在制造业智能化升级的浪潮中，工业机器人正面临精密加工、半导体封装等高精尖领域对毫米级定位精度的严苛挑战。针对传统机器人标定技术存在模型灵敏度不足、参数辨识效率低等行业痛点，深圳市华成工业控制股份有限公司创新推出“基于激光跟踪仪的机器人结构标定技术”，该技术在华为光总线项目、腾讯数字孪生等项目中成功应用。
控制系统是机器人的“大脑”，决定了机器人的智能化水平和执行任务的精度。为此，深圳市华成工业控制股份有限公司（以下简称“华成工控”）提出一种“基于激光跟踪仪的机器人结构标定技术”，可以有效提升机器人的运动控制精度，更好地应对工业自动化带来的挑战。
华成工控是国内具有代表性和权威性的控制系统开发商，向市场持续输出创新技术和先进产品，“基于激光跟踪仪的机器人结构标定技术”就是其中之一。2025年4月24—26日，华成工控将亮相“机器人全产业链接会”（FAIR plus 2025）（展位号H8N38），与产业链上下游汇聚一堂，开启合作共赢的新篇章。
1引言
在制造业高端化、智能化、绿色化转型的浪潮中，工业机器人作为核心生产装备，其定位精度成为影响产品质量与生产效率的关键因素。华成工控聚焦这一痛点，开展 “基于激光跟踪仪的机器人结构标定方法” 项目研究，致力于突破机器人精度提升的技术瓶颈，为产业升级注入强劲动力。本文将深入剖析该项目的技术原理、创新成果、应用实践及行业影响，探寻其在工业机器人精度提升领域的关键价值与发展潜力。
2 工业机器人精度需求与现状剖析
2.1 高精度定位的重要性
在电子信息、新能源、高性能医疗器械等前沿制造领域，产品制造工艺对精度的要求近乎严苛。以高精度工件打磨为例，微小的定位偏差可能导致工件表面粗糙度不达标，影响产品外观与性能；精密点胶环节中，点胶位置的误差会使电子产品的电气连接不稳定，降低良品率。工业机器人高精度定位是确保产品质量一致性、提高生产效率、降低生产成本的核心要素，直接关乎企业在高端制造市场的竞争力。
2.2 现有精度水平的局限
当前，在高精度作业场景下，人工与半自动化生产方式仍占据主导。人工操作受限于人体疲劳、技能差异等因素，难以保证稳定的高精度作业；半自动化设备虽部分提高了生产效率，但在定位精度上仍存在较大提升空间。工业机器人因装配、制造过程引入的运动学误差，致使绝对定位精度难以满足高端制造需求，成为制约产业发展的关键短板。
3 华成工控项目核心技术解析
3.1 运动学辨识模型创新
基于串联多连杆运动学理论，华成工控研究团队构建基础DH模型，通过齐次变换矩阵描述基坐标系到末端的位姿关系。深入剖析发现DH模型存在参数奇异性和易变形问题，微小偏差可能引发参数突变，影响模型准确性。为解决这一难题，团队创新提出MDH模型，优化模型参数，确保运动学参数的完备性，降低模型对微小偏差的敏感性，为后续精确标定奠定坚实基础。
同时，团队聚焦 “机器人完备运动学参数” 关键技术，建立最小参数集模型。通过合理筛选和精简运动学参数，在不损失关键信息的前提下，大幅降低运动学辨识的复杂度，提高参数辨识效率与准确性，使机器人运动学模型更加简洁高效。
图1 建立机器人完备运动学参数
3.2 误差模型深度研究
结合运动学模型与微分变换法，华成工控推导出雅可比矩阵，并据此建立多种适用于机器人标定的误差模型。位置误差模型用于分析运动学参数误差导致的微分摄动，直观反映参数变化对机器人末端位置的影响；相对距离误差模型针对单机器人误差标定场景，能够精准测量机器人各关节间相对距离的误差；距离平方误差模型则有效消除机器人运动学标定中的模型奇异问题，确保标定过程的稳定性和可靠性；基于牛顿迭代识别的距离和距离平方差最小约束模型，以两点间距离最小为约束条件构建运动学方程，进一步优化标定精度。
通过对比分析不同误差模型的特点与适用场景，团队精准提取出最适合机器人标定的误差模型，为实现高精度标定提供了有力的理论支撑。在实际应用中，根据机器人的作业环境、精度要求等因素，灵活选择合适的误差模型，能够显著提升标定效果。
图2 分析误差模型的适应性
3.3 运动学参数误差分析
全面剖析运动学参数误差来源，涵盖温度、摩擦、外部环境等外部因素，以及杆长、偏角、零位误差等内部因素。针对各关节零位偏差、扭角偏差、杆长和偏距等参数，开展敏感性分析，绘制误差分布曲线。研究发现，部分关节零位偏差对机器人末端位置误差影响较大，在标定过程中需重点关注和修正；杆长和偏距的微小变化也会累积导致显著的定位误差。通过精准确定对运动学误差产生主要影响的参数，为优化标定策略、提高机器人结构精度提供了关键依据。
在实际操作中，根据误差分布曲线，对关键参数进行重点监测和调整，能够有效降低误差积累，提升机器人整体精度。
图3 研究运动学参数误差主要来源
3.4 参数辨识方法优化对多种参数辨识方法进行深入研究，对比可迭代最小二乘法、遗传算法、模拟退火算法等的优劣，分析其对辨识结果的影响。最终选择可迭代最小二乘法，并结合项目需求进行优化。该方法通过对采集数据的多次迭代计算，逐步逼近真实参数值，有效提高了参数辨识的准确度。同时，团队创新性地提出基于自适应遗传算法的测量点位生成方法，根据机器人运动学特点和标定精度要求，智能生成最优测量点位，大幅减少测量时间和工作量，提高标定效率；构建基于卡尔曼滤波的位置估算方法，对激光跟踪仪采集的位置数据进行滤波处理，有效消除机械振动、环境噪声等干扰因素导致的位置偏差，确保数据的准确性和稳定性；提出基于冗余参数剔除的运动学参数辨识方法，在降低扰动误差的同时，提高参数辨识的准确性和鲁棒性，使机器人在复杂工况下仍能保持高精度运行。
图4 研究不同辨识算法的补偿效果
4华成工控研发实力与项目支撑
4.1 综合实力强劲华成工控是运动控制技术、工业机器人系统和驱控一体领域的领军企业。自成立以来，华成工控专注于技术研发与产品创新，于2021年成功挂牌新三板，展现出强大的资本实力与发展潜力。华成工控拥有10000平方米的现代化办公场地，为研发、生产和运营提供了充足的空间。员工近200人，其中研发人员占比近半数。高素质的研发团队为项目提供了坚实的智力支持，确保技术创新持续推进。
4.2 技术积累深厚
华成工控在工业控制领域深耕多年，积累了丰富的技术成果。在高精度伺服电批控制、高能量密度伺服驱动器设计、基于力触的人机协作、基于激光仪的机器人参数标定、基于机器视觉的快速识别定位、多轴驱控一体控制器设计、基于机器学习的机械臂未知环境自适应轨迹规划，以及基于力反馈的多关节机器人高速高精度运动控制等核心技术领域取得突破，并获得多项CE认证，涵盖EC通用系列、机器人一体柜、伺服电批、低压伺服产品等。截至目前，华成工控拥有知识产权近1000项。这些技术成果为 “基于激光跟踪仪的机器人结构标定方法” 项目提供了坚实的技术储备，促进了项目的快速推进和技术创新。
4.3 广泛的应用案例与合作
华成工控的产品广泛应用于多个行业，机器人锁附工作站、格力冲压联机生产场景、浙江朗成科技车床自动化等项目都取得显著成效。此外，华成工控与华为、比亚迪、格力、腾讯等知名企业开展深度合作，参与华为光总线项目、腾讯云数字孪生项目等。通过与行业巨头的合作，华成工控不仅能够及时了解市场需求和行业发展趋势，还能借助各方优势资源，加速项目成果的转化和应用，提升项目的市场价值和行业影响力。
在腾讯云数字孪生项目中，华成工控利用其先进的机器人标定技术，为数字孪生模型提供高精度的机器人运动数据，实现了虚拟与现实场景的高度匹配，提升了生产过程的可视化和智能化水平。
4.4 先进的研发仪器与测试平台
为确保项目研究的科学性和准确性，华成工控配备了先进的研发仪器和测试平台。FARO Vantage-E激光跟踪仪作为核心测量设备，具备高精度、高速度的测量能力，能够实时获取机器人末端的位置信息；视觉锁附测试台、码垛测试台、打磨测试台、点胶测试台等专业测试平台，模拟不同的工业应用场景，对机器人在实际作业中的性能进行全面测试；EFT测试台、温湿度测试箱、静电测试台等辅助设备，用于测试机器人在不同环境条件下的稳定性和可靠性。这些先进的仪器设备和测试平台为项目研究提供了有力的技术支持，保障了研究成果的质量和可靠性。
在标定测试过程中，利用FARO Vantage-E激光跟踪仪对机器人末端位置进行高精度测量，结合测试平台收集的数据，能够准确分析机器人的运动学误差，为标定算法的优化提供精准数据支持。
5项目预期成果与社会效益
5.1 显著的技术指标提升
项目致力于实现机器人标定技术的重大突破，预期标定后绝对定位精度提高70%，大幅提升机器人在高精度作业场景中的应用能力；标定时间控制在20分钟以内，显著提高生产效率，减少设备停机时间；实现标定流程自动化，降低人工操作成本和误差，提高标定结果的准确性和一致性。标定完成后生成详细的结果报告，为机器人后续维护和优化提供重要依据。
在实际应用场景中，以某电子制造企业的精密点胶工序为例，采用华成工控的标定技术后，点胶位置精度从原来的±0.1mm提升至±0.03mm，产品良品率从85%提高到95%以上，生产效率提高了30%，有效降低了生产成本。
5.2 丰富的学术成果产出
项目预期在知识产权方面取得丰硕成果，计划申请知识产权不少于10项，其中发明专利不少于2项、实用新型专利不少于3项、软件著作权不少于5项。这些知识产权成果不仅是项目技术创新的重要体现，还将为公司在机器人标定领域构筑坚实的技术壁垒，提升公司的核心竞争力。同时，项目研究过程中形成的技术论文和研究报告，将为行业技术发展提供理论参考和实践经验，推动机器人标定技术的学术研究和产业应用不断向前发展。
5.3 积极的社会效益贡献
作为机器人控制系统的关键配套软件，项目成果在一定程度上填补了机器人标定软件的空白，为下游本体厂商制造更精密的机器人提供有力技术支撑，促进机器人产业整体升级。项目实施过程中，预计新增就业人员不少于10人，其中培养工程师3名、技术人员5名、研究生2名。通过人才培养，为机器人产业发展注入新鲜血液，提升行业整体技术水平和创新能力，推动产业可持续发展。
6行业应用前景与展望
6.1 拓展高端制造应用边界
随着制造业向高端化迈进，对工业机器人精度要求持续攀升。华成工控的机器人结构标定技术为高端制造领域带来了新的解决方案。在航空航天零部件加工中，高精度的机器人标定能够确保复杂曲面零件的加工精度，提高零部件的装配精度和可靠性；在半导体制造领域，满足芯片制造过程中对光刻、封装等环节的超高精度定位需求，推动半导体产业技术升级。机器人标定技术还可应用于精密模具制造、医疗器械制造等行业，助力企业突破精度瓶颈，提升产品质量和市场竞争力，拓展工业机器人在高端制造领域的应用边界。
6.2 助力产业智能化升级
在工业4.0和智能制造的大背景下，机器人作为智能化生产的核心设备，其精度的提升对于实现生产过程的智能化、自动化至关重要。华成工控的标定技术与人工智能、大数据等技术深度融合，能够实现机器人的自主感知、自主决策和自主调整。通过实时监测机器人的运动状态和误差数据，利用人工智能算法进行分析和预测，提前调整机器人参数，确保机器人始终保持高精度运行。这将极大地提高生产系统的智能化水平，减少人工干预，降低生产成本，提高生产效率和产品质量，推动整个制造业向智能化、柔性化方向升级。
6.3 推动行业技术革新
华成工控的项目成果为机器人标定技术领域树立了新的标杆，其创新的技术方法和理念将激发行业内其他企业和研究机构的创新热情。通过技术交流与合作，推动机器人运动学模型优化、误差补偿算法改进、测量设备升级等相关技术的不断发展。行业内将形成良性竞争和创新氛围，促使更多企业加大研发投入，共同攻克机器人精度提升的技术难题，推动整个机器人产业技术水平的不断革新和进步。
7结论
华成工控 “基于激光跟踪仪的机器人结构标定方法” 项目，凭借其在技术研发、项目实施、成果转化等方面的卓越表现，为工业机器人精度提升提供了创新解决方案。项目成果不仅满足了高端制造领域对机器人高精度定位的迫切需求，还将推动机器人产业智能化升级和技术革新，创造显著的经济效益和社会效益。随着技术的不断完善和应用领域的拓展，该项目有望在机器人产业发展中发挥更为重要的作用，成为推动制造业高质量发展的关键力量，引领工业机器人精度提升技术迈向新的高度。
FAIR plus 2025是一场展示机器人开发技术的盛会，针对产业环节定向邀约做实物展示的企业超150家。与华成工控相似，以控制系统为代表的核心零部件企业将汇聚一堂，交流切磋，为全球制造业的智能化转型贡献中国智慧和中国方案。
