两分钟带你了解机器人标定的因素

为什么机器人需要标定？

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。

哪种情况不需要标定？

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。

表1   爱普生SCARA机器人技术参数表（图片来自官网）

爱普生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。

国内外减速器精度对比

此前，谐波减速器作为国产机器人的“掣肘”被认为精度表现能力与国外品牌相差很大。但事实上，这两年国产谐波减速器发展迅速，甚至已经在部分关键指标上已经赶超国外品牌。

如果以哈默纳克产品的标准品来作为行业标准的话。根据主流减速器厂商产品样册上的指标来看：目前国产品牌，比如绿的谐波品牌产品14、17规格80以上减速比传动精度与哈默纳克标准品精度指标基本一致，但其他规格型号的产品却要低于哈默纳克标准品精度33%~50%。

而日本新宝品牌谐波减速器50减速比25以上规格的传动精度也低于哈默纳克标准品精度33%；但是无论标准品还是特殊品，昊志机电的传动精度均高于哈默纳克产品20%。

图1   减速比50标准品传动精度对比（传动精度值低为优，单位：arc sec，数据摘自厂商样册）

图2   减速比50特殊品传动精度对比（传动精度值低为优，单位：arc sec，数据摘自厂商样册）

图3   减速比≥50标准品传动精度对比（传动精度值低为优，单位：arc sec，数据摘自厂商样册）

国内外减速器刚性性能对比

从上述影响机器人本体精度的动力学分析发现，关节柔性也是重要影响因素之一。由于谐波减速器是柔性产品，关节柔性主要表现为谐波减速器的柔性即减速器的刚性值；谐波减速器的刚性越好，机器人本体精度越高。

同样是以哈默纳科减速器刚性指标作为行业标准。可以看出：日本新宝和苏州绿的产品的刚性仅达到哈默纳克刚性标准的85%左右；而昊志机电产品刚性却为哈默纳克刚性标准的1.1倍。

图4   减速比50刚性对比（单位：×104Nm/rad，数据摘自厂商样册）

图5   减速比≥80刚性对比（单位：×104Nm/rad，数据摘自厂商样册）

未来可期，目前部分国产品牌谐波减速器产品已经达到世界级的精度和寿命。这对于SCARA细分领域大部分客户来说：在无需标定的情况下，机器人本体既可达到超高的重复定位精度要求，又能省去本体厂家的人工成本、设备采购成本及时间成本，同时提升本体厂家的核心竞争力。