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电气自动化控制技术研究

2. 机械误差补偿

影响工业机器人加工精度的因素有很多，机械本身的制造、装配会给机械部分带来误
差，影响最终的运动。选用龙门式机器人，齿轮齿条的加工、装配都会带来较严重的线性
位置误差，而线性位置精度是影响机器人加工精度的主要因素之一。为保证控制系统的精

度，需要对机器人的机械结构先进行误差补偿。位置精度误差补偿的目的是使系统的轴定
位精度误差减小，达到提高系统加工精度的目的，现代对位置精度误差补偿常用的方法主
要有两种方式：双向平均位置偏差补偿；单向平均位置偏差补偿。双向平均位置偏差补偿

是取运动轴正反运动误差的均值进行误差补偿，单向平均位置补偿是对运动轴的正向、反
向分别进行误差补偿。在前一种误差补偿方式中，可能出现正反向运动误差相互抵消的情
况，达不到误差补偿的效果。单向位置补偿是将运动轴的行程按等分成若干标定段，测量

各标定段对应的误差值，标定段越小，精度越高，计算量大。机器人运动过程中经过某一
标定段，系统根据标定结果对这一段的位移运动进行误差补偿。为保证定位精度，选择激

光干涉仪进行长度测量，即美国光动公司的 MCV-500 激光多普勒干涉仪，测量精度可以
达到 10 ～ 4mm，激光干涉仪上配备有温度、湿度传感器，可尽量减小外界环境对光线的
影响。测量时，激光器发射单一频率光束进入扩束准直器，分光镜将单一光束分成两道完

全一样的光束，一道作为参考光束，另一道作为测量光束。可动反射镜固定在机器人相应
的运动轴上，运动轴每移动一段距离测量一次数据，可采用多次测量取其平均值的做法减

小测量误差。计算出各标定段的误差补偿值，用软件将误差补偿值添加到运动控制中。对
补偿后的机械运动重新进行激光测量，记录测量数据，与补偿前的数据进行比较，检测误
差补偿机制的效果。补偿后的运动误差相对补偿前有明显改善，机械误差限定在 0.1mm 以

内，满足机械精度要求。实验结果表明，这种标定方法可行，可以对机械轴的其他数据
进行标定。实验中选用的激光干涉仪只能进行长度测量，检测机械轨道装配的径向误差。
若需要进一步检验横向和纵向的机械组装结果，需要使用功能更全面的三维激光跟踪仪。

三维空间的激光跟踪仪可以对三维空间的机械结构进行建模，反映出任意位置的三维空
间误差。
（二）运动控制系统设计

运动控制系统就是依照具体对象的轨迹要求，根据其负载情况，配合合理的驱动器，
驱动执行电机，完成相应的运动轨迹要求的系统。选用的机器人为工业火焰切割机器人，

机器人切割过程中将发出大量热量，切割工件因热胀冷缩产生形变，需要实时检测目标对
象的位姿。切割过程中，工件是高温物体，只能选用非接触式检测元件进行信息反馈。
1. 运动控制系统构成

典型的运动控制系统是由运动控制器、驱动器、执行器、反馈装置 4 部分组成。运动
控制器发出运动需求命令，驱动器将控制器的弱点信号放大为高电压或者大电流的功率信

号，驱动执行器输出运动，反馈装置进行运动信号反馈。
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