6、工业机器人运动参数的不确定性与敏感性分析

工业机器人运动参数的不确定性与敏感性分析

在工业机器人的应用中，对其运动参数的不确定性和敏感性进行分析至关重要。随着对工业机器人绝对定位精度要求的不断提高，尤其是在航空航天、医疗和机器人辅助测量等领域，准确评估和控制机器人的定位误差变得尤为关键。

1. 背景

工程系统中的不确定性来源广泛，如制造不精确、装配误差、模型变化和随机操作条件等。对于传感器融合的机器人系统，对空间测量不确定性和机器人运动参数进行敏感性分析十分重要。

工业机器人的定位误差主要源于几何误差和非几何误差。其中，几何误差占总定位误差的约 90%，包括制造精度差异、装配不对准、关节偏移误差等，这些误差占总位置误差的 95%。当所需精度与运动参数不精确导致的误差相当时，运动参数（如连杆长度、轴向量、关节角度和位置）的不确定性会变得显著，因此量化单个运动参数对姿态精度的影响至关重要。

以往对不确定性分析的研究多使用概率模型，但未强调机器人上多传感器的背景，且大多是局部敏感性分析，通过雅可比矩阵估计输入参数对输出的变化。本文采用全局或总敏感性方法，该方法能计算总敏感性指数（TSI），捕捉参数的主要影响和相互作用。

2. 敏感性分析的目标

• 传感器不确定性建模 ：根据相机、激光测距传感器和机械手的特性，对每个传感器的不确定性进行建模。
• 不确定性传播关系 ：建立相机图像空间、激光扫描仪 2D 空间、世界坐标系中的笛卡尔空间和工具空间（机器人末端执行器）之间的不确定性传播关系。
• 参数选择 ：选