工业机器人常见误差和校准方法

现代机器人绝大多数是基于模型控制的（Model-based Control），有模型的地方就会有误差，因此具体有多少误差需要补偿/校准取决于你用了什么样的模型。

粗略的，可以把机器人用到的模型分为两个大类即运动学模型和动力学模型，因此误差也可按此划分：

分项简单说一下。

加工误差会导致：

机器人关节间的连杆长度不准；

配合面不精确造成某些设计为0的参数变成非零； 

机械公差：受限于机床加工精度及加工成本，机械部件在设计时都会留有公差，这些公差可能会在装配导致：

关节理论轴线与实际轴线不符；

相邻连杆/结构之间的相对位置与设计发生偏差； 

零点误差的大小主要取决于零点标定算法，具体可参考文末“阅读原文”，零点不准会造成控制器用来运算的理论模型与实际机器人位置不符，计算的结果也就不准确了。 

 

减速器回差主要在关节反向的时候影响绝对定位精度，而对于重复定位精度基本没有影响，并且小型机器人中普遍采用的Harmonic Drive号称zero backlash，要求不高的话可以暂不考虑。 

减速比误差指的是减速器的实际减速比与厂商标称的有微小差异，感兴趣的同学可以设计个简单装置实测一下，电机可能需要转到1000000圈这个量级。 

标定误差指的是机器人在使用过程中涉及到的相机标定（手眼标定），工具标定，工件标定等等，受限于简陋的标定装置及精简的标定过程，实际上最大的误差往往来自于这个方面。

 

以上的运动学误差辨识有非常多的相关研究，主要工作在工程实现以及平衡成本、精度和易用性之间的关系，不再赘述。

动力学方面，质量、质心、惯量张量属于刚体运动学的范畴，有关其参数辨识的方面研究也很充分。

摩擦力是个棘手的问题，主要用到的是静摩擦，库伦摩擦和粘滞摩擦，简单点搞就放一个线性或二阶模型，复杂一些可考虑stribeck，再复杂的就没接触过了，主要是一个漫长的tune&test过程，并且每台机器人都不一样。 

静摩擦的话，只有电机端位置传感器的话无法判断其方向，需要关节端传感器，要增加成本。

 

要求更高的场合就不能只考虑刚体动力学了，也要考虑一些关节和连杆的柔性，主要也是采用辨识的方法，区别在于模型的复杂度如何设置。

动力学参数的误差会极大影响Feedforward、Gravity Compensation和Compliance Control的效果，如果做动力学相关工作，则需要考虑辨识及补偿以上误差。

编辑：黄飞