面向机器人精度补偿的定位误差相似度机理

Industrial robots usually have high repeatablity but low position accuracy. The absolute position accuracy of industrial robots cannot meet the accuracy demand of the aircraft manufacturing. So it is important to study robot calibration technology. The kinematic model built by traditional calibration methods cannot compeletly reflect the real moving state of the robot, and it requires high openess of the robot controll system. This project intends to analyse the robot error distribution in the robot working range based on Monte-Carlo method, to prove the exist of the similarity of position errors, and to study the mathematical representation of the error similarity; Based on the error similarity theory, an error identification model and an error compensation model based on postprocessing are proposed; In order to choose the best configurations,a multi-objective optimization model for optimizing robot configurations based on error similarity is proposed. The methods above can improve the absolute position accuracy of industrial robot with the optimized configurations and without modifying the parameters of the robot's control system. This project is a deeper study and expansion of the robot calibration technology, and has important significance in enriching the calibration theory and promoting robot applications in high accuracy manufacturing.

工业机器人具有重复定位精度较高而绝对定位精度较低的特点，其绝对定位精度无法满足如航空制造等领域的精度要求，因此，研究机器人精度补偿技术至关重要。传统的机器人运动学标定方法具有模型不能完全反映机器人运动状态和要求机器人控制系统具有较高的开放性的缺点。本项目拟使用Monte-Carlo法对机器人在运动空间中的定位误差分布进行分析，证明定位误差相似性的存在，并研究误差相似度的数学表征；基于误差相似度理论，提出一种定位误差快速识别模型和一种基于后置处理的误差补偿模型；为了选择最优采样点，提出一种基于误差相似度的采样点多目标优化模型。上述方法将能够选择最优的采样点，在不修改机器人控制系统参数的前提下，有效提高机器人的绝对定位精度。本项目是对已有精度补偿技术的深入研究与延伸，对于丰富精度补偿理论体系并推进工业机器人在高精度制造领域的应用具有重要意义。

连接孔位置精度是飞机部件装配的关键技术指标，因而实现工业机器人绝对定位误差的估计与补偿，是保证飞机自动钻铆系统制孔精度的核心技术。本项目面向飞机部件自动钻铆和机器人精度补偿技术的需求，对工业机器人的定位误差相似度机理进行了深入研究。基于机器人运动学误差模型，分析、研究并验证了机器人定位误差的空间相似性理论，建立了基于变差函数的机器人定位误差相似度定量表征模型；建立了基于空间相似性的机器人定位误差估计与补偿模型，显著提高了机器人的绝对定位精度；建立了面向精度补偿的最优采样点数学模型，提出基于遗传算法的机器人采样点多目标优化方法，有效提高了精度补偿采样点的分布合理性和规划效率。本项目成果为提高工业机器人的绝对定位精度提供了新的解决方案，并已成功应用于飞机部件自动钻铆系统，显著提高了自动制孔的位置精度和飞机部件的装配质量。