機器人標定技術是提高機器人末端絕對定位精度的重要方法。可分為三個層次：一是關節級標定，二是機器人運動學標定，三是機器人動力學標定。

1 ? ? ? 運動學標定

機器人運動學標定技術是?以機器人運動學模型為基礎，通過測量機器人末端在運動過程中的真實位姿的數據，并和理論計算的末端位姿數據進行對比、分析，從而辨識出機器人的運動參數?。因此，機器人運動學標定技術包括以下三個步驟的內容：

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步驟1：建模

作為機器人運動學標定技術的基礎，機器人?運動學模型描述了末端到基座的變換關系，因此不同的模型對標定結果的精確度有著重要的影響?。?一般而言模型中用于描述機器人運動的參數越多，則該模型的精度就越高，但標定的難度和復雜度也隨之增加。?機器人末端誤差建模是機器人運動學標定技術的關鍵其描述了機器人末端理論和真實位姿誤差與運動學參數微分變化之間的關系類似運動學模型，誤差模型的選取也是在精度和復雜度之間權衡。?因此，應該根據實際的應用情況，適時地選用最合理的建模方式。

一般而言，機器人末端誤差模型的選取和機器人運動學模型密切相關，許多學者基于不同的運動學模型提出了自己的誤差模型。

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步驟2：末端位姿測量

?隨著計算機視覺技術和傳感器技術的發展，越來越多新型的測量技術被相繼提出，如基于視覺或傳感器的位姿測量系統。

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步驟3：運動學參數辨識

機器人末端誤差模型提供了機器人運動學參數誤差和機器人末端位姿誤差之間的關系，機器人末端位姿測量技術測量出了機器人末端的位姿誤差，運動學參數辨識使用一定的數學方法對誤差模型進行處理，求解出運動學參數誤差。

在實際應用中，機器人末端位姿誤差模型通常是非線性的，但一般都將其以線性的方式進行處理，因而會產生不必要的誤差。?大多數的運動學參數辨識方法選擇舍棄高階誤差項，并在求解誤差模型時反復迭代以減小不必要的誤差，因此能夠獲得較高的?辨識?精度。

2 ? ? ? 動力學標定

機器人在運動過程中，隨著速度的提高，所承受的離心力、重力以及力矩和哥氏力等對機器人的性能有著不同的影響。在已知機器人運動的微分方程的情況下，一般沒有辦法直接獲得機器人的動力學參數，而只能通過機器人動力學參數標定技術來獲得。類似機器人運動學參數標定，機器人動力學參數標定過程也可分為三個步驟：建模、機器人動態精度測量和機器人動力學參數?辨識?。??

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步驟1：?建模?? ? ? ? ? ?

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步驟2：?機器人動態精度測量?? ? ? ? ? ?

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步驟3?：?機器人動力學參數辯識?? ? ? ? ? ?

3 ? ? ? 離線辨識

機器人運動學離線參數?辨識?是指在機器人處于離線的狀態下事先對機器人的運動學參數進行標定。過去的機器人標定技術大多通過離線編程技術實現，即?操作員控制機器人運動到固定的位姿，并通過控制系統獲取當前的末端位姿和各關節的關節角，然后采用合適的位姿測量系統測量此時的機器人末端真實位姿，從而獲得末端理論位姿和實際位姿的誤差，不斷重復以上過程以獲取足夠多的數據，最后利用一定的數學方法辨識機器人的運動學參數誤差并對其進行補償?。

由此可見，以往的機器人標定過程通常需要機器人處于離線狀態，且需要大量的人工輔助，復雜且低效。?當機器人處于人類難以抵達的動態非結構化的環境（如高溫、高壓等）中時，離線的機器人參數辨識方法難以實施，同時由于環境因素使得機器人幾何結構不斷變化，離線標定也變得毫無意義?。傳統的機器人標定技術所用的測量工具如自動經緯儀、三坐標測量機、激光跟蹤儀、球桿儀等通常體積龐大，價格昂貴，操作復雜且需要專業的操作人員，因此很難用于機器人的在線標定！

4 ? ? ? 在線辨識

機器人運動學在線參數?辨識?是指?在機器人工作的同時，機器人自主進行自動標定以實時提高機器人的運動精度?。相比于離線辨識，在線辨識方法簡單，不需要安裝復雜的設備，且能夠自適應各種環境，具有高效、高精度和高魯棒性的優點。當機器人處于如高壓的深海或高溫的外太空中工作時，機器人的幾何形態極易發生變化，導致機器人的運動精度低下，而離線的參數?辨識?方法無法辨識參數。因此，需要在機器人運動的同時實時測量機器人末端的位姿數據并?辨識?機器人的參數誤差，彌補環境因素對機器人幾何結構的不利影響，提高機器人末端的絕對定位精度。由此可見，機器人在線標定技術基本不需要借助人工力量，過程簡單高效，尤其是在動態非結構化的環境下，對提高機器人末瑞的絕對定位精度有著非常重大的意義。

Ref:

[1]杜廣龍,張平.機器人運動學在線標定技術[M].廣州:華南理工大學出版社,2016.

編輯：黃飛

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