工业机器人在国内制造业向工业4.0的转型升级的过程中会得到更加广泛的应用。随着工业机器人的大规模使用，如何提高有效地保证和提高工业机器人的测量和定位精度？是一个重要的问题。
本文介绍的工业机器人测量和定位校准标准球器具基于距离和球面的运动学约束原理，为提高六轴系列工业机器人在特定目标工作空间内的运动校准精度。实验验证表明，使用该产品对机器人进行校准后，能够将机器人测量的平均误差从0.698减小到0.086 mm，最大距离误差从1.321减小到0.127 mm，显著提高了机器人在目标工作空间内的精度。
工业机器人通常是在线编程的，通过慢跑和教学，这只需要出色的重复性。但是，这种方法非常耗时，因为它涉及到编程过程中的停机时间。作为一种替代方案，企业越来越多地使用离线编程方法，即使用强大的仿真软件开发和测试机器人程序，并在虚拟审批流程后集成到机器人中。不幸的是，这种方法需要一个高水平的机器人精度，以确保机器人将精确复制编程的末端执行器的姿态。然而，工业机器人在默认情况下并不准确。提高精度最便宜的方法是通过校准，即使用某种坐标测量来识别机器人的运动学或非运动学参数。
机器人标定过程包括建模、测量、识别和补偿四个步骤。参数识别过程使用数学校准模型来尽可能准确地识别参数误差。这减少了末端执行器的位姿误差，提高了机器人的精度。
参数识别过程通常是通过最小化末端执行器姿态的残差来实现的，这些数据通常是通过测量末端执行器的位置或姿态来获得的。传统的机器人标定技术往往使用昂贵的测量设备，如激光跟踪器、探测坐标测量机(CMM)、光学CMMs、立体视觉系统或测量臂。这些设备的有效使用需要熟练的人员和经常的实验室环境。
其他的方法包括约束末端执行器到一个特定的运动，其中关节角度值是通过探针触发收集的。使用探测法的研究较少，且多集中在平面约束法。然而，这种方法需要对平面方程有很好的了解，它涉及到许多计量特征:使用平面的垂直度公差、平面度公差和凹凸度公差。另一种闭环方法使用圆柱约束，其中一个平行机器人是通过探测圆柱表面来校准的。距离残差也用于机器人标定，主要方法是利用外部测量装置。最常用的设备是球棒，这是一种昂贵的测量仪器。
使用我们研发的工业机器人校准标准球器具来校准六轴发那科LR Mate 200iC，没有外部测量设备。取而代之的是，一个连接到机器人末端执行器上的高精度探针被用于探测三个等远端球体，这些球体被放置在一个专用的工件上，以几种配置进行探测。然后采集关节角度，并将其用于识别过程中。识别过程的基础是在球面上拟合探测位置，并最小化相应的中心到中心距离误差。校准后的验证是使用机器人作为一个三坐标测量机，即球体以几种配置进行探测，并将已知的距离和半径与机器人获得的测量值进行比较。
该产品的主要优点是简单、成本低。我们的产品不需要高技能的操作人员，也不消耗时间，因为测量过程需要不到30分钟。
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