多自由度非正交系统(如:工业机器人、太空机械臂、柔性测量机等)以其高效灵活、高精度、高稳定性等特点在各领域(工业制造、空间站建设等)得到大量应用。工业机器人是最具典型的一种多自由度非正交系统,为提高其定位精度需要对模型参数进行修正。传统的工业机器人模型参数误差修正补偿方法和技术,由于测量与补偿系统间接口一般不开放,标定过程需要人工参与,耗时长、标定效率低,对于操作人员的技术能力要求较高。为此,开展工业机器人运动偏差自动修正补偿技术研究,构建开放互联闭环修正补偿系统,提高工业机器人标定的效率,实现机器人的自动和高效标定。本论文受国家重点研发计划课题“多自由度非正交系统运动轨迹的补偿技术研究(编号:2018YFF0212703)”的支持,开展了多自由度非正交系统运动偏差自动修正补偿技术研究,提出了基于改进IGG3权函数的机器人距离误差标定方法,设计搭建了多自由度非正交系统运动偏差自动修正补偿系统,实现了对工业机器人运动学偏差的自动标定。本论文开展了多自由度非正交系统运动偏差自动修正补偿技术研究,进行了工业机器人运动学的理论研究,分别建立了机器人正逆解、工作空间的模型,并利用MATLAB进行了仿真研究;建立了位置误差模型、距离误差模型,分析了冗余参数及测量位形数并提出了基于改进IGG3权函数的工业机器人距离误差标定算法;基于Visual Studio软件开发了多自由度非正交系统运动偏差自动修正补偿软件系统上位机,基于SR4C机器人控制器平台设计了工业机器人底层运动算法;分别构建了基于Leica AT960激光跟踪仪和新松机器人的自动标定系统以及基于API激光跟踪仪和新松机器人的标定系统,并开展了一系列实验。本文开展的多自由度非正交系统运动偏差自动修正补偿技术研究,主要进行的研究工作和取得的研究成果总结如下:(1)建立机器人运动学模型。根据SR4C工业机器人的尺寸结构建立了 D-H模型,利用所得到的D-H运动学参数进行了正向运动学和逆向运动学算法的研究,并利用MATLAB Simulink模块和Robot工具箱进行仿真验证。(2)方案设计及机器人误差模型、辨识算法推导。确定了工业机器人自动标定软件系统总体设计方案;根据机器入微分变换理论推导了机器人位置误差模型和距离误差模型;根据模型间的线性关系分析了 SR4C型工业机器人的冗余参数;通过雅可比矩阵的奇异值获得五种可观测性指标,分析了不同位形数对条件数和可观测性指标的影响,确定最佳观测位形数;提出了基于改进IGG3权函数的工业机器人距离误差标定算法,并进行了仿真验证。(3)自动标定补偿软件系统设计。在机器人控制器中设计了底层运动算法,推导了基于梯形速度规划的关节空间轨迹规划和笛卡尔空间直线轨迹规划算法,并利用逆解实现了笛卡尔空间坐标与关节空间坐标的转换;在Visual Studio 2013平台开发设计了工业机器人自动标定软件系统上位机,实现了激光跟踪仪、标定软件及机器人控制器之间的数据通信。(4)实验研究。构建了基于Leica AT960激光跟踪仪和新松机器人的自动标定软件系统,并基于此自动标定软件在半径100 mm的采样球面上分别进行了最小二乘法和改进IGG3权函数的工业机器人距离误差标定方法的实验;构建了基于API激光跟踪仪和新松机器人的标定系统,并分别基于最小二乘法和改进IGG3权函数的工业机器人距离误差标定方法进行了采样球面半径为100mm和300 mm的实验。实验结果表明,改进IGG3权函数的机器人距离误差标定算法在辨识实验中可以将辨识后的位置精度由最小二乘法的58.8%提高到70.2%,相比最小二乘法有更好的抗差性能;在补偿实验中,改进IGG3权函数的机器人距离误差标定算法可以将机器人末端定位精度提高32.26%,有效地提高了机器人末端精度。