随着工业机器人应用领域的扩大和离线编程技术的推广,对于机器人绝对定位精度的要求也越来越高。工业机器人标定技术在不需要更换部件的前提下,能够以较低成本改善机器人绝对定位精度,对于提高机器人工作效率和质量有着重要的研究意义和工程价值。本文针对现有的标定系统存在的价格昂贵、易受场地限制等问题,提出了基于位移传感器的机器人标定新方法,在此基础上开展了相关理论研究,并研制了一套机器人运动学标定系统。首先,根据提出的机器人标定新方法,以六自由度关节型工业机器人为研究对象,研究了机器人运动学模型的建立方法和灵活工作空间的求解方法。针对经典DH模型在相邻杆件平行时存在参数突变的问题,建立了MDH模型和简化模型,并引入减速比对模型进行修正,使其更贴近实际机器人。进一步,结合运动学模型和雅可比矩阵的理论,针对现有灵活性指标在不同量纲下变化不一致的问题,引入加权矩阵对指标进行归一化处理,仿真结果表明改进条件数消除了量纲影响;并由此筛选出机器人的灵活工作空间,为标定板的摆放位置提供依据。其次,结合运动学模型和微分变换法,建立了机器人误差模型。针对本文标定方案中,机器人基座与测量装置的转换关系不固定,传统的位置误差模型不适用此情况的问题,本文将测量装置、标定板与机器人的转换关系作为未知参数,推导了测量坐标系下的位置误差模型,可同时实现机器人本体几何参数误差及转换关系的标定。针对位置误差模型待求参数较多的问题,考虑到距离误差模型不涉及标定板与机器人的转换,推导了距离平方差模型。为后续标定系统的研制建立了理论基础。接着,为验证本文误差模型的有效性,开展了仿真实验研究。针对误差模型求解复杂的问题,采用收敛性好、计算效率高的序列二次规划算法进行参数辨识;针对该优化算法的精度和效率易受初值影响的问题,提出初值选取策略,分别用定点变位姿法和多点确定转换矩阵法初步获得测量装置、标定板与机器人的转换关系。仿真对比实验结果表明,同等条件下MDH模型为基础的误差模型优于简化模型;位置误差模型的辨识效果优于距离平方差模型;角度类和减速比误差的辨识效果优于长度类误差,当角度类和减速比误差占总误差比重较大时,机器人绝对定位精度可提高70%以上。最后,根据标定方案进行了机器人标定系统的软硬件设计。一方面,设计了标定板和测量装置,利用仿真分析了传感器误差和安装角度对测量系统精度的影响,得到了传感器性能指标要求,并优化了安装角度。经三坐标机标定,本文设计的测量系统误差在0.1mm左右。另一方面,设计了通用于六自由度关节型工业机器人标定的工作流程,开发了传感器数据通讯系统和机器人标定界面。标定实验初步验证了本文标定系统的有效性,误差补偿后机器人的绝对定位精度整体提高了55.2%。