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模块九工业机器人红外测量系统应用目录CATALOGUE学习背景学习地图学习目标学习任务学习拓展01学习背景学习背景测量优势红外测量采用非接触式方式，不会干扰工业机器人运动操作，可降低设备磨损与损坏风险，且已应用于机器人本体标准化性能测试。模块核心本模块主要涵盖机器人测试基础知识、性能测试准备、性能测试及性能标定四大核心内容。02学习地图学习地图03学习目标学习目标坐标认知能够理解机器人坐标系与视觉测量坐标系之间的内在关联，明确两者的适配逻辑。程序编写软件操作能够对照工业机器人性能指标，按照规范正确编写机器人测试程序。熟练掌握性能测试软件的操作方法，能够按照测试要求正确操作软件完成测试。报告撰写能够规范撰写机器人测试报告，注重报告中测试数据的真实性与准确性。04学习任务单元1机器人测试基础知识坐标系与坐标转换世界坐标系双目视觉测试系统基于极坐标测量原理，通过采集空间标定杆数据计算坐标；其他笛卡尔坐标系（KCS和PCS）的建立都是参照世界坐标系WCS来建立的。坐标转换建立视觉测量坐标系和被测机器人坐标系的转换关系，实现测量和机器人坐标统一，构建高精度仿真平台；工具标定实现TCP标定，使机器人围绕重心进行笛卡尔坐标运动。坐标系关节坐标系以各轴机械零点为原点，纯旋转；机器人坐标系KCS用于正逆向运动学，是基础笛卡尔坐标系；基坐标系有零点，操作杆控制机器人移动；工具坐标系TCS随工具移动。030201位姿测量模式在机器人工作空间立方体中，优选平面，选五个测量点，距离顶点为对角线的；立方体应位于常用部分，具最大体积，棱边平行机座；其他轴运动范围较小时，可用长方体代替。位姿定义机器人摆放与调节按图5-3摆放机器人与三维红外摄像头；恢复机器人零位，调节末端姿态使靶球朝向摄像头；在世界坐标系下，使用示教器控制机器人末端往X方向运行，记录X值。测试范围记录恢复机器人零位，调节末端姿态使靶球座朝向摄像头；往-Y,+Y,-Z,+Z方向记录坐标值，示教器报警后清除警告，继续操作；记录范围应满足图5-4示意的机器人工作空间。立方体尺寸确定三方向的范围约为边长一般优选250、400、630、1000mm中最大的立方体；但因靶球座存在，有时需选300mm；建议留点空间余量，因测量平面和选用平面存在偏移。测量点与理论值确定点，取可行运动范围内的中间点，测量点的理论坐标值为表5-2所示；使用示教器的“轴操作键(XYZABC)”，将机械臂示教到接近理论值，再调整使靶球座朝向摄像头。机器人位姿示教关闭电机，放置maker靶球，朝向三维红外摄像头；重复第10步，完成5个位姿的示教，确保所有靶球均朝向摄像头；ABB机器人示教器支持手动修改位置点信息。位姿定义表5-3列出了位置点信息，包括点、X、Z、A、B、C的坐标；中心点、右上、左上、左下、右下分别为不同的位姿；完成后，新建程序，添加下述示例指令。位置点信息程序指令示例中，使用MoveJ和MoveL指令以PTP和直接插补方式移动机械臂至不同目标位置，速度均设置为v100；低速下单步运行，调整点位姿确保机械臂正常运行。指令示例与运行位姿定义测试轨迹选用一般测试轨迹选用平面上直线轨迹或大圆轨迹，小圆轨迹直径为同一平面大圆直径的，圆心为。程序画圆需3或4个点，用户可选择圆上的任意点或从默认设置中获取。轨迹直径与圆心测试轨迹选择时，直线轨迹可选特定范围；大圆轨迹直径与立方体边长相等，圆心为；小圆轨迹直径为大圆直径的，圆心为。用户可根据需要选择不同的轨迹和参数。轨迹定义单元2性能测量准备软件准备运行相关软件依次打开Broker、MeasureSystem、Arts6025软件，按图5-7至图5-10所示界面操作，双击快捷图标即可启动对应软件。连接硬件打开ARTS6025软件后点击连接设备按钮，在图5-11所示配置界面中，选择device_premax6025并点击连接，以建立与硬件的通信连接。IP设置在工具栏中选择streaming，在LocalInterface中选择固定ip128.128.128.21；同时将BroadcastFrame设置成On，UpAxis设置成Y-up。030201坐标转换在ARTS6025软件中，选择“设置”菜单——“坐标转换”，打开“坐标转换”对话框，进行工具坐标系的设定和转换。工具标定示教器操作示教器上，工具坐标系选“0”系或“tool0”系；用示教器“轴操作键”(安川、埃斯顿等)或操纵杆（ABB）移动机械臂到零位。工具标定设置在软件中，按照图中1-6的标识输入相关信息，包括第五轴的杆长、工具坐标系方向、机器人五轴运动数据等。点击“计算”按钮，获得工具标定的结果，把结果(XYZ)输入到机器人的工具坐标系中并将其使用，提高测量精度。工具标定结果在工具坐标系下，通过切换XYZ轴并运动机器人，观察X轴位移，验证TCP的精确性；轴-Y、轴-Z验证方法相同。工具标定验证工具标定坐标准值示教器与坐标示教器上，工具坐标系选上述第一步工具标定后添加的工具坐标系；用示教器“轴操作键(XYZABC)”或者操纵杆移动机械臂到任一位置。测量当前TCP尽量取最大工作范围的5个点，在“示教器”位置分别输入示教器上显示当前的位姿X、Y、Z；尽量使Maker靶球朝向三维红外摄像头。添加与计算点击“测量”按钮，测量当前TCPMaker靶球位置；点击“添加”按钮；用示教器“轴操作键(XYZABC)”移动机器人，改变X、Y、Z位姿。坐标准值坐标准值要求所示教的点，能涵盖机器人的运动范围，越大越好，要求位姿间的X、Y、Z有比较大的变化，a、b、c略作改变即可。坐标准值确定建议测5-7个点，点击“计算”按钮，获得机座坐标系与测量坐标系的变换关系；点击“确定”，完成坐标准值，涵盖机器人运动范围。姿态标定重要性在工业机器人性能测试中，姿态标定是确保机器人工具坐标系精确对准目标位置的关键步骤，涉及精确测量和调整，以确保与目标位置的一致性。靶球位置测量姿态标定步骤姿态标定姿态标定以靶球为基准，测量其位置以确定工具坐标系与靶球间的关系，从而精确标定机器人工具坐标系，为提高操作精度和可靠性提供稳定参考。示教器选“1”系，移臂至清晰位，设欧拉角转换，击转换，自动校准工具坐标系与靶球位置，确保工具坐标系精确对准，完成姿态标定。默认情况下，软件依据《GB/T12642-2013/ISO9283：1998》标准对所有参数进行初始化，通常只需修改立方体尺寸和P1点坐标，其余采用默认参数。软件初始化参数点击“确定”按钮关闭分析参数对话框，软件将初始化所有的指令位姿，确保测试前参数准备就绪，无需额外调整。位姿测试参数设置基本参数设定位姿修改操作在软件界面左侧功能列表中点击“位姿”，在“位姿”窗口右下方的“指令位姿”表格中修改位姿XYZABC。位姿形式修改若机器人位姿以其他形式表示，在表格中点击鼠标右键，弹出右键菜单选择位姿形式，输入对应数值，点击“确定”后自动转化。指令位姿修改单元3性能测量示教编程说明测量与示教位姿定义后，机器人按直线运动，每指令后延时3秒，循环次数依软件设定，可设无限循环，测试软件自动停，但机器人需手动停。位姿测试条件位姿测试设定负载为额定100%，速度分三档（50%、10%额定速度），循环次数30次，负载降至10%时可选，速度同样分三档，确保全面评估机器人性能。示教程序示例通过FOR循环实现多次位姿移动与延时，示例程序涵盖从P5至P1的直线运动，以及P1至P5的循环，确保每段运动后均有3秒延时，模拟实际测试场景。正式测试设置位姿测试条件，输入指令位姿坐标并转换欧拉角，机器人运行后自动生成测试结果，包括位姿准确度、重复性及姿态准确度等详细指标，评估机器人性能。位姿测试多方向位姿测试示教编程说明：多方向位姿测试涵盖P4、P2、P1等位姿，支持次数与位姿循环，直线运动，每指令后延时3秒，循环次数与软件设定一致，采集完数据后自动停止。示教程序示例：通过FOR循环实现多次位姿移动与延时，示例程序涵盖从p1至p4的直线运动，并包含多个位姿变换，确保每段运动后均有3秒延时，模拟实际测试场景。多方向位姿准确度变动测试条件：测试设定负载为额定100%，速度分50%和10%两档，针对P1至P2至P4的位姿进行3次循环测试，并可选负载降至10%，全面评估机器人性能。正式测试：在“多方向位姿”窗口右侧设置测试参数，输入指令位姿坐标并转换欧拉角，机器人运行后自动生成测试结果，包括多方向位姿准确度及姿态准确度等指标。示教编程说明设定测量与示教位姿为P2、P4，采用直线运动，每指令后延时3秒，循环次数与软件设定一致（可无限循环），软件自动停止后需手动停止机器人。示教程序示例通过FOR循环实现从P2至P4的直线运动，并包含多个位姿变换，每个循环内包含两次移动与两次延时，模拟实际测试中机器人从一点至另一点的运动。距离测试条件距离测试条件设定负载为额定，速度为额定速度，针对P2至P4的位姿进行35次循环测试，全面评估机器人在这些位姿间的运动性能与距离测量准确性。正式测试在“距离”窗口右侧设置测试参数，并输入指令位姿坐标及欧拉角转换关系，机器人运行后自动生成距离准确度、重复性及距离姿态准确度等测试结果。距离测试01020304示教程序示例：稳定性测试包括位置稳定时间和位置超调量，需循环测试3次并分别计算平均值和最大值，门限带可设为位姿重复性或制造商规定值，程序示例中循环测试3次。02稳定性测试条件：稳定性测试设置中，负载为100%额定负载，速度分别为额定速度50%和10%，位姿为P1，循环次数3次，负载降至10%时，速度与位姿设置同上，循环次数仍为3次。03正式测试：设置稳定性测试参数，包括名称、负载、速度，并输入P1点的坐标，机器人停留在P2点后开始测试，自动运行并生成结果，包括位置稳定时间和位置超调量，可插入门限带值。04示教编程说明：测量P1位姿，示教P2、P1，P2→P1为示教顺序，直线运动，P1后延时6s，P2后无需延时，循环次数可设为无限或软件预设值，软件自动停止后需手动停止机器人。01稳定性测试位姿特性漂移测试示教程序示例位姿特性漂移测试包括位姿准确度漂移和位姿重复性漂移，通过循环测试并计算漂移量来评估机器人性能，程序示例中循环测试10次，每次移动至P1并等待6秒。正式测试设置位姿特性漂移测试参数，包括名称、负载、速度，输入点位坐标并选择欧拉角转换关系，点击开始测试，完成后软件自动停止并显示结果，包括位姿准确度漂移和位姿重复性漂移。示教编程说明测量位姿为P1，示教位姿为P2、P1，示教顺序P2→P1，直线运动，每条指令后延时，与软件暂停时间一致，循环次数可设为无限或软件预设值，软件停止后需手动停止机器人。030201示教编程说明：互换性测试涉及P1至P5五点，位姿对所有机器人相同，由首台机器人设定并在其他机器人上保持；测试在五台同型号机器人上进行，负载和速度均为100%。正式测试：互换性测试首先对第一台机器人进行位姿编程，并通过软件界面左侧的“位姿”测试功能进行初次测试；随后，使用第二台机器人并加载第一台机器人的程序进行第二次测试。互换性测试：重复第三至第五台机器人进行测试；在“互换性”窗口右侧设置测试参数；点击“开始”按钮后，软件将导入位姿测试文件并计算互换性结果；最终在窗口右上角显示互换性测试结果。互换性测试条件：互换性测试设置中，负载和速度均为100%，位姿为P1至P5的连续循环，每台机器人循环次数30次，共测试5台机器人。互换性测试示教编程说明测量直线与圆轨迹，延时指令加于轨迹程序首尾，暂停时间与软件设置一致；直线轨迹起点开始，圆形轨迹涵盖半圆并设定中间位置为到达点。轨迹设置以直线轨迹为例，设置测量与示教位姿均为P3、P5，示教顺序P3至P5，运动方式为直线，延时指令位于每条指令后，延时时间设为3s，循环次数可无限或设定。示教程序示例直线示例程序循环10次，从p3至p5移动并延时；画圆示例程序先至p1，再循环10次以p71、p81为起点，经圆周p91至p61移动并延时，完成圆轨迹。正式测试设置轨迹测试参数，输入起始点坐标并计算，机器人自动运行并生成测试结果，包括速度、轨迹、精度及速度准确度、重复性、波动等数据。轨迹测试01020304示教编程说明第一条指令和最后一条指令后面都要加延时指令，延时的时间设置与软件“分析参数”中设置的暂停时间一致，中间要变换姿态。重复定向轨迹测试示教程序示例示例1仅含NOP与END指令，示例2中启动电机、设置速度与加速度，并声明整数变量i，但主函数体为空，可能为不完整或错误示例。正式测试设置重复定向轨迹测试参数，包括名称、负载、速度，并输入起始点坐标进行计算；机器人自动运行并生成测试结果，包括时间、速度及轨迹精度等数据。拐角偏差测试示教编程说明测量拐角偏差，需E3、E4中间点为示教位姿，运动方式为直线，延时指令加于首尾，时间与软件暂停时间一致，循环次数可无限或设定。示教程序示例循环3次，依次移动至S、P5、P2、P3、P4、S并延时，其中S为未知位姿，P2至P4构成直线段，每次循环后返回S并再次延时。正式测试设置拐角偏差测试条件，包括名称、负载、速度，并输入E1、E2、E3、E4的世界坐标；机器人自动运行并生成测试结果，包括时间、速度及圆角误差、拐角超调等数据。最小定位时间测试示教编程说明从P1出发，示教P11至P16，沿立方体对角线，间距递增，延时指令与软件暂停时间一致，优化测试效率。示教程序示例正式测试示例1直接移动至各点，示例2先偏移再移动，均包含延时，适应不同测试需求，提升定位精度与效率。设置测试条件，启动机器人，测试完成后查看结果，包含时间、速度、轨迹及精度等数据，评估机器人性能。正式测试设置静态柔顺性测试条件，包括名称、速度、负载等，进行三次循环测量，查看结果，包含柔顺性数值及变化曲线。示教编程说明指令位姿设定机器人运动终点，方向决定测量顺序，插入项复制活动行，删除项清除当前行，刷新表格保存并验证参数。示教程序示例循环内移动至p1等点，并延时，模拟机器人柔顺性测试路径，确保每点均到达并停留，以评估机器人柔顺性能。静态柔顺性测试摆动偏差测试01从P1出发，以一定摆幅和摆频向y方向运动，涵盖至少10周期，指令前后加延时，与软件暂停时间一致，确保测试完整。示例1直接移动至预设点，示例2通过偏移量控制路径，两者均包含延时，适应不同测试场景，提升机器人运动控制精度。设置摆动偏差测试条件，启动机器人，测试完成后查看结果，包含摆幅误差(WS%)和摆频误差(WF%)，全面评估机器人摆动性能。0203示教编程说明示教程序示例正式测试单元5性能标定确保红外相机正确安装，以保障其在后续测量中的稳定性和准确性。相机安装打开相机电源，启动工业机器人测量软件，进入机器人标定界面。机器人标定界面在标定界面，点击通用6轴模块，进入具体的标定操作流程。切换6轴模块标定前准备010203设置低速示教记录关节角值机器人编程实现按顺序依次运动到50个示教点，模拟测试确保红外相机能跟踪刚体。机器人模拟测试在示教过程中，若红外相机丢失刚体追踪，应暂停示教，调整机器人位姿以确保追踪。调整位