机器人的告诉和高精度如何定义

机器人　“高速”，“高精度”这两个词，属于大家见得太多习以为常，细想之下又不知该如何准确解释的词。

这个题目可以拆成两个部分：

为什么对于“高速”和“高精度”没有明确的定义？

既然没有明确的定义，那什么情况下可以把自己的机器人称为“高速”和“高精度”的？

目前主要从两个方面来评价机器人的速度，一个是各关节的最大转速；二是机械臂末端的空间运动速度（线速度和角速度）。

在每一台机器人的说明书上，都会列出各关节的最大转速，但很少给出最大空间线速度的值。（有的厂商会在Data Sheet中给出一个最大合成速度，但是这个值是各关节均以最大速度转动得到的合成速度，更多的还是反应关节的最大速度，没有太大实际意义）在产品说明中不给出线速度的原因，是因为机械臂在不同的形态下，可达到的最大速度是不一样的。为了说明这个问题，我们首先了解一下目前应用最多的工业机器人。从机械结构上可以分成三种，分别是串联6轴机器人（机械臂）、SCARA机器人（Selective Compliance Assembly RobotArm）和Delta机器人，见下图（为了简化说明，4轴码垛/搬运，7轴冗余机械臂，串并混连机器人等构型没有列出）：

以最常见的串联6轴工业机器人为例，其结构基本上与人类的胳膊一致。大家想象一下自己的胳膊就是一个机械臂，伸直了抡与收回来再使劲抡，你的手能达到的最大速度是不一样的，伸直了抡明显会速度快很多，工业机器人同理。

而工业机器人属于高度灵活的可编程设备，不同的机器人应用中，可能会用到机器人伸直了的形态，也可能会用到收回来的形态，一切以实际应用为准。因此机器人厂商无法定义一个“明确”的手臂状态（无法穷举，因为可能的机器人形态有无数种；也无法给出最常用形态，因为对一个客户常用的形态，对另外一个客户可能就不适用；即使凑出一个使用最多的形态，用户期望的运动方向又是不一样的，三维空间有6个自由度，他们之间的速度方向组合又是无穷多个），也就无法给出一个“明确”的线速度大小。因此大多数厂商干脆就不会给出线速度大小，少数厂商会给出一个“最大空间合成速度“的参数，解释见上。以上是对同一个机器人而言，不同的形态对应不同的最大空间速度；而对于不同的机器人而言，情况又会不一样，主要有两个原因：

1、不同构型的工业机器人，由于机械结构的限制，能达到的最大理论速度不一样（假设关节最大速度相同），因此不同结构之间的机器人无法进行直接对比，也就无法使用同一种速度评判标准；

2、对于同样结构的不同机器人，还有大小的区别。想想一下十八岁的成年人的胳膊和三岁小朋友的胳膊，即便要求成年人用和小朋友一样的肩部转速抡胳膊，由于成年人的臂展更长，末端手的速度必然会更大。因此，不同臂展的机器人也无法使用同一种速度评判标准；

“高精度”问题比“高速”还要复杂一些，因为速度只有线速度和角速度两种，而精度指标很有多种，例如重复定位精度、重复姿态精度、绝对位姿精度、空间路径精度、线速度跟踪精度、角速度跟踪精度等等，在设计这些评测指标时，同样会遇到上述的各种限制。

庆幸的是，由于目前工业机器人的应用领域仍然还不是非常广泛（相对于人类整个的生产活动），因此当前只对重复定位精度和绝对位姿精度有较高的要求，这两个指标已经有了一些大概的共识。

现在主流的工业机器人，重复定位精度高于±0.02mm，全工作空间内绝对定位精度高于±1mm，基本可以说是“高精度”机器人了。2、既然没有明确的定义，那什么情况下可以把自己的机器人称为“高速”和“高精度”的？当前的主流做法其实很简单：既然无法对不同大小，不同构型的机器人提供统一的评价指标，那就按照不同的机器人种类（一般按目标应用领域来分），分别给出评价方法。举两个栗子。

比如说在小型6轴机器人领域（用于小型工件加工，如3C领域），一般以标准节拍时间来作为速度性能指标的评价标准。

标准节拍时间是指：机器人携带1公斤的负载，从起点开始，向上移动25mm，平移300mm，向下运动25mm，然后沿路径返回起点这样一个过程所耗费的时间，如下图（图中是NACHI的MZ07系列，标准节拍时间为0.31s）：

目前行业内顶级水平，可以将该指标控制在0.4s以下，比如EPSON的C4系列为0.37秒，C8系列为0.31秒，DENSO的VS系列可以做到0.33秒。感兴趣的可以看一下这个视频EPSONC4stdmotion1440感受一下。再比如在码垛/搬运领域，主要是搬运外形统一，重量比较大的物品，一般是以每小时最多可搬运多少次来评价速度，这个指标同样可以抽象为一个类似小机器人的标准节拍时间，只不过由于臂展增加，往返距离会相应变大（60kg负载，向上400mm，平移2000mm，向下400mm，然后按原路径返回起点），如下图：

ABBIRB460码垛机器人，一个小时内最多可完成2190次标准节拍，NACHI的LP系列每小时可完成1800次标准节拍。