工业机器人是一款面向工业领域的多关节工业机械手或多自由度机器人，专门用来在受控环境下反复执行完全相同的工作。比如，一台在汽车装配线上的工业机器人正在以相同力度、相同位置拧紧一颗颗螺钉；而在装配线上另一台机器人正给传送带上的每一罐玫瑰酱瓶子拧上盖子……

但是，长时间使用后的工业机器人也会“生病”：出现精准度下降的问题，如何诊断并修复工业机器人精准度则是亟须解决的难题。近日，云南省举办了一场以“科技创新引领未来”为主题的创新创业大赛。在众多优秀的参赛项目中，一款名为“工业机器人快速标定系统”的项目脱颖而出，荣获金奖。

为什么机器人需要标定？

定位精度作为影响机器人性能的重要因素，所以经常要对机器人进行标定来提高机器人的定位精度从而满足工业上的需要。影响机器人本体精度因素分为两大类：运动学因素——加工误差、机械公差/装配误差、减速器精度、减速器空程等；动力学因素——质量、惯性张量、摩擦力、关节柔性、连杆柔性。

机器人本体的实际精度和理论设计模型可能会存在一定的误差。为了使机器人本体达到与理论设计模型一致，提高机器人点精度和轨迹精度或者能够完全以编程设定的动作运动，机器人在装配后需要进行标定工作。标定一般采用激光跟踪仪、拉线法、20点法等方法。至于采用哪种方法，可以根据企业的资金预算、客户需求及市场定位的要求选择不同的方法。毋庸置疑的是，无论使用哪种方法，对机器人本体企业来说都是成本的增加。

在多数工业机器人应用中，示教再现的编程方式仍然占据主流，这要求机器人具有较好的重复定位精度，对其绝对定位精度则要求不高。特别是对于主要用于点到点工况的SCARA机器人，在点到点的示教类应用中：比如上下料搬运，起点和终点的位置都是示教出来的，因此对于这类应用，只要编码器、减速器精度足够高即可省去标定工作。

以爱普生G3-351mmSCARA机器人为例：机器人臂展350mm，重复定位精度±0.01，额定负载1kg，最大负载3kg。机器人本体的精度推算其对谐波减速器精度的要求，要想确保350mm臂展重复定位精度±0.01的精度，谐波减速器单向重复定位精度必须控制在11.88角秒。因此需要谐波减速器单向重复定位精度均低于10角秒。

自研工业机器人快速标定系统

“精度是制约国产机器人高端应用的重要瓶颈，标定是提升机器人精度的重要途径，其中测量作为标定的关键环节之一，对标定的精度、效率和成本起决定性作用。”“把脉问诊”工业机器人，昆明理工大学机电工程学院博士后邢亚珊近期因其自研的工业机器人快速标定系统摘得金奖。

得知荣获金奖的那一刻，邢亚珊既欣喜又感动。“非常荣幸能够获得金奖，这就是对我们这项技术的一个肯定，也让更多的人了解了这套技术。”

面对机器人标定被国外垄断的现状，邢亚珊所在的复杂机电系统控制研究所自2018年开始致力于攻克机器人“快速标定和精度维护”技术。“目前，国内外主流标定方案大多依赖于激光跟踪仪为测量设备，而激光跟踪仪价格高昂且核心技术被国外垄断，这也导致国内工业机器人标定必须依赖进口设备，成为制约国产机器人向‘高精尖’发展的瓶颈环节。”邢亚珊解释道，国内机器人标定市场迫切需要一款价格适中、精度可靠、部署简单的工业机器人快速标定系统。

“以企业迫切需求为出发点，团队另辟蹊径解决国产工业机器人精度问题，采用了国产的激光位移传感器，将其放在工业机器人底部，提出了自主的标定建模技术，显著增大了测量范围和精准度。”邢亚珊介绍道，团队开展了基于封闭运动链和非完整末端位置信息条件下的机器人标定理论研究，突破了工业机器人封闭运动链构建技术、三维空间非接触式高精度测量技术和多传感器融合技术等三大关键技术，最终自主研制出了一款“工业机器人快速测量及标定系统”，打破国外技术垄断，为工业机器人提供具有完全自主知识产权的国产一站式标定解决方案。

快速标定系统商业化未来可期

邢亚珊表示，她从小就对科技产生了浓厚的兴趣，尤其是机器人技术。在大学期间，她选择了机械工程专业，并在研究生阶段开始专注于机器人技术的研究。在她看来，机器人技术是未来发展的趋势，而工业机器人作为机器人技术的一个重要应用领域，其发展前景非常广阔。

然而，在实际生产过程中，工业机器人的标定过程往往耗时较长，且精度难以保证。目前，产品可以实现工业机器人的狭小空间范围测量和快速标定，标定后机器人定位精度获得显著提升，其精度标定技术已达到国内领先、国际先进水平。”邢亚珊说道。

相较于进口设备，目前研发产品价格降低20%以上、体积降低94%、重量降低80%、测量所需空间降低95%，实现紧凑工位车间现场标定，产品已经在苏州、上海和广州等地进行了一定的应用。“再接再厉，希望未来成为国产机器人快速标定领域的领头羊，为中国实施制造强国战略添砖加瓦。”

在谈到创业过程中遇到的困难时，邢亚珊表示，最大的困难来自于技术研发和资金筹集。作为一个年轻的科研团队，他们在技术研发方面缺乏经验，需要不断地学习和摸索。而在资金方面，由于项目尚未实现商业化，资金来源主要依靠团队成员的积蓄和导师的支持。虽然过程艰辛，但邢亚珊和团队成员都表示，他们热爱这个项目，愿意为之付出努力。

谈及未来的发展规划，邢亚珊表示，她希望将这套工业机器人快速标定系统推向市场，为更多的企业提供高效、便捷的工业机器人标定服务。同时，她还计划进一步优化系统性能，提高系统的智能化水平，以满足未来工业机器人发展的需求。

文章来源： 云南网，小小玉米投手可笑，金属加工