多关节机器人动态性能测评系统技术领域
本发明涉及机器人动态性能测试技术领域，特别涉及一种多关节机器人动态性能
测评系统。
背景技术
多关节机器人是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多
工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。随着工业自动化水
平的不断提升，多关节机器人已经成为自动化产线上进行精密装配和运输必不可少的装
置。
重复定位精度是衡量多关节机器人的动态性能的重要标准。然而，目前国内外的
多关节机器人厂家对于自己生产的多关节机器人的动态性能参数尚未形成一个统一的测
试标准，仅在说明书上标注例如“重复定位精度20μm”等数值，而并未说明该指标的测试是
基于何种方式或方法。多关节机器人作为多关节构成的联动装置，多关节机器人本身的移
动误差就是多关节机器人各关节移动误差的积累，且由于多关节机器人运动时的路径、速
度、加速度的不同，误差累积的方式也不同。为了减小多关节机器人运动时的移动误差，就
需要一种特定的装置对多关节机器人运动时的移动误差进行检测，并通过重复性测试的数
据，测评多关节机器人的动态性能，以分析多关节机器人最优的使用方式，从而为多关节机
器人运动时的路径规划和速度控制提供指导。
现有技术中并未有相关的装置或系统可以为多关节机器人的运动参数与多关节
机器人移动过程中所产生的移动误差之间的关系提供直观的数据，导致不能准确地测评多
关节机器人的动态性能。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种多关节机器人动态性能测评系统，以解决现有技
术无法为多关节机器人的运动参数与多关节机器人移动过程中所产生的移动误差之间的
关系提供直观的数据，导致不能准确地测评多关节机器人的动态性能的问题。
根据本发明的实施例，提供了一种多关节机器人动态性能测评系统，所述多关节
机器人下方设有机器人平台，所述机器人平台上设有机器人控制器，所述机器人控制器与
所述多关节机器人连接，所述系统包括网口相机、光学靶标和工控机；
所述网口相机与所述工控机连接，用于根据接收到的所述工控机发送的采集图像
指令，采集所述光学靶标的图像，之后将所述图像发送至所述工控机；
所述光学靶标固定于所述多关节机器人的末端，用于在所述多关节机器人位于测
试位置时，为所述多关节机器人提供标记点；所述测试位置位于所述网口相机的正上方，所
述多关节机器人位于所述测试位置时，所述光学靶标位于所述网口相机的相机检测视场
内，所述光学靶标的靶面与所述网口相机的镜头的镜面相对且平行；
所述工控机一端与所述机器人控制器连接，另一端与所述网口相机连接；所述工
控机用于在测试前，所述多关节机器人位于所述测试位置时，向所述网口相机发送采集图
像指令以控制所述网口相机采集所述光学靶标的图像，接收根据所述网口相机采集的所述
光学靶标的图像，并选取所述图像内的一个像素点作为标记点，并根据所述标记点在所述
网口相机的相机检测视场内的坐标设定基准坐标；
所述多关节机器人在所述机器人控制器的控制下完成多个测试周期，所述工控机
用于在每个所述测试周期内，所述多关节机器人位于所述测试位置时，根据接收到的所述
机器人控制器发出的采集图像请求，向所述网口相机发送采集图像指令以控制所述网口相
机采集所述光学靶标的图像，接收所述网口相机采集的图像，获取每个所述测试周期内所
述标记点在所述网口相机的相机检测视场内的当前坐标，计算所述基准坐标与每个所述当
前坐标之间的相对像素坐标差；从而根据所述多个测试周期内，所述运动参数与所述坐标
差之间的对应关系，测评所述多关节机器人的动态性能；
所述工控机在测试时向所述机器人控制器发送运动参数控制指令，使所述多关节
机器人在所述机器人控制器的控制下，按照设定的运动参数完成所述多个测试周期，每一
所述测试周期内，所述多关节机器人从起始位置经过设定路径移动至所述测试位置，再经
过设定路径从所述测试位置返回所述起始位置；每一所述测试周期内，所述机器人控制器
的运动参数不同。
所述基准坐标为某次所述多关节机器人位于所述测试位置时，所述标记点在所述
网口相机的相机检测视场内的一个初始坐标，或者，所述基准坐标为所述多关节机器人多
次运动至所述测试位置的时，所述标记点在所述网口相机的相机检测视场内对应的多次坐
标的平均值。
所述多关节机器人的末端固定有转接板，所述光学靶标与所述转接板刚性连接。
所述光学靶标包括：壳体、设于所述壳体内部的白光LED光源板、设于所述壳体开
口端的漫反射板以及设于所述壳体开口端且位于所述漫反射板外侧的玻璃靶标板。
所述玻璃靶标板上印制有平行且相互间隔的多条黑色标尺，所述多条黑色标尺的
精度各不相同；所述精度中的最高精度高于所述多关节机器人的标称最高精度。
所述白光LED光源板通过所述漫反射板形成均匀光照，透过所述玻璃靶标板的玻
璃介质后，与所述玻璃靶标板上的黑色标尺在所述网口相机的相机检测视场内形成背景亮
度一致的靶标画面。
所述工控机内并行运行有视觉定位软件和机器人控制器软件；
所述视觉定位软件经第二网口与所述机器人控制器通过以太网通信，用于接收所
述机器人控制器发出的采集图像请求；
所述视觉定位软件经第一网口与所述网口相机通过以太网通信，用于根据所述机
器人控制器发出的采集图像请求，向所述网口相机发送采集图像指令，以及接收所述网口
相机采集的图像；
所述机器人控制器软件经所述第二网口与所述机器人控制器通过以太网通信，用
于向所述机器人控制器发送运动参数控制指令。
所述网口相机固定于检测平台上，所述检测平台为平面大理石机台。
所述运动参数包括所述多关节机器人的运动速度、运动模式、路径点位和运动加
速度。
由以上技术方案可知，本发明的多关节机器人动态性能测评系统，包括网口相机、
光学靶标以及工控机；利用网口相机配合工控机构建相机检测视场，在多关节机器人的末
端刚性连接光学靶标，通过记录多关节机器人在不同运动参数下光学靶标在相机检测视场
重复移动产生的坐标变化，为多关节机器人的运动参数与多关节机器人移动过程中所产生
的坐标差之间的关系提供直观的数据，以测评多关节机器人的动态性能，并可以通过重复
性测试的数据，分析多关节机器人最优的使用方式，从而为后续的多关节机器人运动时的
路径规划和速度控制提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多关节机器人动态性能测评系统的示意图；
图2为图1中的光学靶标的剖面结构示意图；
图3为图1中的工控机与机器人控制器以及网口相机之间的工作原理框图。
图中：1-机器人平台；2-机器人控制器；3-多关节机器人；4-检测平台；5-相机光学
支架；6-网口相机；7-光学靶标；8-工控机；30-转接板；71-壳体；72-白光LED光源板；73-漫
反射板；74-玻璃靶标板；81-第一网口；82-第二网口；83-视觉定位软件；84-机器人控制器
软件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种多关节机器人动态性能测评系统，所述多关节机器人
3下方设有机器人平台1，机器人平台1上设有机器人控制器2，机器人控制器2与多关节机器
人3连接，机器人控制器2用于控制多关节机器人3的运动。
本发明的多关节机器人动态性能测评系统，对多关节机器人3的机台环境的适应
性强，只要多关节机器人3坐落于机器人平台1上，即可布置本发明的多关节机器人动态性
能测评系统，对多关节机器人的3的动态性能进行测试。
下面对本发明实施例提供的多关节机器人动态性能测评系统的具体组成进行说
明。
在本实施例中，本发明的多关节机器人动态性能测评系统包括：
检测平台4、相机光学支架5、网口相机6、光学靶标7和工控机8。
其中，检测平台4可设于机器人平台1上，用于承载相机光学支架5。
进一步，检测平台4可以是小型大理石机台，也可以是其他平面度较高的光学平
台，检测平台4具有较高的平面度，可以在对多关节机器人3的动态性能进行测试时，提高数
据的精准性。
相机光学支架5设于检测平台4上，用于固定网口相机6。
相机光学支架5可以包括固定于检测平台4上的竖杆和与竖杆相连接的横杆，竖杆
与横杆之间通过一固定套连接，横杆一端用于固定网口相机6。
可通过调节固定套在竖杆上的高度，以调节横杆的高度，进而调节网口相机6的高
度。可通过调节横杆伸出固定套的长度，以调节网口相机6在水平方向的位置。
网口相机6固定于相机光学支架5上，并与工控机8连接，用于根据接收到的工控机
8发送的采集图像指令，采集光学靶标7的图像，之后将图像发送至工控机8。
网口相机6通常为百万级像素，同时常配置与高分辨率相匹配的镜头，并且网口相
机6的以太网接口的使用比较普及且数据传输特性较好，因此性价比较高。
光学靶标7固定于多关节机器人3的末端，用于在多关节机器人3位于测试位置时，
为多关节机器人3提供标记点。
测试位置位于网口相机6的正上方，多关节机器人3位于测试位置时，光学靶标7位
于网口相机6的相机检测视场内，光学靶标7的靶面与网口相机6的镜头的镜面相对且平行。
具体地，多关节机器人3的末端固定有转接板30，光学靶标7与转接板30刚性连接。
具体地，光学靶标7包括：壳体71、设于壳体71内部的白光LED光源板72、设于壳体
71开口端的漫反射板73以及设于壳体71开口端且位于漫反射板73外侧的玻璃靶标板74。
其中，壳体71的材料可以是铝。
玻璃靶标板74上印制有平行且相互间隔的多条黑色标尺，多条黑色标尺的精度各
不相同；精度中的最高精度可高于多关节机器人的标称最高精度。
在本实施例中，精度中的最高精度可以是10μm，黑色标尺包括以10μm为最高精度
的靶标，以与同行业机器人产品最高重复定位精度保持一致，并逐行放低精度，适应不同的
精度要求，可根据实际需要选择相应精度的黑色标尺构建标记点。
白光LED光源板72可通过漫反射板73形成均匀光照，并透过玻璃靶标板74的玻璃
介质后，与玻璃靶标板74上的黑色标尺在网口相机6的相机检测视场内形成背景亮度一致，
且对比度极强的靶标画面，从而有利于图像的捕捉和后续标记点的构建与获取。
由于光学靶标7是以主动光的方式在网口相机6的相机检测视场内成像，因此成像
不易受到周围杂散光或明暗场的影响，具有一定的光环境适应性。
工控机8一端与机器人控制器2连接，另一端与网口相机6连接，通过以太网实现与
机器人控制器2和网口相机6之间的数据交互。
工控机8用于在测试前，多关节机器人3位于测试位置时，向网口相机6发送采集图
像指令以控制网口相机6采集光学靶标7的图像，接收根据网口相机6采集的光学靶标7的图
像，并选取图像内的一个像素点作为标记点，并根据标记点在网口相机6的相机检测视场内
的坐标设定基准坐标。
多关节机器人3在机器人控制器2的控制下完成多个测试周期，工控机8用于在每
个测试周期内，多关节机器人3位于测试位置时，根据接收到的机器人控制器2发出的采集
图像请求，向网口相机6发送采集图像指令以控制网口相机6采集光学靶标7的图像，接收网
口相机6采集的图像，获取每个测试周期内标记点在网口相机6的相机检测视场内的当前坐
标，计算基准坐标与每个当前坐标之间的相对像素坐标差；从而根据多个测试周期内，运动
参数与坐标差之间的对应关系，测评多关节机器人的动态性能。
同时，工控机8在测试时向机器人控制器2发送运动参数控制指令，使多关节机器
人3在机器人控制器2的控制下，按照设定的运动参数完成多个测试周期。
每一测试周期内，多关节机器人3从起始位置经过设定路径移动至测试位置，再经
过设定路径从测试位置返回起始位置；每一测试周期内，机器人控制器2的运动参数不同。
在计算基准坐标与每个当前坐标之间的相对像素坐标差时，基准坐标的设定方法
视具体的位差计算需求，可以有多种设定方式。
在本实施例中，基准坐标可以是某次多关节机器人3位于测试位置时，标记点在网
口相机6的相机检测视场内的一个初始坐标，也可以是多关节机器人3多次运动至测试位置
时，标记点在网口相机6的相机检测视场内对应的多次坐标的平均值，此外，也可以按照其
他规则设定基准坐标。其中，可以根据实际需要，在对应精度的黑色标尺内选取标记点。
具体地，工控机8内并行运行有视觉定位软件83和机器人控制器软件84。
其中，视觉定位软件83经第二网口82与机器人控制器2通过以太网通信，用于接收
机器人控制器2发出的采集图像请求。
视觉定位软件83经第一网口81与网口相机6通过以太网通信，用于根据机器人控
制器2发出的采集图像请求，向网口相机6发送采集图像指令，以及接收网口相机6采集的图
像。
机器人控制器软件84经第二网口82与机器人控制器2通过以太网通信，用于向机
器人控制器2发送运动参数控制指令。
本发明的多关节机器人动态性能测评系统在实际架设时，可通过以下方式对网口
相机6进行调整。
首先，在多关节机器人3末端通过转接板30固定光学靶标7，在机器人平台1上放置
检测平台4，并利用与检测平台4有一定垂直精度的相机光学支架5固定网口相机6，调节多
关节机器人3末端的方位，使光学靶标7进入网口相机6的视场中心。
然后，调整网口相机6的光圈和焦距，并通过相机光学支架5调整网口相机6与光学
靶标7的距离，同时调节光学靶标7的亮度，使得光学靶标7在网口相机6的相机检测视场里
清晰成像。
之后，可利用电子水平尺在网口相机6下方的检测平台4的平面上做水平基准标
定，再将电子水平尺放置在转接板30背面，调整多关节机器人3的姿态，使得光学靶标7与检
测平台4保持水平。至此，网口相机6的主光轴与光学靶标7的垂直度已经达到机械精度。
最后，再对网口相机6的焦距和光圈进行微调，并突出光学靶标7上对比度明显的
特征线段。由于检测平台4具有较高的平面度，且自身的持重能够有效吸收多关节机器人3
高速移动时对检测平台4造成的微振动，保证网口相机6的画面保持静止。
本发明的多关节机器人动态性能测评系统的工作过程如下：
测试前，需要利用光学靶标7构建代表多关节机器人3位置的标记点，并根据标记
点在网口相机6的相机检测视场内的坐标设定基准坐标，具体可以为：
通过机器人控制器2控制多关节机器人3移动至测试位置，通过工控机8的视觉定
位软件83，向网口相机6发送采集图像指令，以控制网口相机6采集光学靶标7的图像。
网口相机6根据工控机8发送的采集图像指令，完成对光学靶标7的图像的采集，并
将图像发送至工控机8的视觉定位软件83。
工控机8的视觉定位软件83接收网口相机6采集的图像后，选取图像内的一个像素
点作为标记点，基准坐标可以设定为某次多关节机器人3位于测试位置时，标记点在网口相
机6的相机检测视场内的一个初始坐标，也可以设定为多关节机器人3多次运动至测试位置
时，标记点在网口相机6的相机检测视场内对应的多次坐标的平均值。
需要说明的是，构建标记点的过程中，可根据实际需要选取光学靶标7上相应精度
的黑色标尺，如精度为10μm的黑色标尺，然后调节网口相机6的镜头焦距和光圈，调节网口
相机6的曝光和增益等参数，确保光学靶标7的精度为10μm的黑色标尺在图像上单个像素的
范畴内清晰成像，之后即可选取图像内的一个像素点作为标记点。
利用光学靶标7构建代表多关节机器人3位置的标记点之后，便可以通过本发明的
多关节机器人动态性能测评系统，对多关节机器人3的动态性能进行测评。
测试时，通过工控机8的机器人控制器软件84，向机器人控制器2发送运动参数控
制指令，使多关节机器人3在机器人控制器2的控制下，按照设定的运动参数完成多个测试
周期。
具体地，每一测试周期内，多关节机器人3从起始位置经过设定路径移动至测试位
置，再经过设定路径从测试位置返回起始位置，从而完成一次循环。
其中，运动参数可以包括多关节机器人3的运动速度、运动模式、路径点位和运动
加速度等，并且可以在每个测试周期内，通过工控机8的机器人控制器软件84，向机器人控
制器2发送不同的运动参数控制指令，使多关节机器人3在机器人控制器2的控制下、按照设
定的运动参数完成多个测试周期。
进一步，在每个测试周期内，多关节机器人3位于测试位置时，机器人控制器2会向
工控机8的视觉定位软件83发送采集图像请求。
工控机8的视觉定位软件83根据接收到的机器人控制器2发出的采集图像请求，向
网口相机6发送采集图像指令。
网口相机6在接收到工控机8的视觉定位软件83发送的采集图像指令后，采集光学
靶标7的图像，并将图像发送至工控机8的视觉定位软件83。
工控机8的视觉定位软件83接收网口相机6采集的图像后，获取每个测试周期内，
标记点在网口相机6的相机检测视场内的当前坐标，并计算基准坐标与每个当前坐标之间
的相对像素坐标差，从而为多关节机器人3的运动参数与多关节机器人3移动过程中所产生
的坐标差之间的关系提供直观的数据。可以通过重复性测试的数据，根据多个测试周期内，
运动参数与坐标差之间的对应关系，测评多关节机器人3的动态性能，分析多关节机器人3
最优的使用方式，从而为后续的多关节机器人3运动时的路径规划和速度控制提供指导。
需要说明的是，本发明的多关节机器人动态性能测评系统在实际使用时，可根据
系统的基本架构，增加网口相机6的观测点，以适应特定的检测需求。
由以上技术方案可知，本发明的多关节机器人动态性能测评系统，包括网口相机
6、光学靶标7以及工控机8；利用网口相机6配合工控8机构建相机检测视场，在多关节机器
人3末端刚性连接光学靶标7，通过记录多关节机器人3在不同运动参数下光学靶标7在相机
检测视场重复移动产生的坐标变化，为多关节机器人3的运动参数与多关节机器人3移动过
程中所产生的坐标差之间的关系提供直观的数据，以测评多关节机器人3的动态性能，并可
以通过重复性测试的数据，分析多关节机器人3最优的使用方式，从而为后续的多关节机器
人3运动时的路径规划和速度控制提供指导。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其
它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或
者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识
或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并
且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。