基于连续动态时间规整算法的工业机器人轨迹准确度分析

李睿; 王炳荣; 崔晓玲

doi:10.37188/OPE.20212905.1084

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基于连续动态时间规整算法的工业机器人轨迹准确度分析

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2026-09-11

- 基于连续动态时间规整算法的工业机器人轨迹准确度分析
- Path accuracy analysis of industrial robot based on continuous dynamic time warping algorithm
- 光学精密工程 2021年29卷第5期页码：1084-1094
- 作者机构：
  
  北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
- 作者简介：
  
  李　睿（1986-），女，山西太原人，博士，讲师，2009年，2014年于天津大学分别获得学士、博士学位，主要从事光学精密测量、工业机器人测试等方面的研究。E-mail： lirui@bjut.edu.cn
  王炳荣（1996-），男，山东潍坊人，硕士研究生，2018年于山东科技大学大学获得学士学位，主要从事工业机器人测试、精密测试技术与仪器的研究。E-mail： wangbingrong2018@163.com
- 基金信息：
  
  北京市科技计划资助项目(Z161100001516003)
- DOI：10.37188/OPE.20212905.1084
  中图分类号： TP242.2
- 收稿：2020-10-12，
  
  修回：2020-12-15，
  
  纸质出版：2021-05-15
- 稿件说明：
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李睿,王炳荣,崔晓玲.基于连续动态时间规整算法的工业机器人轨迹准确度分析[J].光学精密工程,2021,29(05):1084-1094.

LI Rui,WANG Bing-rong,CUI Xiao-ling.Path accuracy analysis of industrial robot based on continuous dynamic time warping algorithm[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1084-1094.
李睿,王炳荣,崔晓玲.基于连续动态时间规整算法的工业机器人轨迹准确度分析[J].光学精密工程,2021,29(05):1084-1094. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1084.

LI Rui,WANG Bing-rong,CUI Xiao-ling.Path accuracy analysis of industrial robot based on continuous dynamic time warping algorithm[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1084-1094. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1084.

摘要

轨迹准确度是衡量工业机器人运动性能的关键指标，国内外对其检测与评价制定了相应的规范和标准。检测过程中受机器人运动偏差、测量系统的采样频率和测量误差的影响，理论轨迹与实际轨迹可能出现映射错误的问题。本文详细分析了国内外标准中对轨迹准确度的评价方法，提出了将动态时间规整（DTW）方法应用到工业机器人轨迹分析中，通过建立插值模型实现动态时间规整的连续化以提高算法的精度，并分析机器人运动速度和测量系统的采样频率对轨迹映射方法的影响。实验结果表明，与ISO标准方法相比，连续动态时间规整算法（CDTW）映射后的轨迹准确度提高73%，标准差减小86%，误差整体波动幅度明显变小。ISO标准方法和DTW算法能够很好地应用在直线轨迹准确度评价中，对于拐角轨迹ISO方法出现明显的映射错误，DTW算法解决了映射错误，但受机器人运动速度和测量系统采样频率的影响存在多点映射的问题，CDTW算法有效解决了此问题，提高了轨迹准确度。

Abstract

Path accuracy is the key index for measuring the motion performance of industrial robots. The relevant standards are formulated for the detection and evaluation of industrial robots locally and abroad. Owing to deviation in robot movement， the sampling frequency of the measurement system and the measurement error during the detection process， mapping errors between the theoretical and the actual trajectory may arise. In this paper， we analyze in detail the methods for evaluation of path accuracy in domestic and foreign standards， propose the application of the dynamic time warping （DTW） method to the path analysis of industrial robots， present how we realize the continuity of the DTW method by developing an interpolation model to improve the accuracy of the algorithm， and analyze the effect of the robot movement speed and sampling frequency of the measurement system on the path mapping method. The experimental results showed that， when compared with the path accuracy of the ISO standard method， that of the continuous DTW （CDTW） algorithm improved by 73%， the standard deviation decreased by 86%， and the overall error fluctuation decreased significantly. The ISO standard method and the DTW algorithm can be well applied to the accuracy evaluation of a linear path. For the corner path， the ISO method has obvious mapping errors， whereas the DTW algorithm solves the mapping error. However， owing to the effect of the robot motion speed and to the sampling frequency of the measurement system， there is a multi-point mapping problem. The CDTW algorithm effectively solves this problem and improves the path accuracy.

关键词

Keywords

references

杨聚庆，王大勇，董登峰等 . 激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 8 ）： 1985 - 1993 .

YANG J Q ， WANG D Y ， DONG D F ， et al . Laser measurement based evaluation for orthogonal transformation calibration of robot pose ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 8 ）： 1985 - 1993 . （in Chinese）

Manipulating industrial robots-Performance criteria and related test methods ［J］. International Organization for Standardization ISO 9283 ， 1998 .

GB/T 12642-2013 工业机器人性能规范及其试验方法［S］. 中国国家标准化管理委员会。北京：中国标准出版社， 2014 .

GB/T 12642-2013 Industrial Robots-Performance Criteria and Related Test Methods ［S］. China Standardization Administration. Beijing ： Standard Press of China ， 2014 . （in Chinese）

SCHRÖERKLAUS ， ED . Handbook on Robot Performance Testing and Calibration ［M］. Stuttgart ： Fraunhofer IRB Verlag ， 1998 .

I.S.2， Path-Related and Dynamic Performance Characteristics-Evaluation ［S］. American National Standards Institute ANSI/RIA R15.05， Rev. R 1999 ， 1992.

LEE J W ， PARK G T ， SHIN J S ， et al . Industrial robot calibration method using denavit-Hatenberg parameters ［C］. 2017 17th International Conference on Control ， Automation and Systems （ICCAS）， 2017 ： 1834 - 1837 .

WANG X R ， XUE Z . Position error calibration of industrial robot based on binocular vision with reference length constraint ［C］. Proceedings of SPIE- The International Society for Optical Engineering ， v 11343 ， 2019 .

朱敏杰 . 基于激光跟踪仪的工业机器人性能测试与评价［D］. 北京：北京工业大学， 2018 .

ZHU M J . Performance Test and Evaluation of Industrial Robot Based on Laser Tracker ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2018 . （in Chinese）

KORAYEM M H ， KHOSHHAL K ， ALIAKBARPOUR H . Vision based simulation and experiment for performance tests of robot ［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2005 ， 25 （ 11-12 ）： 1218 - 1231 .

JOHEN B ， KUHLENKOETTER B . A dynamic time warping algorithm for industrial robot motion analysis ［C］. Proceedings of the 50th Annual Conference on Information Science and Systems . New York ： Princeton University ， 2016 ： 18 - 23 .

EFRAT A ， FAN Q ， VENKATASUBRAMANIAN S . Curve matching， time warping， and light fields： new algorithms for computing similarity between curves ［J］. Journal of Mathematical Imaging and Vision ， 2007 ， 27 （ 3 ）： 203 - 216 .

卢阿丽，唐振民 . 利用自适应窗口实现不连续保护立体匹配［J］. 光学精密工程， 2009 ， 17 （ 9 ）： 2328 - 2335 .

LU A L ， TANG ZH M . Discontinuity preserving stereo matching using variable window ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2009 ， 17 （ 9 ）： 2328 - 2335 . （in Chinese）

WANG W X ， ZHU X D . Utilizing dynamic time warping distance in classification of routes around expressway onramp ［J］. Journal of Jilin University ， 2020 ， 50 （ 3 ）： 970 - 979 .

YANG J ， LI Y F ， WANG K . A new descriptor for 3D trajectory recognition via modified CDTW ［C］. IEEE International Conference on Automation & Logistics . IEEE ， 2010 ： 37 - 42 .

KHOURY N ， MOHAMMED S ， et al . CDTW-based classification for Parkinson's Disease diagnosis ［C］. ESANN 2018-Proceedings ， European Symposium on Artificial Neural Networks ， Computational Intelligence and Machine Learning ， 2018 ： 621 - 626 .

邾继贵，张楠楠，任永杰，等 . 基于双目立体视觉的工业机器人在线温度补偿［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 9 ）： 2139 - 2149 .

ZHU J G ， ZHANG N N ， REN Y J ， et al . In-line thermal compensation of industrial robots based on binocular stereo vision ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 9 ）： 2139 - 2149 . （in Chinese）

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