基于机器人的柔性电子检具测量系统
用于机器人柔性坐标测量系统的视觉传感器设计
的精度 、 适应性 。设计一 种体积小 、 精度适 中 、 满足实 用需 要 的视觉传感 器是测量系统研究 的最主要 内容之一 。
不同的应用需 求 ， 对视 觉传 感器 的要求 也有 所不 同。
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传感器与微系统（ ｒｎｄ ｃｒ ｎ ｃｏｙｔ ｅｈ ｏ ｇ ｓ Ｔａｓｕｅ ａｄＭｉ ｓｓ ｍ Ｔ ｃｎｌ ｉ ） ｒ ｅ ｏｅ
２１ ０ ０年 第 ２ ９卷 第 ３期
用 于机器 人 柔 性 坐标 测 量 系统 的视 觉传 感器 设 计
何 佳， 刘常杰， 叶声华
（ 津 大 学 精 密测 试 技 术 及 仪器 国家 重 点 实 验 室 ， 津 ３０ ７ ） 天 天 ０ ０２
Ｔａ ｊ ０ ０２ Ｃ ｉａ ｉｎｉ ３０ ７ ， ｈｎ ） ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｈ ｓ ｉ ｏｔ ｎ ａｔ ｆ ｈ ｏ ｏ ｅ ｉ ｌ ｉｉｎｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｙ ｔ ｍ，ｈ ｉ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓｒ ｃ ： ｓ ｔｅ ｍｏ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｅｒ ｂ ｔ ｘ ｂｅ ｖｓｏ ｏ ｒ ｉ ａｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｓｅ ｔｅ ｖｓ ｎｓ ｎ ｏ ａ ｐ ｔ ｌ ｆ ｓ ｉ
摘
要 ：视觉传感器作为机器人柔性视觉坐标测量系统最重要 的组成 部分之一 ， 直接影 响测量系统 的精
度、 适应性 。针对机器人柔性坐标测量系统 的需要 ， 出了两步法测量 空间形状 的原理和数学模 型 ， 提 设计
仿人机器人关节驱动柔性特征自动检测系统
仿人机器人关节驱动柔性特征自动检测系统作者：杨斌来源：《现代电子技术》2020年第08期摘; 要：以快速检测大量仿人机器人关节驱动柔性特征为目标，设计仿人机器人关节驱动柔性特征自动检测系统。
系统检测关节特征为关节扭矩，检测模块的轮辐式扭矩传感器与扭矩转速测量仪配合使用，测量关节扭矩大小。
PLC控制器从步进电机与扭矩传感器中获取检测信息，向关节驱动器与控制器传输检测命令，实现关节扭矩自动检测。
实时控制单元与非实时控制单元构成系统软件，二者以内存共享区域为中介分享检测数据，为检测模块提供软件支持。
测试结果显示，系统检测仿人机器人关节扭矩误差低于0.2 N·m，符合仿人机器人关节特征检测标准。
关键词：仿人机器人; 关节驱动; 系统设计; 关节特征监测; 关节扭矩; 系统测试中图分类号： TN957.52+3⁃34; TP242; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2020）08⁃0176⁃03Automatic detection system for joint⁃driving flexible feature of humanoid robotYANG Bin（Department of Industrial Automation， Guang Dong Polytechnic College， Zhaoqing 526100， China）Abstract： The automatic detection system for joint⁃driving flexible features of humanoid robot is designed with taken rapid detection of a large number of joint⁃driving flexible features of humanoid robot as target. The joint feature detected by the system is the joint torque， and thehub⁃and⁃spoke torque sensor of the system detection module is used together with the torque rotational speed measurer to measure the size of the joint torque. The PLC controller obtains detection information from stepping motor and torque sensor， and transmits detection command to joint driver and controller， so as to realize the automatic detection of joint torque. The real⁃time control unit and the non⁃real⁃time control unit constitute the system software， and both which share the detection data with the memory shared area as the intermediary to provide software support for the detection module. The testing results s how that the torque error of humanoid robot′s joint detected bythe system is less than 0.2 N·m， which conforms to the detection standard of joint feature of humanoid robot.Keywords： humanoid robot; joint drive; system design; joint feature detection; joint torque; system test0; 引; 言機器人发展水平是国家科技发展的体现与象征，是智能化领域的延伸。
浅谈机器人柔性在线自动测量方法及应用
浅谈机器人柔性在线自动测量方法及应用在科学技术迅速发展的时代，在线自动化测量在工业制造中占有很大的地位，是工业生产制造中不可或缺的部分，同时在线自动化测量也是现今精密测量技术研究领域中的一个主要方向。
对于现今的制造业来说，越来越重视对制造业过程的控制，必须要采用先进的在线测量技术，来对制造过程进行全面、严格的监控，最终可以使工业制造过程更加稳定更加可控制与预测。
另外，先进的在线测量方式可以决定制造水平的高低。
1 我国在线自动检测方式研究的现状我国的科研组织根据国家制造业的发展情况制定了重点的产业规划，并且研究开发了新型的在线测量方法，前期实验研发了很多在线测量方法，并且取得了很大的成果，解决了常规的工业生产中的在线测量问题。
但是随着科技的进步，工业生产的发展，逐渐形成了多水准、高效率的流水线生产模式，并且产品制造的应变能力，也必须要提高，要做到可以节约成本的同时提高生产效率，所以这样就对在线的自动测量有了新的要求，在线自动测量模式必须要加强其柔度，工艺的匹配性以及自动化程度，只有这样，才能满足工业生产的需求。
科研人员针对这一种情况，将工业机器人的性能引入到了在线测量的方法当中，工业机器人具有相当大的稳定性，并且可操作性也很强，对于测量定位的精确程度也很精准，从而可以在很大程度上提高测量的准确性以及测量的效率，将工业机器人的性能与视觉测量、精密测试的理论进行相互结合，使得形成了一种全新的柔性在线测量新方法，并且研制了柔性在线视觉监测站，从而来适应现今的混流共线流水线的生产流程，解决现今汽车生产中的柔性在线测量问题。
2 我国现阶段的在线测量方式2.1 采用固定式测量方式针对产品的每一个变化，比如外形、尺寸等，都设计出一套视觉传感器，同时要根据不同的产品设计出不同的传感器，以适应产品测量的需要，针对产品内部测量，需设计出长距离的视觉传感器。
对于这种方法，由于传感器批量设计会增加大量的投资成本，并且对于系统的可靠性来说，也大大的降低了。
基于机器人的柔性电子检具测量系统
ｐ ｏ ｏ ｅ ｏｏ ｅ ｃ ｍ ｅｔ ｅｓ ｏ ｔ ｏ ｎ ｓ ｏ ｈ ｅ ｌｓ ｅ ｉ１ｃ ｅ ｋ ｎ ｉ ｔ ｒ ｓｃ ｍｍ ｏ ｌ ｓ ｄ ｉ ｎ ｕ — ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ｖ ｒｏ ｈ ｈ ｒ ｃ ｍｉ ｇ ｆｔ ｅｒａ ｐ ｃａ ｈ ｃ ｉｇ ｆ ｕ ｅ ｏ ｘ ｎ ｙ ｕ ｅ ｎ ｉ ｄ ｓ ｔｉｌｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｗｉｈ ｈｇ ｏ ｔ ，ｐ ｏ ｌｘ ｂｌ ｙａ ｄｌ ｗ ｕ ｏ ａｉｎ ｒａ ｒ ｄ ｃｉ ｔ ｉ ｈ ｃ ｓ ｓ ｏ ｒｆ ｉｉ ｔ ｎ ｏ ａ ｔ ｍ ｔｏ ．Ａ ｉｉｎ ｓ ｎ ｏ ｓｆ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｅ ｉ ｖｓｏ ｅ ｓ ｒｗａ ｉ ｄ ｏ ｈ ｘ
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Ｃｏ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎａ ｔ ｏ Ｅ－ ｉ ：ｉ ｕ ｚ ｕ ｔｕ ｅ ｕ ｃ ｒ ｅｐ ｎ ｉ ｕ ｈ ｒ， ｍａ ｌ ｊ ｇ ｉｈ ＠ ｊ ． ｄ ． ｎ
实 物 检 具 费 用 高 、 费严 重 、 为 因素 影 响检 测 精 度 的 局 限 。 浪 人 关 键 词 ： 密 工业 测 量 ； 性 电子 检 具 ； 业 机 器 人 ； 景摄 影 测 量 ； 光视 觉 测 量 精 柔 工 近 激 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１． ７ ８ ＯＰ ． ０ １ ９ ８ １ ８ ｏ：０ ３ ８ ／ Ｅ ２ １ １ ０ ．７ ７
机器人柔性在线自动测量方法技术及应用
研 究 开 发 新 型 在 线 测 量 方 法 及 其 测 量 设 备 ，前 期 成 功研 发 了 基 于 计 算 机 视 觉 理 论 的在 线 测 量 方 法 和 技 术 设 备 ，解 决 了 常 规 的单 品种 、 批 量 流水 线 制 造 过 程 中 的 在 线测 量 问题 。但 现 大 阶 段 ， 品种 、 多 高效 率 的 混 流 共 线 流 水 线 制 造 模 式 ， 其 快 速 因
提 高 测 量 精 度 。利 用 工 业机 器人 可编 程 的特 性 ， 以实 现 多 种 可
对 柔性 在 线 测 量 提 出 了 新 需 求 ： 度 柔 性 、 艺 匹 配 性 和 自动 高 工 化 程度 。课 题 组 较 为 准确 地 把 握 了 这 一技 术 发 展 动 态 ， 理 而 合
刨新技术
２１ ０ １年 第 ２期
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ＴＩ ＡＮＪ Ｎ ＳＣＩ Ｃ Ｅ ＴＥＣＨＮ Ｌ Ｉ ＥＮ ＆ Ｏ ＯＧＹ
任 永 杰 （ 天津 大学精 密测试 技术 及仪 器 国家重 点实 验室
天 津 ３０ ７ ） ００ ２
机器 人
柔性在线 自动测 量方法技术及应 用
【 摘 要 】 出 面 向制 造 现 场 的 在 线 自动化 测 量是 当前 精 密 测 量 技 术 研 究的 一 个重 要 方 向 ， 是 现 代 指 也
结果 的不 可靠 。
１ ０ 的 测 量 和监 控 ， 确 保 工 艺 过 程 的稳 定 、 控 、 预 测 。 ０％ 以 可 可 对 于 大批 量 、 杂 、 工 序 的 流 水 线 制 造 ， 线 自动 测 量 与 控 复 多 在
制 更 是 决 定 制造 水平 的关 键 技 术之 一 。 课 题 组 一 直 结 合 国家 先 进 制 造 领 域 内 的 重 点 产 业 规 划 ，
机器人柔性视觉检测站控制系统设计
的重 要 因 素 。机 器 人视 觉检 测 技 术 具 有 非 接 触 、速 度 快 的 特 点 ，在汽车在线测量 中占据重要 的地位 。因此基 于汽 车生 产 工艺需要设计 基于机器人柔性视觉检 测站控 制系统 ，以此 实 现 对 车身 的柔 性 检 测 。 根据 机 器 人 柔 性 检 测 工 作 的 要 求 ，该 系统 的运 行 方 式 主 要 包 括 三 种 ：一 是 正 常 模 式 。检 测 系统 自 动对 车身进行 检测 ，并且 将检测 结 果上传 到 系统 中 ；二是 放 空模式 ，也就是检测系统不对车 身进行 检测 ；重复模 式 ，就 是 在柔性检测 系统完 成车身的检测之后 ，检测 数值不 发送 给系 统而是重复检 测车 身 。该 系统 主要采 取 的 ＭＯＴＯＭＡＮ公 司 ＵＰＳＯＮ型号机器人作为传感器运 作载体 ，其重复 精读可 以达 到 ０．０７ｍｍ，符合柔性视 觉检 测性 能的要求 。 【作者 单位】刘 朔，辽 宁科技大 学
随着工业生产技术 的不断发展 ，我 国工业产 品生 产更加 注重性能 。柔性检测 系统具有 灵活编 程和传 感测量 的优 点 ， 能够满足产品 的柔性化生产 ，因此 在未来 的工业 生产 中具有 广泛的应用空 间。传统 汽车 车型 生产 主要 是利 用 三坐标 测 量 机对汽车车型关 键点 进行 测量 ，其具有 操 作复 杂 ，速度 慢 的缺点。机器柔性检测通过对 车身关 键点 的高精 准测量 ，能 够 提高检测的质量 ，因此机器柔性 视觉检测 系统 在汽 车生产 领 域使用较为广泛 。
基于工业机器人的柔性化自动测试系统
收稿日期：2021-04-22 作者简介：王瑞（1991-），男，山东枣庄人，硕士，工程师，设计师，研究方向：自动化控制及机器人集成应用技术。
第7期
王 瑞·基于工业机器人的柔性化自动测试系统
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图1 柔性化自动测试系统硬件架构图 Fig.1 Hardware architecture of flexible automatic test system
从功能模块上划分，软件可分为主程序模块、机器人 模块、测试治具模块，各个模块均继承了基类，具有与基
第7期
王 瑞·基于工业机器人的柔性化自动测试系统
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图7 主控软件界面 Fig.7 Main control software interface
图8 物料流转调度图 Fig.8 Material flow scheduling diagram
该柔性化自动测试系统采用分布式控制，系统的主控 软件与机器人控制器、测试治具电机驱动器、测试机柜的 自动化测试软件之间，通过不同的通信协议实现指令控制、 数据交互功能。
图3 柔性化自动测试系统通信拓扑图 Fig.3 Communication topology of flexible automatic test system
第 28 卷 第 7 期 2021 年 7 月
仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
Vol.28 2021 No.7
基于工业机器人的柔性化自动测试系统
王 瑞，陈伟雄，王 楠，王 勇，叶 敏 Nhomakorabea陈志仁（上海无线电设备研究所，上海 201109）
摘 要 ：针对 PCBA 及电子元器件等产品手动 / 半自动测试的人力成本高、测试效率低、过程一致性和质量可溯性 差的问题，介绍了一套基于工业机器人的柔性化自动测试系统，满足多种产品的多个测试项目的单独 / 混合测试等 不同生产排程，具备任务自主规划与路径优化、故障智能诊断与自动化恢复、设备互联互通与远程调试监控等功能， 满足高效率、高可靠、高柔性的产品测试需求，对系统的软硬件组成架构，以及相应关键技术进行详细阐述，最终 通过某型产品的实际生产测试，对系统可行性和稳定性进行验证。结果表明，该柔性化自动测试系统可显著提高测 试效率，基本实现测试过程的无人化。
柔性电子的高精度测量方法及技术案例
柔性电子的高精度测量方法及技术案例柔性电子是指可以在柔性基板上制备的电子设备，其具有轻薄、柔软和可弯曲的特性。
随着柔性电子技术的发展，越来越多的应用领域需要高精度的测量方法和技术来确保柔性电子设备的准确性和可靠性。
本文将介绍柔性电子的高精度测量方法及相关的技术案例。
为了实现柔性电子的高精度测量，首先需要考虑测量对象的特性和限制。
由于柔性电子设备的柔软和可弯曲性，常规的刚性电子设备测量方法并不适用。
因此，需要使用一些灵活的、适用于柔性电子的测量方法。
一种常见的柔性电子测量方法是基于光学原理的测量方法。
通过使用光学传感器和光学测量系统，可以实现对柔性电子设备的高精度测量。
光学测量方法不需要接触物体，因此不会对柔性电子设备造成损伤。
例如，可以使用光学传感器测量柔性电子传感器的形变、压力和温度等物理量。
通过测量反射或透射光的强度变化，可以得到柔性电子设备的形变、压力和温度信息。
光学测量方法具有高精度和非接触性的优势，适用于柔性电子的高精度测量。
另一种常见的柔性电子测量方法是基于无线通信的测量方法。
可以使用无线传感器网络或RFID技术进行柔性电子设备的测量。
通过将无线传感器嵌入到柔性电子设备中，可以实现对其位置、形状和姿态的测量。
无线通信技术可以实现对柔性电子设备的实时追踪和监测。
例如，可以使用RFID标签对柔性电子设备进行标识和定位，通过无线通信传输数据并实时监测其状态。
无线通信测量方法具有远程监测和实时性的优势，适用于柔性电子设备的高精度测量。
除了光学和无线通信的测量方法，还有其他一些方法可以用于柔性电子的高精度测量。
例如，压电传感器可以通过测量电荷和电压之间的关系来实现对形变和力的测量。
磁力传感器可以通过测量磁场的变化来实现对位置和形状的测量。
压力传感器可以测量柔性电子设备受力的大小和方向。
这些传感器可以被集成到柔性电子设备中，实现对其各种物理量的高精度测量。
在柔性电子领域，已经有一些成功的高精度测量技术案例。
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基于机器人的柔性电子检具测量系统
发表时间：2017-12-13T17:15:05.767Z 来源：《建筑科技》2017年第11期作者：唐建欣姚春涛
[导读] 对于我国目前的精密测量技术来说，面向制造现场的在线式自动化测量是其追求的最终目标，它不仅能够加强产品的生产效率和质量，还能切实减少废品率。
长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心保定 071000
摘要：对于我国目前的精密测量技术来说，面向制造现场的在线式自动化测量是其追求的最终目标，它不仅能够加强产品的生产效率和质量，还能切实减少废品率。
在产品制造中，几何尺寸是最根本的参数，而且它对产品的制造精度以及质量具有非常重要的意义，在制造过程的测量和控制系统中起着非常重要的作用。
关键词：机器人；柔性；电子检具；测量系统
1 测量系统
机器人柔性电子检具测量系统由工业机器人和视觉传感器两部分组成,如图1所示。
工业机器人作为柔性运动平台,将视觉传感器安装在机器人末端工具上,机器人按照预先规划的测量路径带动传感器到指定位置进行测量。
视觉传感器由结构光传感器和控制相机两部分组成。
结构光传感器用于局部测量,控制相机用于机器人定位误差补偿。
测量前示教机器人,利用其它精密测量设备(如激光跟踪仪或摄影测量系统)结合全局标定技术精确标定各测量位置传感器局部坐标系与全局坐标系的转换关系,将各局部测量结果统一到全局坐标系中,获取被检工件整体三维数据。
2 实现原理
2.1 局部测量结构
光视觉传感器实现局部测量的原理如图2所示。
通常将相机坐标系Oc-XcYcZc作为传感器坐标系,以结构光平面上某点为原点,XY平面与光平面重合,Z轴满足右手法则建立辅助参考坐标系Or-XrYrZr,传感器数学模型如下：
式中,(Xc,Yc,Zc)为被测点在传感器坐标系下的三维坐标,(x, y)为被测点图像观测值,c为相机有效焦距,(Cx,Cy)为相机主点,(Δx,Δy)为成像畸变,r1～ r9和t1～ t3为参考坐标系到相机坐标系的转换矩阵元素。
包含(Cx,Cy)在内的相机内参及r1～ r9和t1～ t3通过预先精确标定获得[9],(x,y)从测量图像提取获得,均是已知量,利用(x,y)和相机内参数可求得图像畸变(Δx,Δy),将上述参数带入式(1)即可就得(Xc,Yc,Zc)。
2.2 全局标定系统
全局标定示意图如图3所示。
每个测量位置下,传感器视场内设置三维靶标(Tar-get),传感器测量靶标,建立传感器坐标系到靶标。
坐标系的转换关系Tst,同时利用激光跟踪仪测量靶标,建立靶标坐标系到激光跟踪仪坐标系的转换关系Ttl,另外利用激光跟踪仪测量全局控制点,建立激光跟踪仪坐标系到全局坐标系的转换关系Tlg,则传感器坐标系到全局坐标系的转换关系Tsg为:
（2）
每个测量位置下均建立传感器坐标系到全局坐标系的转换关系Tsgi(i= 1,2,… ,n;n为测量位置数),实现全局标定。
2.3 机器人定位误差
补偿工业机器人由多连杆和关节组成,属于多自由度运动机构。
运行过程中运动学模型参数受机械加工误差、装配误差、传动误差及环境温度等多种因素影响,不断发生变化,使机器人存在定位误差。
系统测量过程是机器人在固定位置姿态间反复运动,要求机器人具有很高的重复定位精度,定位误差对系统整体测量精度产生严重影响。
（3）式中,θi,αi分别为相邻X轴,Z轴间的转角;di,ai分别为相邻X轴,Z轴间的距离。
连杆参数受影响变化连续,Ai的全微分为:
（3）
由式(3)可以看出:机器人定位误差由角度和位置两类参数误差决定。
机器人运动过程中温度升高,连杆和关节热膨胀变形,角度码盘均匀膨胀,角度参数受温度影响很小,可以忽略;连杆长度受热膨胀,位置参数受温度影响较大,是导致重复定位误差的主要因素。
机器人柔性电子检具系统定位误差补偿如图4所示,Og-XgYgZg为全局坐标系;A,B,C,D为全局控制点;Oci-XciYciZci为传感器示教位置坐标系;O′ci-X′ciY′ciZ′ci为传感器实际位置坐标系;Δ为位置误差;dij表示控制点间的距离。
控制相机采集全局控制点图像,通过下式所述数学模型解算控制相机坐标系与全局坐标系的转换关系Ri和Ti:
式中,(X(g)j,Y(g)j, Z(g)j)表示全局控制点j在全局坐标系下的三维坐标,(X(ci)j, Y(ci)j, Z(ci)j)表示测量位置i下控制点j在控制相机坐标系下的三维坐标,Ri和Ti表示全局坐标系到测量位置i下控制相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵,(xj, yj）表示控制点j的图像观测值,(Cx,Cy)表示相机主点位置,(Δxj,Δyj)表示控制点j的图像畸变,f表示相机有效焦距,djk表示控制点j与控制点k间的空间距离,n表示全局控制点数量。
由于控制相机坐标系与结构光传感器坐标系间相对关系固定不变,传感器坐标系与示教位置的偏差与控制相机坐标系的偏差相等。
3结语：现今社会科技飞速发展，国家越来越重视对工业测量过程的控制，只有采用先进的在线测量技术，才能够有效的对工业生产的产品进行精确的测量。
利用工业机器人的性能与测量传感器相互结合，最终设计出机器人柔性在线自动测量技术可以很有效的对工业生产进行测量，提高了测量效率以及测量的准确性。
参考文献：
[1]邾继贵, 郭磊, 刘常杰,等. 基于机器人的柔性电子检具测量系统[J]. 光学精密工程, 2011, 19(8):1787-1793.。