弗劳恩霍夫IPA凭借顶尖的设备和多年的经验，找到了机器人操作不准确的根源。资料来源：Rainer Bez、Fraunhofer IPA

机器人几乎总是具有高度可重复性。另一方面，绝对的准确性常常有不足之处。弗劳恩霍夫制造工程和自动化研究所 IPA 的一个团队正在揭示其中的原因，并帮助公司实现更高效的机器人系统。

重复性和绝对精度是用于评估机器人执行特定任务的质量和精度的既定参数。如果机器人用几乎 id 多次执行特定任务结果表明，这表明非常好的可重复性。许多工业机器人的精度都在 0.1 毫米或更好。

相比之下，绝对精度描述了机器人的空间坐标相对于其基础系统的精确程度，无论之前的运动如何。在这方面，通常仍有改进的空间。通常，可达到 0.5 至 1.5 毫米之间的值。这种不准确的趋势对于某些应用来说不是问题，但对于其他应用来说却是问题。

不准确机器人的缺点

在不重复重复的流程中（例如小批量生产）很难使用绝对精度较低的机器人。例如，在焊接组件时，将焊丝尖端精确定位在焊缝的中心尤为重要。精确定位可产生满足行业要求的高质量焊缝。

但是，仅零点几毫米的偏差就可能会出现问题。n 严重损害质量，甚至导致拒收。绝对精度不仅对于基于机器人的焊接很重要，对于拾放、无过喷喷涂或基于机器人的钻孔和去毛刺等应用也很重要。

机器人不精确的另一个缺点在离线编程 (OLP) 中变得很明显，离线编程 (OLP) 也经常用于上述过程。在这里，机器人程序是在模拟中创建的，然后转移到真实的机器人上。优点在于机器人在进行编程的同时可以保持操作。因此，机器人在加工一个部件的同时，可以并行地对下一个部件进行编程。

但如果绝对精度不够，则无法直接使用创建的程序。相反，需要进行耗时的校正，从而导致不必要的机器停机，进而降低效率和生产率。

通常达到 0.5 至 1.5 毫米的绝对精度是因此对于复杂的应用来说是不够的，并且会限制甚至阻止机器人在某些应用中的使用。它还经常导致额外的工作步骤，例如重新教学，从而降低了整个生产链的效率。在许多工业场景中，类似于重复性的绝对精度是可取的，甚至是必需的。

缺乏绝对精度的原因

除了根据 ISO 9283 提供的精度测量之外，公司还多次向 Fraunhofer IPA 寻求帮助，询问如何提高机器人的精度性能。造成误差的原因是多方面的，可分为硬件相关、软件相关和外部相关原因。

硬件相关的原因可能包括机器人的设计，例如劣质编码器或齿轮，或者刚性不足，无论是关节臂、SCARA机器人还是龙门系统。校准不良机器人的软件方面不准确的主要原因之一是控制器性能不足。

此外，越来越多的机器人系统额外配备了“认知”功能，特别是与感知相关的功能。这些所谓的闭环系统与检测机器人环境的传感器配合使用，其软件处理测量的数据以相应地调整机器人的路径。在这样的系统中，不良的传感器数据、低性能的控制器或机器人单元中组件之间的次优交互通常会导致问题。

最后，温度和气压等外部因素以及发生的过程力可能会对绝对精度产生负面影响。

这些设备在工作空间的任何位置进行的测量精度为 ± 40 µm。来源：Fraunhofer IPA

使用新基准进行全面分析

如果使用机器人的公司以及机器人制造商本身对其系统的绝对精度不满意，则应检查整个应用程序如上所述，对原因进行单独调查是必要的。

Fraunhofer IPA 的自动化团队是一个中立的项目合作伙伴，可以根据丰富的专业知识和经验，系统地进行根本原因分析。

在典型项目中，该团队首先使用 Leica Absolute Tracker AT960 等传感器技术记录当前情况，以创建可靠的数据库，并通过激光跟踪器以亚毫米精度记录机器人的位置。根据记录的数据，w可用于确定机器人系统的性能。

此外，还检查了机器人运动的特征，这也提供了有价值的见解。下一步，专家们将调查不良行为的原因。为此，他们检查了机器人系统的硬件和软件。

此外，团队还专门针对上述闭环机器人系统开发了闭环基准测试。该基准测试适用于许多制造商的机器人。在基准测试中，使用参考提供设备“节拍器”来激发机器人做出某些行为，从而得出有关其性能的结论。

虽然 ISO 9283 仅关注机器人本身来测量绝对精度，但开发的基准测试可以检查构成闭环控制过程或程序的所有内容。例如，这包括整个机器人单元的性能，包括传感器技术gy 和预期过程。

基准程序已在第 56 届国际机器人研讨会 (ISR 2023) 和第 21 届自动化技术与机械工程国际会议 (CASE 2025) 上提出。

使用精确的机器人，无需在真实机器人上进行手动交互即可执行规划的路径。来源：Fraunhofer IPA

高绝对精度的附加值

具有足够绝对精度的机器人不仅可以取代更昂贵的设备，还可以提高灵活性并最大限度地减少返工。因此，在许多应用中，调查异常并提高绝对精度是有意义的。

精确可靠工作的机器人可以提供经济的回报。的优势，同时也提高了公司的竞争力。因此，投资这一领域是一项从长远来看会带来回报的战略决策。

关于作者

Martin Finkbeiner 是弗劳恩霍夫制造工程和自动化 IPA 研究所的项目经理。您可以通过 martin.finkbeiner@ipa.fraunhofer.de 和 +49 711 9701046 联系他。