ISO TR 13309-1995 Manipulating industrial robots - Informative guide on test equipment and metrology methods of operation for robot performance evaluation in ac.pdf

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1、RAPPORT TECHNIQUE ISO TR 13309 Premire dition 1995-05-I 5 Robots manipulateurs industriels - Prsentation du matriel dessai et des mthodes de mesure pour lvaluation des critres de performance des robots conformment IISO 9283 Manipulating industrial robots - Informative guide on test equipmen t and me

2、trology methods of operation for robot performance evaluation in accordance with ISO 9283 Numro de rfrence ISO/TR 13309:1995(F) ISO/TR 13309: 1995(F) Sommaire Page 1 Domaine dapplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . *.* 1 2 Principales catgories d

3、e mthodes de mesure des performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 1 3 Mthodes recommandes de mesure des performances des robots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . 2 4 Mthodes de mesure des performances des robots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4.1 Mthodes de positionnement dune tte de mesure 3 4.2 Mthodes de comparaison de trajectoire . 3 4.3 Mthodes de triangulation (“trilateration”) 5 4.4 Mthodes de mesure par coordonn

5、es polaires . 7 4.5 Mthodes de triangulation 9 4.6 Mthode de mesure par inertie 12 4.7 Mthodes de mesure par coordonnes (cartsiennes) 13 4.8 Mthode graphique de mesure 15 Tableau 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . *.*. 16 Tableau 2 ,.,.,.,.,. 17 Annexes A Exemples de systmes de mesu

6、re/capteurs disponibles . 18 B Adresses des fabricants de systmes/capteurs de mesure . 19 C Bibliographie . 20 0 ISO 1995 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd

7、, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lditeur. Organisation internationale de normalisation Case Postale 56 l CH-1211 Genve 20 l Suisse Imprim en Suisse ii 0 ISO ISO/TR 13309:1995(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation)

8、 est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de IISO). Llaboration des normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de IISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations

9、 internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec IISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. La tche principale des comits techniques de IISO e

10、st dlaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comit ou sous-comit technique peut proposer la publication dun rapport technique de lun des types suivants : - type 1 : lorsque, en dpit de mains efforts au sein dun comit technique, laccord requis ne peut tre ralis en faveur de la publi

11、cation dune Norme internationale ; - type 2 : lorsque le sujet en question est encore en cours de dveloppement technique ou lorsque, pour toute autre raison, la possibilit dun accord sur une norme internationale est envisageable dans lavenir mais pas dans limmdiat ; - type 3, lorsquun comit ou sous-

12、comit technique a runi des donnes de nature diffrente de celles qui sont normalement publies comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur ltat de la technique, par exemple). Les rapports techniques des types 1 et 2 font lobjet dun nouvel examen trois ans au plus tard ap

13、rs leur publication afin de dcider ventuellement de leur transformation en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas ncessairement tre rviss avant que les donnes fournies ne soient plus juges valables ou utiles. LISO/TR 13309, rapport technique de type 3, a t prpar par

14、 le Groupe de Travail 2 : Critres de performance et mthodes dessai correspondantes, de IISO/TC 184/SC 2 : Robots manipulateurs industriels. Le prsent document a t publi sous forme dun rapport technique car il est destin fournir une vue densemble sur les mthodes de mesure techniquement applicables ai

15、nsi que sur le matriel dessai aujourdhui disponible pour lvaluation des performances de dplacement des robots conformment IISO 9283 : 1990 - Robots manipulateurs industriels - Critres de performance et mthodes dessai correspondantes. Le prsent rapport technique a t prpar par IISO/TC l84/SC 2 - Robot

16、s manipulateurs industriels - conformment la Rsolution 121 adopte lors de la runion du SC 2 Budapest le 4 juin 1992. Les Annexes A, B et C sont informatives. . . . III ISO/TR 13309: 1995(F) 0 ISO Introduction Les Normes internationales ISO 9283 et ISO 9946 ont t publies en 1990 et 1991 afin de rpond

17、re aux besoins de lindustrie. Afin de complter ces normes, certains amendements correspondants des applications relles sont ltude. II est important de prciser le type et le niveau de performance des systmes de mesure existants applicables aux robots par rapport IISO 9283 et dtablir des normes ou rap

18、ports supplmentaires. Le prsent Rapport technique sattache tablir une classification des techniques et mthodes de mesure applicables au contrle des caractristiques des robots et dcrit les principes de fonctionnement et la prcision de la technique actuelle et, dans toute la mesure du possible, les sy

19、stmes de mesure aujourdhui disponibles. iV RAPPORT TECHNIQUE 0 ISO ISO/TR 13309: 1995(F) Robots manipulateurs industriels - Prsentation du matriel dessai et des mthodes de mesure pour lvaluation des critres de performance des robots conformment IISO 9283 1 Domaine dapplication Le prsent rapport four

20、nit des informations sur ltat de la technique en matire de principes de fonctionnement des quipements dessai. Il apporte des informations supplmentaires dcrivant les applications de la technologie des quipements dessai actuels IISO 9283. 2 Principales catgories de mthodes de mesure des performances

21、II existe plusieurs mthodes de caractrisation des performances des robots conformes IISO 9283. La classification de ces mthodes est la suivante : 1. Mthodes de positionnement dune tte de mesure 2. Mthodes de comparaison des trajectoires 3. Mthodes de triangulation (“trilateration”) 4. Mthodes de mes

22、ure par coordonnes polaires 5. Mthode de trianoulation v 6. Mthode de mesure par inertie 7. Mthodes de mesure par coordonnes 8. Mthode graphique de mesure Ces mthodes sont brivement exposes larticle 4. Une description dtaille de ces systmes peut tre trouve dans les documents figurant dans la bibliog

23、raphie (Annexe C). ISO/TR 13309: 1995(F) 0 ISO 3 Mthodes recommandes de mesure des performances des robots Le tableau 1 prsente la liste des mthodes recommandes pour la mesure des critres de performance conformment IISO 9283. Ces mthodes, au nombre de seize, correspondent aux huit catgories de larti

24、cle 2. Les possibilits de chaque mthode sont galement prsentes. Bien que certaines mthodes puissent tre utilises pour mesurer les caractristiques de pose et de trajectoire, certaines comportent des limitations, parmi lesquelles : 1) seule la position (ou lorientation) peut tre mesure lors du contrle

25、 des caractristiques de pose ; 2) les caractristiques de trajectoires (linaires ou circulaires) ne peuvent tre mesures que le long de trajectoires commandes limites ; 3) seuls des robots dpassement de pose limit peuvent tre contrls ; 4) les performances de lquipement dessai peuvent ne pas donner une

26、 exactitude ou une incertitude de mesure suffisante pour certaines caractristiques ; 5) la mesure est limite au nombre de degrs de libert de lquipement dessai ; 6) lquipement dessai peut engendrer un volume de mesure limit par rapport au cube dessai dfini dans IiSO 9283 ; 7) la frquence dchantillonn

27、age de lquipement dessai peut ne pas convenir pour la frquence suprieure de dplacement du robot mesurer. II convient que la personne charge des essais discute des limitations avec le fabricant de lappareillage dessai lors de lorganisation du mesurage des performances. Le Tableau 2 rsume ies caractri

28、stiques de performances et les capabilits types des mthodes recommandes. II est conseill la personne charge des essais, avant de contrler un robot, de connatre le niveau de performance du robot et de choisir les mthodes dessai appropries. 4 Mthodes de mesure des performances des robots Le prsent art

29、icle dcrit et prsente sous forme schmatique les mthodes numres dans le Tableau 1. 0 ISO ISO/TR 13309:1995(F) 4.1 Mthodes de positionnement dune tte de mesure Les caractristiques de pose atteinte peuvent tre mesures laide dune tte de mesure comportant suffisamment de capteurs de dplacement ou de prox

30、imit, dplace par le robot de manire toucher lentement un “artefact” de prcision situ un endroit prcis ou rester en lair pour mesurer un ventuel dpassement. Une configuration type est prsente la Figure 1. La Figure 2 prsente dautres variantes de la mthode. Plusieurs types “dartefacts” et de ttes de m

31、esure peuvent tre combins, en fonction du nombre de paramtres de pose requis. cubique (creuse) Figure 1 : mthode de positionnement dune tte de mesure “artefact” (cubique) Artefacts Mesure par contact I Mesure sans contact (coordonnes de mesure x, y, z) (coordonnes de mesure x, Y, z - a, b, c) Exempl

32、es de tetes de mesure montes sur le robot Figure 2 : ” artefacts” pour la mthode de positionnement dune tte de mesure 4.2 Mthodes de comparaison de trajectoire 4.2.1 Comparaison mcanique Cette mthode est base sur la comparaison dune trajectoire atteinte une trajectoire commande qui peut tre compose

33、de segments de trajectoire linaires ou circulaires. La trajectoire est construite laide dune mesure matrialise de prcision ou dune autre structure 3 lSO/TR 13309:1995(F) 0 ISO de rfrence de position. La Figure 3 prsente un montage possible dans lequel les capteurs de proximit sont monts sur une tte

34、de mesure et o Iartefact est une rgle reprsentant la trajectoire commande. Les carts de trajectoire sont dtects par un nombre appropri de capteurs et servent dterminer les paramtres caractristiques (prcision et rptabilit) de la trajectoire atteinte. Les carts de pose complets (position et orientatio

35、n) peuvent aussi tre dtermins lorsquun nombre suffisant de capteurs est utilis. proximit - Mesure matrialise Figure 3 : comparaison mcanique 4.2.2 Comparaison de trajectoire par faisceau laser La prcisiokptabilit de la trajectoire par rapport un faisceau laser peut tre mesure iaide dun transducteur

36、photosensible capable de dtecter lerreur de positionnement du faisceau incident par rapport au centre du transducteur. La configuration du systme est prsente la Figure 4. La pose du robot le long du faisceau peut tre calcule en fonction du temps si la source laser est remplace par un interfromtre la

37、ser et si le transducteur photosensible peut rfkhir la lumire. Ph otoblectr - Laser ique effet latkral Figure 4 : comparaison de trajectoire par faisceau laser 0 ISO ISO/TR 13309:1995(F) 4.3 Mthodes de triangulation (“trilateration”) La triangulation (“trilateration” signifie en Anglais “utilisation

38、 de trois cts”) est une mthode de dtermination des coordonnes cartsiennes (x, y, z) dun point P dans un espace trois dimensions avec trois valeurs correspondant la distance entre le point P et les trois stations dobservation et les longueurs de la base entre trois stations fixes. La Figure 5 expliqu

39、e le principe de triangulation par une reprsentation bi-dimensionnelle. Y Figure 5 : principe de mesure par triangulation (reprsentation bi-dimensionnelle) 4.3.1 Suivi interfromtrique multi-faisceaux Cette mthode repose sur lutilisation de trois faisceaux laser provenant de trois interfromtres laser

40、 avec suivi asservi sur deux axes et vise dune cible commune situe sur le poignet du robot. La configuration du systme est prsente la Figure 6. La caractristique de pose du robot dans un espace tri-dimensionne1 peut tre obtenue partir des donnes de distance fournies par les trois interfromtres. Lori

41、entation peut tre mesure dans une configuration o six interfromtres sont dirigs vers trois cibles indpendantes places sur le robot. ,- Rhflecteur Inteffb rombtres de suivi Figure 6 : suivi interfromtrique multi-faisceaux 5 ISO/TR 13309:1995(F) 0 ISO 4.3.2 Triangulation par ultrasons La position du r

42、obot dans un espace tri-dimensionne1 peut tre calcule partir de donnes de distance fournies par trois microphones ultrasons fixes qui reoivent des trains dimpulsions ultrasoniques provenant dune source sonore monte sur le robot. La configuration du systme est prsente la Figure 7. Lorientation du rob

43、ot peut tre mesure si le robot dispose de trois sources sonores indpendantes et si chaque microphone peut dtecter les trains dimpulsions provenant des trois sources sonores. G6n6rateur dultrasons Figure 7 : triangulation par ultrasons 4.3.3 Triangulation mcanique par fil Cette mthode repose sur le r

44、accordement de trois fils partant des trois dispositifs drouleurs de fil fixes pour aboutir lextrmit du robot comme reprsent la Figure 8. En valuant la longueur de chaque fil, par exemple laide de potentiomtres ou de codeurs sur les dispositifs drouleurs de fil qui maintiennent ce dernier sous tensi

45、on, il est possible de dterminer la position de lextrmit du robot. Drouleur de Figure 8 : triangulation mcanique par fils 0 ISO ISO/TR 13309: 1995(F) 4.4 Mthodes de mesure par coordonnes polaires Les mthodes de mesure par coordonnes polaires peuvent tre utilises pour dterminer les coordonnes cartsie

46、nnes (x, y, z) dun point dans lespace en mesurant une distance D, un azimut (a) et une lvation (f3) comme reprsent la Figure 9. Figure 9 : principe de mesure tri-dimensionnelle par coordonnes polaires 4.4.1 Suivi interfromtrique uni-faisceau La mthode de suivi interfromtrique uni-faisceau peut servi

47、r mesurer la position ou lorientation du robot. La Figure 10 prsente la configuration type dun interfromtre uni-faisceau pour la mesure de la position. La position du robot peut tre calcule partir de donnes de distance fournie par linterfromtre laser et de donnes dazimutklvation obtenues par un systme de suivi fixe visant un rflecteur mont lextrmit du robot. Interfrom&tre laser Figure 10 : suivi interfromtrique uni-faisceau pour la mesure de la position lSO/TR 13309:1995(F) 0 ISO Lorientation du robot (tangage et lacet) peut aussi tre mesure laide du m