面向多品种、小批量定制化生产的智能柔性制造系统已成为现代制造技术发展趋势之一,作为一种典型的多关节柔性运动平台,工业机器人将在现代制造向先进智能制造的转型升级过程中扮演“催化剂”的角色。由于本体结构及使用环境限制,工业机器人绝对定位精度低、长期稳定性差,尚无法直接适应新型产业环境下各行业的新应用、新需求。现有的机器人误差补偿技术研究依然停留在寻找更完备的运动学模型或更高效的误差估值算法的层次,未能将误差补偿方法与关节机器人运动特性紧密结合,形成系统有效的误差补偿与精度维护机制,真正提升现场环境下工业机器人运动精度及自主性能。本文针对制造现场环境下工业机器人定位误差补偿与精度维护问题,研究一种可行可靠、创新的分级补偿与在线自维护方法。论文在探究机器人位姿误差分布规律及误差源作用机理的基础上,从关节误差建模、几何误差建模、构建关节空间高精度网格阵列等多个层面开展分级补偿方法研究,将机器人绝对定位精度提升至重复定位精度水平,并详细阐明了各层次补偿方法的基本原理、主要问题和关键技术,完成了实验验证与现场应用工作。论文主要研究内容归纳如下:1、基于重复定位精度和绝对定位精度两大评估指标,分析了机器人位姿误差分布规律及误差源作用机理,将影响机器人位姿精度的主要因素分为关节误差、几何误差、非几何误差三类,并以此形成了多级分层误差补偿机制。2、针对关节误差因素,在深入分析关节误差作用规律的基础上提出了关节误差分类补偿方法,建立了机器人柔性误差模型及四杆机构传动误差模型。3、针对几何误差因素,提出了基于绝对位置精度的几何误差标定方法,为提升标定效率研究了最优标定姿态选择策略;同时提出了基于固定点约束的几何误差自标定方法,并以此发展了应用于工业现场的机器人在线温度补偿方法。4、基于关节机器人结构特点和运动特性,研究了基于关节空间网格分割的非几何误差标定方法,根据定位误差在关节空间中的分布规律研究了最优的网格划分方法,实现了网格阵列精度和效率的统一。5、研究定位误差分级补偿与精度维护方法在机器人离线规划和汽车钣金件柔性测量中的应用模式,提出一种基于“伪目标位姿”迭代的高精度离线轨迹规划方法;面向汽车现场大型薄板件高精度、高效率测量需求,给出将工业机器人与视觉测量传感器有机结合、搭建汽车钣金件柔性测量平台的高效解决方案。