌。從設(shè)備布設(shè)到完成標(biāo)定决瞳、復(fù)查咬展，用時不超過1.5小時，同時滿足精準(zhǔn)與高效的測量要求破婆。

工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定現(xiàn)場

圖4：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場（使用單一靶球）          

圖5：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場（配合多靶球工裝）           

圖6：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場（使用ActiveTarget活動靶標(biāo)）  

圖7：機(jī)器人標(biāo)定作業(yè)現(xiàn)場（使用STS六維傳感器）

對于人形機(jī)器人的測量標(biāo)定

測量標(biāo)定概述述

對于人形機(jī)器人的測量胸囱，主要是需要對其運動過程祷舀，即自由狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)下機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行監(jiān)測分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)烹笔，提高運行中的穩(wěn)定性裳扯。其中，CoG（重心地面投影點）谤职、 ZMP（零力矩點）和CoP（壓力中心）是評價雙足步行機(jī)構(gòu)行走穩(wěn)定性的重要參數(shù)饰豺，通過記錄參數(shù)的變化，通過分析冤吨，來改善和提升機(jī)器人性能。    

圖8：人形機(jī)器人靜止及動態(tài)行進(jìn)時的重心投影與ZMP示意

傳統(tǒng)測量方法

傳統(tǒng)測量方法帆田，采用安裝在腳部的六維力/力矩傳感器檢測出地面反力信息训寝，計算得到CoP，通過獨特的姿態(tài)控制同時調(diào)整軀干姿態(tài)和腳部姿態(tài)般蚪，進(jìn)而保持ZMP和CoP 在行走過程中始終處于合適的位置恨蒙，實現(xiàn)穩(wěn)定行走。但由于機(jī)器人自身重量原因恶稼、或由于處在負(fù)載狀態(tài)下教够，其雙足自身結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化尚未考慮進(jìn)去，導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)失真沪蜕，進(jìn)而影響整體試驗效果杠捂。  

API測量方案

基于人形機(jī)器人的實際結(jié)構(gòu)、尺寸昔永、重量狱揩、步態(tài)規(guī)劃等特點，可使用Radian Pro激光跟蹤儀實時監(jiān)測機(jī)器人腿部節(jié)點缺钓，軟件自動完成數(shù)據(jù)采集和計算彻犁，全面分析機(jī)器人雙足結(jié)構(gòu)變化和空間六維（6DoF）姿態(tài)，保證測量數(shù)據(jù)的真實性。

測量時汞幢，在Radian Pro激光跟蹤儀安置完畢后驼鹅，將各靶標(biāo)球（SMR）固定在機(jī)器人測量節(jié)點，通過使用Radian的Teach-to-Drive功能森篷，會迅速自動測量并記錄下各測量點的空間3維坐標(biāo)输钩；通過若干個空間點，即可在軟件中構(gòu)建相應(yīng)的線仲智、面买乃、體，從而精準(zhǔn)分析各個標(biāo)的之間的包括平行度钓辆、平面度剪验、垂直度、直線度前联、角度分度等等諸多種類的位置關(guān)系功戚，由此計算出各關(guān)節(jié)相對于機(jī)器人各姿態(tài)下的六維參數(shù)和CoG，并將測量結(jié)果實時反饋橱孽。    

方案亮點

在整個測量過程中拥臼，需要多次交替測量機(jī)器人自由狀態(tài)及負(fù)載狀態(tài)時的數(shù)據(jù)參數(shù)，并比較兩種狀態(tài)下機(jī)器人腿部機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的變形愁豆。由于機(jī)器人本身自重較大（大于150公斤）搭奄，雙足交替行進(jìn)的這一過程中，會有不穩(wěn)的狀態(tài)出現(xiàn)则徒，若采取通常的測量方式氛坪，每次采集數(shù)據(jù)時都需觸碰機(jī)器人本身，就額外造成了機(jī)器人的位置變化冠幕，造成測量數(shù)據(jù)的不精準(zhǔn)。        

而使用Radian Pro激光跟蹤儀的測量方案的亮點正在于：測量過程中纽债，無需人為干預(yù)雇蚁，自動測量、自動分析并反饋結(jié)果倚痰。    

圖9：Radian Pro激光跟蹤儀iVision功能展示    

實施過程

Radian Pro激光跟蹤儀內(nèi)置有iVision智能攝像頭讥高，具備多靶球自動識別、和快速排序編程的能力系谐。測量時巾陕，在機(jī)器人上設(shè)置多個監(jiān)測點，使用Teach-to-Drive功能自動編號識別并完成測量纪他。隨后鄙煤，根據(jù)要求進(jìn)行快速數(shù)據(jù)比對分析。iVision智能相機(jī)具備大視場角識別范圍，可以在實驗室狹小的空間范圍內(nèi)精準(zhǔn)識別布置于機(jī)器人上的各監(jiān)測點梯刚，快速自動完成測量凉馆。即使機(jī)器人進(jìn)行較大范圍移動，基于iVision的大范圍識別能力亡资，只要跟蹤儀相機(jī)識別到之前測量的監(jiān)控點中的其中三個點澜共，就可以自動擬合定位預(yù)知其它待測點的相對位置，完成測量并對測量點進(jìn)行排序锥腻，隨即通過軟件完成建立坐標(biāo)和分析計算嗦董。   

由于機(jī)器人腿部機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量中瘦黑，采用0.5英寸小靶球作為測量點京革。其中選取機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的部位布置3個靶球，（該部位為整塊剛性結(jié)構(gòu)件祟勿，在各種狀態(tài)下都不會變形）停柬，利用這三個點建立坐標(biāo)系，采集其余點在該坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值耀旅。然后變更機(jī)器人的狀態(tài)盯糠，進(jìn)行測量，同樣利用之前的三個點建立坐標(biāo)系傅女，得到其它點在該坐標(biāo)系下的值洁揽，并與之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。測量過程全部為自動完成原酷，無需人為干預(yù)杉轿。

圖10：測量點布設(shè)示意

結(jié)論

實踐證明，API品牌的Radian系列激光跟蹤儀以微米級別的測量精度蔼俐、大尺度的測量范圍昏络、簡潔友好的人機(jī)交互界面等性能及特征，可助力各類工業(yè)機(jī)器人币席、協(xié)作機(jī)器人慕然、人形機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等的測量診斷與校準(zhǔn)標(biāo)定佑钾，精準(zhǔn)與高效兼得西疤！       

圖11：API總部大樓

關(guān)于 API

API品牌由Kam Lau博士在1987年創(chuàng)立于美國馬里蘭州的羅克韋爾，是激光跟蹤儀的發(fā)明者休溶，同時持有多項全球領(lǐng)先測量科技的專利代赁，是精密測量科技領(lǐng)域的引領(lǐng)者；API自成立以來兽掰，始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測量儀器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)芭碍，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各國的先進(jìn)制造領(lǐng)域徒役，并在坐標(biāo)測量和機(jī)床性能測試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于領(lǐng)先地位。           

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