工业机器人逐渐成为提高生产力不可或缺的工具,是制造业皇冠顶端的明珠。机器人应用领域日益拓展及产品智能制造发展对机器人精度、可靠性等性能指标提出了更高要求。重复定位精度和绝对定位精度是机器人的核心技术指标,因此,开展机器人定位精度标定技术研究具有非常重要的意义。基于先进激光跟踪测量设备,对6R串联型工业机器人进行了运动学标定,本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)分析了激光测量系统的测量影响因素、组成单元及其应用领域;针对所采用的Leica AT901-MR型激光跟踪仪,介绍其标定测试的相关性能指标及SA软件;研究了激光跟踪仪的测量原理,分析了相对距离测量(IFM)、绝对距离测量(ADM)以及基于单目视觉的姿态测量原理。(2)介绍了用于描述机器人运动学的数学基础和D-H参数法,针对UR3机器人,建立D-H运动学模型,分析正运动学问题,推导其雅克比矩阵;引入尺度约束类型的概念,根据尺度约束类型对机器人关节进行分组研究末端运动特性。(3)分析了机器人末端误差来源,并对其进行归纳分类;分析了自适应步长的LM算法原理、研究了收敛条件、算法具体实施步骤;针对UR3机器人末端精度,提出了标定方法及实验方案:通过激光跟踪仪采集机器人末端所达位姿,以此位姿数据作为算法输入,进行几何参数估计;针对标定技术中末端位姿测量数据数量增加将导致参数估计运算量呈现幂指数增加问题,通过对雅克比矩阵进行奇异值分解,构造可观测性指数指标,筛选出对末端位姿误差影响较大的一部分被测量点,用于进行几何参数估计,该方法能达到以所有被测量点进行估计的标定精度,而计算量大大降低;针对机器人标定参数辨识,进行了机器人组合关节模式标定(其他关节锁定,仅组合关节中各关节运动),研究末端位置所拟合出具有几何特征(如平面、球面)的空间图形,确定影响末端几何形态的敏感参数;分别根据末端运动特性,构造运动学误差函数,针对敏感参数进行估计,以实现机器人特定场合应用,如平面打磨或球磨。(4)针对本文机器人末端位姿标定方法,搭建UR3机器人标定实验平台,通过激光跟踪仪在SA软件中映射出机器人基坐标系的空间位姿;根据ISO 9283:1998标准,对机器人末端进行了位姿精度评估;依据上述标定方法,分别对待估计参数进行估计计算,并修正机器人名义运动学模型;根据标准对标定后的机器人末端进行位姿精度检测,验证了标定方法的有效性。本文对机器人标定实验的研究及标定方法可行性的验证,具有理论意义和实用价值。