ISO/TR 13309:1995
(Main)Manipulating industrial robots — Informative guide on test equipment and metrology methods of operation for robot performance evaluation in accordance with ISO 9283
Manipulating industrial robots — Informative guide on test equipment and metrology methods of operation for robot performance evaluation in accordance with ISO 9283
Supplies information on the state-of-the-art of test equipment operating principles. Additional information is provided that describes the applications of current test equipment technology to ISO 9283.
Robots manipulateurs industriels — Présentation du matériel d'essai et des méthodes de mesure pour l'évaluation des critères de performance des robots conformément à l'ISO 9283
General Information
Standards Content (Sample)
TECHNICAL
ISO
REPORT
TR 13309
First edition
1995-05-15
Manipulating industrial robots -
Informative guide on test equipment and
metrology methods of Operation for robot
Performance evaluation in accordance with
ISO 9283
Robots manipulateurs industriels - Guide informatif sur l’appareillage
d ’essai et les methodes m&rologiques opkatoires pour Evaluation de Ia
Performance d ’un robot conform6ment ti I ’ISO 9283
Reference number
CONTENTS
Page
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*****~~~*~~.w~8~b=9~ 1
methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Major categories of Performance measuring 1
3 . Recommended robot Performance measuring methods . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 . Robot performante measuring methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Table 1. Measuring methods of robot Performance characteristics. 15
Table 2. Typical measuring performances of measuring methods in Table 1
.................. 17
Annex A Examples of available measuring systemskensors
............. 18
Annex B Addresses of measuring systemkensor manufacturers
AnnexC Library list . 19
0 ISO 1995
All rights reserved Unless otherwise specifkd, no part of this publication may be reproduced or
utilized in any form or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and
microfilm, without Permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
@ ISO
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member body
interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to
be represented in that committee. International organizations, govemmental and non-
govemmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with
the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical
standardization.
The main task of ISO technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances a technical committee or sub-committee may propose the
publication of Technical Report of one of following types:
-type 1, when the xquired support cannot be obtined for the publication of an
International Standard, despite repeated efforts;
-type 2, when the subject is still under technical development or whert for any other
reason there is the future but not immediate possibility of an agreement on an
iniemational Standard;
-type 3, when a technical committee or sub-committee has collected data of a different
kind from that which is normally published as an International Standard ( “state-of-the-
art ”, for example).
Technical Reports of types 1 and 2 are subject to review within three years of publication, to
decide whether they tan be transformed into International Standards. Technical Reports of
type 3 do not necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be
no longer valid or useful.
ISO/TR 13309, which is a Technical Report of type 3, was prepared by Working Group 2 -
Performance criteria and related testing methods - of ISO/TC 184SC 2 - Robots for
manufacturing environment.
This document is being published in the ferm of a Technical Report because it is intended to
provide an overview on technically feasible metrology methods and the current state-of-the-
art of test equipment when evaluating robot motion performances in accordance with ISO
9283: 1990 - Manipulating industrial robots - Performance criteria and related test methods.
. . .
@ ISO
Introduction
The International Standards ISO 9283 and ISO 9946 were published in 1990 and 1991 in
Order to meet the needs of industries. For the purpose of supplementing these Standards
some amendments are being investigated for real applications.
It is important to clarify the kind and performante level of existing measurement Systems
applicable to robots in relation to ISO 9283 and establishing additional Standards or reports.
This Technical Report contains an attempt to classify the measurement techniques and
methods applicable to the robot characteristics testing, and describes the principles of
Operation and accuracies of the current state-of-the-art, and as much as possible, currently
available measurement Systems.
TECHNICAL REPORT 0 ISO ISO/TR 13309: 1995(E)
Manipulating industrial robots - Informative guide on test
equipment and metrology methods of Operation for robot
Performance evaluation in accordance with ISO 9283
1. Scope
This report supplies information on the state-of-the-art of test equipment operating
principles. Additional information is provided that describes the applications of current
test equipment technology to ISO 9283.
2. Major categories of Performance measuring methods
There are several methods which are used for characterizing robot performante in
accordance with ISO 9283. These methods are classified as follows:
. Positioning test probe methods
2 . Path comparison methods
3 . Trilateration methods
4 . Polar coordinate measuring methods
5 . Triangulation method
6 . Inertial measuring method
7 . Coordinate measuring methods
8 . Path drawing method
Brief discussion of these methods is given in Section 4. Detailed description of these
svstems tan be found in documents provided in Library list (Annex C).
M
3. Recommended robot Performance measuring methods
Table 1 presents a list of the recommended methods for measuring the Performance
criteria in accordance with ISO 9283. The methods that are categorized into eight
Esch method ’s
categories in Section 2 are itemized into a total of 16 individual methods.
Although some methods tan be used to measure the
capabilities are also provided.
Some
characteristics of both the pose and the path, some of the methods have limitations.
of the limitations are:
- (1) Only position (or orientation) tan be measured in pose characteristics testing.
- (2) Path characteristics ( linear or circular ) tan be measured only along restricted
command paths.
- (3) Only robots with limited overshoot tan be tested.
- (4) The performante of the test equipment may not provide sufficient accuracy or
uncertainty of measurement for particular characteristics.
- (5) Measuring is limited to the number of freedom of the test equipment.
- (6) The test equipment may provide limited measurement volume compared to the
test cube defined in ISO 9283.
- (7) The sampling fkquency of the test equipment may not fit for the top frequency
of the robot movement to be measured
The tester should discuss the limitations with the test equipment manufacturer when
planning performante measurement.
Table 2 is a summary of typical Performance characteristics and capabilities of the
recommended methods. It is advised that before testing a robot, the tester should
understand the performante levels of the robot and select the appropriate testing methods.
4. Robot Performance measuring methods
This section is a descriptive presentation and schematic configurations of the methods
listed in Table 1.
4.1 Yositioning test probe methods
The attained pose characteristics tan be measured using a probe containing suffkient
number of displacement or proximity Sensors which are positioned by tk robot to slowly
tauch a precision artifact located at a prescribed Position or to stay in the air to measure
possible overshoot. A typical set up is shown in Figure 1. Figure 2 Shows some
alternative applications of the method. Several types of test artifacts and probes tan be
combined, depending on the number of pose parameters required.
Figure 1 Positioning test probe method (cube artifact)
Non-contact measurement
Contact measurement
(measuring x. y. 2.
(measuring x. y. z. coordinates)
I
a. b. c coordinates)
Artifacts
Examples
Of
probe
L
mounted on the robot
Figure 2 Artifacts of positioning test probe method
4.2 Path comparison methods
4.2.1 Mechanical gage comparison
This methods is based on comparing an attained path with a command path which could
be composed of linear or circular path Segments. The pah is constructed using a
precision mechanical gage or other Position reference structure.
Figure 3 Shows a set up
for the method where the proximity Sensors are fitted on a cube probe and the artifact is a
straight edge representing the command path.
Deviations occutig during the execution
of the pah are sensed by appropriate number of Sensors and used to determine
characteristic parameters (accuracy and repeatability) of the attained path. Complete pose
deviations (position and orientation) tan also be determined when sufficient Sensors are
used.
anical gage
Figure 3 Mechanical gage comparison
ISO/TR 13309: 1995(E) @ ISO
4.2.2 Laser beam path comparison
Path accuracy/repeatability along a laser beam tan be measured with a photosensitive
transducer which has the capability of detecting the position error of incident beam from
the centre of the transducer. System set up is shown in Figure 4.
The robot ’s pose along the beam tan be calculated as a function of time if the laser Source
is replaced by a laser interferometer and the photosensitive transducer has light reflecting
capability.
L,aser beam path comparison
Figure 4
4.3 Trilateration Methods
Trilateration (meaning “using three sides ”) is a method of determining the Cartesian
coordinate (x, y, z) of a Point P in three-dimensional space with three distance values
between the Point P and the three Observation stations, and the base lengths between three
fixed stations. Figure 5 explains the principle of trilateration in two-dimensional
representation.
Y
\
\
h
v
X
x
BI
B2
l
Figure 5 Measuring principle of trilateration
(two-dimensional representation)
@ ISO ISO/TR 13309:1995(E)
4.3.1 Multi-laser tracking interferometry
This method is based on using three laser beams produced fiom three laser
interferometers with two-axis servo controlled tracking aimed at a common target located
on the robot ’s wrist. System set up is shown in Figure 6. The Robot pose characteristic
in three-dimensional space tan be determined based on distance data obtained f?om the
three interferometers. The orientation tan be measured if six interferometers are used in a
set up in which the six beams are aimed at three independent targets on the robot.
Retroreflector
Tracking interferometers
Figure 6 Multi-laser tracking interferometry
4.3.2 Ultrasonic trilateration
The robot ’s Position in three-dimensional space tan be calculated with distance data fiom
three stationary ultrasonic microphones which receive ultrasonic pulse trains from a
Sound Source mounted on the robot. System set up is shown in Figure 7.
The robot ’s orientation tan be measured if the robot has three independent Sound sources
and each stationary microphone tan detect pulse trains from all three Sound sources.
Figure 7 Ultrasonic trilateration
0 ISO
4.3.3 Mechanical cable trilateration
This methods is based on connecting three cables originated fi-om three fixed cable-
By evaluating the length
feeding devices to the robot ’s end Point as shown in Figure 8.
of each cable, such as using potentiometers or encoders on the cable feeding devices
which maintain the cables under tension, the position of the robot ’s end Point tan be
determined.
Cabl
\
Encoder
Figure 8 Mechanical cable trilateration
4.4 Polar coordinate measuring methods
Polar coordinate measuring methods tan be used to determine the Cartesian coordinate
(a) and elevation (f3>
(x, y, z) of a Point in space by measuring a distance D, azimuth
values as shown in Figure 9.
/
/
/
D
/
/
X
Principle of three-dimensional polar coordinate measuring
Figure 9
@ ISO ISO/TR 13309:1995(E)
4.4.1 Single laser tracking interferometry
Laser tracking interferometry method tan be used to measure robot ’s Position or
orientation. Figure 10 Shows a typical setup of a Single laser interferometer for position
measurement. The robot ’s Position tan be calculated with distance data f?om the laser
interferometer and azimuth/elevation data which is obtained from a stationary tracking
System aimed at a retroreflector mirror mounted on the robot ’s end Point.
Retroreflector
Figure 10 Single laser tracking interferometry for position measurement
The robot ’s orientation (pitch and yaw) tan also be measured using the same System
(Figure 1 l), if the retroreflector mirror System has the capability of keeping its Optical
axis pointed to the stationary tracking System, or if the stationary tracking System tan
analyze the diffracted image reflected by the retroreflector. This method tan test 6 DOF
(degree of fieedom) robots.
Retroreflector
ser interferometer
Figure 11 Single laser tracking interferometry for pose measurement
@ ISO
ISO/TR 13309: 1995(E)
4.4.2 Single total Station method (staticltracking)
The robot ’s attained Position tan be measured by a static total Station (capable of
measuring distance, azimuth and elevation) Point by Point.
The robot ’s attained pose (positioning factor) or attained path (positioning factor) tan also
be measured by a tracking total Station which keeps track of a moving retroreflector
u
the System.
mounted on the robot. Figure 12 Shows a typical set up for
Figure 12 Single total Station method (tracking)
4.4.3 Linear scale method
The robot ’s Position tan be measured as a function of time with distance data and
azimuthlelevation data fiom a linear scale.
In the linear scale method, shown in Figure 13, the upper end of the linear scale is joined
to the robot, and the distance between the upper end and the point connected at the
encoders is measured.
AzimuWel
...
RAPPORT
ISO
TECHNIQUE
TR 13309
Première édition
1995-05-I 5
Robots manipulateurs industriels -
Présentation du matériel d’essai et des
méthodes de mesure pour l’évaluation des
critères de performance des robots
conformément à I’ISO 9283
Manipulating industrial robots - Informative guide on test equipmen t and
metrology methods of operation for robot performance evaluation in
accordance with ISO 9283
Numéro de référence
ISO/TR 13309: 1995(F)
Page
Sommaire
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.*. 1
1 Domaine d’application
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 1
2 Principales catégories de méthodes de mesure des performances
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 Méthodes recommandées de mesure des performances des robots
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘. 2
4 Méthodes de mesure des performances des robots
................................................................................ 3
4.1 Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
................................................................................................... 3
4.2 Méthodes de comparaison de trajectoire
................................................................................................ 5
4.3 Méthodes de triangulation (“trilateration”)
....................................................................................... 7
4.4 Méthodes de mesure par coordonnées polaires
4.5 Méthodes de triangulation .
4.6 Méthode de mesure par inertie .
............................................................................ 13
4.7 Méthodes de mesure par coordonnées (cartésiennes)
Méthode graphique de mesure .
4.8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.
Tableau 1
Tableau 2 .,.,.,.,.‘.,.
Annexes
A Exemples de systèmes de mesure/capteurs disponibles .
....................................................................... 19
B Adresses des fabricants de systèmes/capteurs de mesure
.....................................................................................................................................................
C Bibliographie
0 ISO 1995
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de
cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce
soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et
les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
0 ISO
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration des normes internationales
est en général confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par
une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent
également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d‘élaborer les Normes internationales.
Exceptionnellement, un comité ou sous-comité technique peut proposer la publication d’un
rapport technique de l’un des types suivants :
- type 1 : lorsque, en dépit de mains efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne
peut être réalisé en faveur de la publication d’une Norme internationale ;
- type 2 : lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou
lorsque, pour toute autre raison, la possibilité d’un accord sur une norme internationale est
envisageable dans l’avenir mais pas dans l’immédiat ;
- type 3, lorsqu’un comité ou sous-comité technique a réuni des données de nature différente
de celles qui sont normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant
comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard
après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes
internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés
avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 13309, rapport technique de type 3, a été préparé par le Groupe de Travail 2 : Critères
de performance et méthodes d’essai correspondantes, de I’ISO/TC 184/SC 2 : Robots
manipulateurs industriels.
Le présent document a été publié sous forme d’un rapport technique car il est destiné à fournir
une vue d’ensemble sur les méthodes de mesure techniquement applicables ainsi que sur le
matériel d’essai aujourd’hui disponible pour l’évaluation des performances de déplacement des
robots conformément à I’ISO 9283 : 1990 - Robots manipulateurs industriels - Critères de
performance et méthodes d’essai correspondantes.
Le présent rapport technique a été préparé par I’ISO/TC l84/SC 2 - Robots manipulateurs
industriels - conformément à la Résolution 121 adoptée lors de la réunion du SC 2 à 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 été publiées en 1990 et 1991 afin de
répondre aux besoins de l’industrie. Afin de compléter ces normes, certains amendements
correspondants à des applications réelles sont à l’étude.
II est important de préciser le type et le niveau de performance des systèmes de mesure
existants applicables aux robots par rapport à I’ISO 9283 et d’établir des normes ou rapports
supplémentaires.
Le présent Rapport technique s’attache à établir une classification des techniques et méthodes
de mesure applicables au contrôle des caractéristiques des robots et décrit les principes de
fonctionnement et la précision de la technique actuelle et, dans toute la mesure du possible, les
systèmes de mesure aujourd’hui disponibles.
iV
RAPPORT TECHNIQUE 0 ISO ISO/TR 13309: 1995(F)
Robots manipulateurs industriels - Présentation du matériel
d’essai et des méthodes de mesure pour l’évaluation des
critères de performance des robots conformément à I’ISO 9283
1 Domaine d’application
Le présent rapport fournit des informations sur l’état de la technique en matière de principes de
fonctionnement des équipements d’essai. Il apporte des informations supplémentaires décrivant
les applications de la technologie des équipements d’essai actuels à I’ISO 9283.
2 Principales catégories de méthodes de mesure des performances
II existe plusieurs méthodes de caractérisation des performances des robots conformes à
I’ISO 9283. La classification de ces méthodes est la suivante :
1. Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
2. Méthodes de comparaison des trajectoires
3. Méthodes de triangulation (“trilateration”)
4. Méthodes de mesure par coordonnées polaires
5. Méthode de trianoulation
v’
6. Méthode de mesure par inertie
7. Méthodes de mesure par coordonnées
8. Méthode graphique de mesure
Ces méthodes sont brièvement exposées à l’article 4. Une description détaillée de ces systèmes
peut être trouvée dans les documents figurant dans la bibliographie (Annexe C).
ISO/TR 13309: 1995(F) 0 ISO
3 Méthodes recommandées de mesure des performances des robots
Le tableau 1 présente la liste des méthodes recommandées pour la mesure des critères de
performance conformément à I’ISO 9283. Ces méthodes, au nombre de seize, correspondent aux
huit catégories de l’article 2. Les possibilités de chaque méthode sont également présentées.
Bien que certaines méthodes puissent être utilisées pour mesurer les caractéristiques de pose et
de trajectoire, certaines comportent des limitations, parmi lesquelles :
1) seule la position (ou l’orientation) peut être mesurée lors du contrôle des caractéristiques de
pose ;
2) les caractéristiques de trajectoires (linéaires ou circulaires) ne peuvent être mesurées que le
long de trajectoires commandées limitées ;
3) seuls des robots à dépassement de pose limité peuvent être contrôlés ;
4) les performances de l’équipement d’essai peuvent ne pas donner une exactitude ou une
incertitude de mesure suffisante pour certaines caractéristiques ;
5) la mesure est limitée au nombre de degrés de liberté de l’équipement d’essai ;
6) l’équipement d’essai peut engendrer un volume de mesure limité par rapport au cube
d’essai défini dans I’iSO 9283 ;
7) la fréquence d’échantillonnage de l’équipement d’essai peut ne pas convenir pour la
fréquence supérieure de déplacement du robot à mesurer.
II convient que la personne chargée des essais discute des limitations avec le fabricant de
l’appareillage d’essai lors de l’organisation du mesurage des performances.
Le Tableau 2 résume ies caractéristiques de performances et les capabilités types des méthodes
recommandées. II est conseillé à la personne chargée des essais, avant de contrôler un robot, de
connaître le niveau de performance du robot et de choisir les méthodes d’essai appropriées.
4 Méthodes de mesure des performances des robots
Le présent article décrit et présente sous forme schématique les méthodes énumérées dans le
Tableau 1.
0 ISO ISO/TR 13309:1995(F)
4.1 Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
Les caractéristiques de pose atteinte peuvent être mesurées à l’aide d’une tête de mesure
comportant suffisamment de capteurs de déplacement ou de proximité, déplacée par le robot de
manière à toucher lentement un “artefact” de précision situé à un endroit précis ou à rester en
l’air pour mesurer un éventuel dépassement. Une configuration type est présentée à la Figure 1.
La Figure 2 présente d’autres variantes de la méthode. Plusieurs types “d’artefacts” et de têtes
de mesure peuvent être combinés, en fonction du nombre de paramètres de pose requis.
cubique (creuse)
Figure 1 : méthode de positionnement d’une tête de mesure “artefact” (cubique)
Mesure sans contact
Mesure par contact
(coordonnées de mesure
(coordonnées de mesure x, y, z)
x, Y, z - a, b, c)
I
Artefacts
Exemples
de tetes
de mesure
montées sur le robot
artefacts” pour la méthode de positionnement d’une tête de mesure
Figure 2 : ”
4.2 Méthodes de comparaison de trajectoire
4.2.1 Comparaison mécanique
Cette méthode est basée sur la comparaison d’une trajectoire atteinte à une trajectoire
commandée qui peut être composée de segments de trajectoire linéaires ou circulaires. La
trajectoire est construite à l’aide d’une mesure matérialisée de précision ou d’une autre structure
0 ISO
lSO/TR 13309:1995(F)
de référence de position. La Figure 3 présente un montage possible dans lequel les capteurs de
proximité sont montés sur une tête de mesure et où I’artefact est une règle représentant la
trajectoire commandée. Les écarts de trajectoire sont détectés par un nombre approprié de
capteurs et servent à déterminer les paramètres caractéristiques (précision et répétabilité) de la
trajectoire atteinte. Les écarts de pose complets (position et orientation) peuvent aussi être
déterminés lorsqu’un nombre suffisant de capteurs est utilisé.
proximité
- Mesure matérialisée
Figure 3 : comparaison mécanique
4.2.2 Comparaison de trajectoire par faisceau laser
La précisioképétabilité de la trajectoire par rapport à un faisceau laser peut être mesurée à
i’aide d’un transducteur photosensible capable de détecter l’erreur de positionnement du faisceau
incident par rapport au centre du transducteur. La configuration du système est présentée à la
Figure 4. La pose du robot le long du faisceau peut être calculée en fonction du temps si la
source laser est remplacée par un interféromètre laser et si le transducteur photosensible peut
réfkhir la lumière.
otoblectr ique à effet latkral
Ph
- Laser
Figure 4 : comparaison de trajectoire par faisceau laser
0 ISO
4.3 Méthodes de triangulation (“trilateration”)
La triangulation (“trilateration” signifie en Anglais “utilisation de trois côtés”) est une méthode de
détermination des coordonnées cartésiennes (x, y, z) d’un point P dans un espace à trois
dimensions avec trois valeurs correspondant à la distance entre le point P et les trois stations
d’observation et les longueurs de la base entre trois stations fixes. La Figure 5 explique le
principe de triangulation par une représentation bi-dimensionnelle.
Y
Figure 5 : principe de mesure par triangulation
(représentation bi-dimensionnelle)
4.3.1 Suivi interférométrique multi-faisceaux
Cette méthode repose sur l’utilisation de trois faisceaux laser provenant de trois interféromètres
laser avec suivi asservi sur deux axes et visée d’une cible commune située sur le poignet du
robot. La configuration du système est présentée à la Figure 6. La caractéristique de pose du
robot dans un espace tri-dimensionne1 peut être obtenue à partir des données de distance
fournies par les trois interféromètres. L’orientation peut être mesurée dans une configuration où
six interféromètres sont dirigés vers trois cibles indépendantes placées sur le robot.
,,- Rhflecteur
Inteffb de suivi
rombtres
Figure 6 : suivi interférométrique multi-faisceaux
---------------------- Pa
...
RAPPORT
ISO
TECHNIQUE
TR 13309
Première édition
1995-05-I 5
Robots manipulateurs industriels -
Présentation du matériel d’essai et des
méthodes de mesure pour l’évaluation des
critères de performance des robots
conformément à I’ISO 9283
Manipulating industrial robots - Informative guide on test equipmen t and
metrology methods of operation for robot performance evaluation in
accordance with ISO 9283
Numéro de référence
ISO/TR 13309: 1995(F)
Page
Sommaire
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.*. 1
1 Domaine d’application
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 1
2 Principales catégories de méthodes de mesure des performances
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 Méthodes recommandées de mesure des performances des robots
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘. 2
4 Méthodes de mesure des performances des robots
................................................................................ 3
4.1 Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
................................................................................................... 3
4.2 Méthodes de comparaison de trajectoire
................................................................................................ 5
4.3 Méthodes de triangulation (“trilateration”)
....................................................................................... 7
4.4 Méthodes de mesure par coordonnées polaires
4.5 Méthodes de triangulation .
4.6 Méthode de mesure par inertie .
............................................................................ 13
4.7 Méthodes de mesure par coordonnées (cartésiennes)
Méthode graphique de mesure .
4.8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.
Tableau 1
Tableau 2 .,.,.,.,.‘.,.
Annexes
A Exemples de systèmes de mesure/capteurs disponibles .
....................................................................... 19
B Adresses des fabricants de systèmes/capteurs de mesure
.....................................................................................................................................................
C Bibliographie
0 ISO 1995
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de
cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce
soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et
les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
0 ISO
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration des normes internationales
est en général confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par
une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent
également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d‘élaborer les Normes internationales.
Exceptionnellement, un comité ou sous-comité technique peut proposer la publication d’un
rapport technique de l’un des types suivants :
- type 1 : lorsque, en dépit de mains efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne
peut être réalisé en faveur de la publication d’une Norme internationale ;
- type 2 : lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou
lorsque, pour toute autre raison, la possibilité d’un accord sur une norme internationale est
envisageable dans l’avenir mais pas dans l’immédiat ;
- type 3, lorsqu’un comité ou sous-comité technique a réuni des données de nature différente
de celles qui sont normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant
comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard
après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes
internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés
avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 13309, rapport technique de type 3, a été préparé par le Groupe de Travail 2 : Critères
de performance et méthodes d’essai correspondantes, de I’ISO/TC 184/SC 2 : Robots
manipulateurs industriels.
Le présent document a été publié sous forme d’un rapport technique car il est destiné à fournir
une vue d’ensemble sur les méthodes de mesure techniquement applicables ainsi que sur le
matériel d’essai aujourd’hui disponible pour l’évaluation des performances de déplacement des
robots conformément à I’ISO 9283 : 1990 - Robots manipulateurs industriels - Critères de
performance et méthodes d’essai correspondantes.
Le présent rapport technique a été préparé par I’ISO/TC l84/SC 2 - Robots manipulateurs
industriels - conformément à la Résolution 121 adoptée lors de la réunion du SC 2 à 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 été publiées en 1990 et 1991 afin de
répondre aux besoins de l’industrie. Afin de compléter ces normes, certains amendements
correspondants à des applications réelles sont à l’étude.
II est important de préciser le type et le niveau de performance des systèmes de mesure
existants applicables aux robots par rapport à I’ISO 9283 et d’établir des normes ou rapports
supplémentaires.
Le présent Rapport technique s’attache à établir une classification des techniques et méthodes
de mesure applicables au contrôle des caractéristiques des robots et décrit les principes de
fonctionnement et la précision de la technique actuelle et, dans toute la mesure du possible, les
systèmes de mesure aujourd’hui disponibles.
iV
RAPPORT TECHNIQUE 0 ISO ISO/TR 13309: 1995(F)
Robots manipulateurs industriels - Présentation du matériel
d’essai et des méthodes de mesure pour l’évaluation des
critères de performance des robots conformément à I’ISO 9283
1 Domaine d’application
Le présent rapport fournit des informations sur l’état de la technique en matière de principes de
fonctionnement des équipements d’essai. Il apporte des informations supplémentaires décrivant
les applications de la technologie des équipements d’essai actuels à I’ISO 9283.
2 Principales catégories de méthodes de mesure des performances
II existe plusieurs méthodes de caractérisation des performances des robots conformes à
I’ISO 9283. La classification de ces méthodes est la suivante :
1. Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
2. Méthodes de comparaison des trajectoires
3. Méthodes de triangulation (“trilateration”)
4. Méthodes de mesure par coordonnées polaires
5. Méthode de trianoulation
v’
6. Méthode de mesure par inertie
7. Méthodes de mesure par coordonnées
8. Méthode graphique de mesure
Ces méthodes sont brièvement exposées à l’article 4. Une description détaillée de ces systèmes
peut être trouvée dans les documents figurant dans la bibliographie (Annexe C).
ISO/TR 13309: 1995(F) 0 ISO
3 Méthodes recommandées de mesure des performances des robots
Le tableau 1 présente la liste des méthodes recommandées pour la mesure des critères de
performance conformément à I’ISO 9283. Ces méthodes, au nombre de seize, correspondent aux
huit catégories de l’article 2. Les possibilités de chaque méthode sont également présentées.
Bien que certaines méthodes puissent être utilisées pour mesurer les caractéristiques de pose et
de trajectoire, certaines comportent des limitations, parmi lesquelles :
1) seule la position (ou l’orientation) peut être mesurée lors du contrôle des caractéristiques de
pose ;
2) les caractéristiques de trajectoires (linéaires ou circulaires) ne peuvent être mesurées que le
long de trajectoires commandées limitées ;
3) seuls des robots à dépassement de pose limité peuvent être contrôlés ;
4) les performances de l’équipement d’essai peuvent ne pas donner une exactitude ou une
incertitude de mesure suffisante pour certaines caractéristiques ;
5) la mesure est limitée au nombre de degrés de liberté de l’équipement d’essai ;
6) l’équipement d’essai peut engendrer un volume de mesure limité par rapport au cube
d’essai défini dans I’iSO 9283 ;
7) la fréquence d’échantillonnage de l’équipement d’essai peut ne pas convenir pour la
fréquence supérieure de déplacement du robot à mesurer.
II convient que la personne chargée des essais discute des limitations avec le fabricant de
l’appareillage d’essai lors de l’organisation du mesurage des performances.
Le Tableau 2 résume ies caractéristiques de performances et les capabilités types des méthodes
recommandées. II est conseillé à la personne chargée des essais, avant de contrôler un robot, de
connaître le niveau de performance du robot et de choisir les méthodes d’essai appropriées.
4 Méthodes de mesure des performances des robots
Le présent article décrit et présente sous forme schématique les méthodes énumérées dans le
Tableau 1.
0 ISO ISO/TR 13309:1995(F)
4.1 Méthodes de positionnement d’une tête de mesure
Les caractéristiques de pose atteinte peuvent être mesurées à l’aide d’une tête de mesure
comportant suffisamment de capteurs de déplacement ou de proximité, déplacée par le robot de
manière à toucher lentement un “artefact” de précision situé à un endroit précis ou à rester en
l’air pour mesurer un éventuel dépassement. Une configuration type est présentée à la Figure 1.
La Figure 2 présente d’autres variantes de la méthode. Plusieurs types “d’artefacts” et de têtes
de mesure peuvent être combinés, en fonction du nombre de paramètres de pose requis.
cubique (creuse)
Figure 1 : méthode de positionnement d’une tête de mesure “artefact” (cubique)
Mesure sans contact
Mesure par contact
(coordonnées de mesure
(coordonnées de mesure x, y, z)
x, Y, z - a, b, c)
I
Artefacts
Exemples
de tetes
de mesure
montées sur le robot
artefacts” pour la méthode de positionnement d’une tête de mesure
Figure 2 : ”
4.2 Méthodes de comparaison de trajectoire
4.2.1 Comparaison mécanique
Cette méthode est basée sur la comparaison d’une trajectoire atteinte à une trajectoire
commandée qui peut être composée de segments de trajectoire linéaires ou circulaires. La
trajectoire est construite à l’aide d’une mesure matérialisée de précision ou d’une autre structure
0 ISO
lSO/TR 13309:1995(F)
de référence de position. La Figure 3 présente un montage possible dans lequel les capteurs de
proximité sont montés sur une tête de mesure et où I’artefact est une règle représentant la
trajectoire commandée. Les écarts de trajectoire sont détectés par un nombre approprié de
capteurs et servent à déterminer les paramètres caractéristiques (précision et répétabilité) de la
trajectoire atteinte. Les écarts de pose complets (position et orientation) peuvent aussi être
déterminés lorsqu’un nombre suffisant de capteurs est utilisé.
proximité
- Mesure matérialisée
Figure 3 : comparaison mécanique
4.2.2 Comparaison de trajectoire par faisceau laser
La précisioképétabilité de la trajectoire par rapport à un faisceau laser peut être mesurée à
i’aide d’un transducteur photosensible capable de détecter l’erreur de positionnement du faisceau
incident par rapport au centre du transducteur. La configuration du système est présentée à la
Figure 4. La pose du robot le long du faisceau peut être calculée en fonction du temps si la
source laser est remplacée par un interféromètre laser et si le transducteur photosensible peut
réfkhir la lumière.
otoblectr ique à effet latkral
Ph
- Laser
Figure 4 : comparaison de trajectoire par faisceau laser
0 ISO
4.3 Méthodes de triangulation (“trilateration”)
La triangulation (“trilateration” signifie en Anglais “utilisation de trois côtés”) est une méthode de
détermination des coordonnées cartésiennes (x, y, z) d’un point P dans un espace à trois
dimensions avec trois valeurs correspondant à la distance entre le point P et les trois stations
d’observation et les longueurs de la base entre trois stations fixes. La Figure 5 explique le
principe de triangulation par une représentation bi-dimensionnelle.
Y
Figure 5 : principe de mesure par triangulation
(représentation bi-dimensionnelle)
4.3.1 Suivi interférométrique multi-faisceaux
Cette méthode repose sur l’utilisation de trois faisceaux laser provenant de trois interféromètres
laser avec suivi asservi sur deux axes et visée d’une cible commune située sur le poignet du
robot. La configuration du système est présentée à la Figure 6. La caractéristique de pose du
robot dans un espace tri-dimensionne1 peut être obtenue à partir des données de distance
fournies par les trois interféromètres. L’orientation peut être mesurée dans une configuration où
six interféromètres sont dirigés vers trois cibles indépendantes placées sur le robot.
,,- Rhflecteur
Inteffb de suivi
rombtres
Figure 6 : suivi interférométrique multi-faisceaux
---------------------- Pa
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.