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Calibration of Error Distributions in Robot Kinematics for Increased Precision in Manipulation Tasks

Gerstewitz, Tim und Lehner, Peter und Burkhard, Lukas und Topalovic, Natalija und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und Leidner, Daniel und Roa Garzon, Máximo Alejandro (2026) Calibration of Error Distributions in Robot Kinematics for Increased Precision in Manipulation Tasks. IEEE Robotics and Automation Letters, 11 (6), Seiten 7174-7181. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2026.3685447. ISSN 2377-3766.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11488285

Kurzfassung

The accuracy of robotic forward kinematics is commonly improved by calibration. However, most calibration methods only take deterministic errors, such as inaccurate geometry and unknown stiffnesses, into account and neglect errors with stochastic characteristics, including joint friction, gear backlash and component wear. In order to incorporate these effects, this paper presents a calibration procedure for a probabilistic forward kinematics model which identifies both systematic errors and error sources whose combined effects are modeled as distributions within a kinematic chain. Additionally, we present a method for using the identified distributions to enhance task-relevant accuracy by minimizing the end-effector uncertainty resulting from such distributions in a task-specific way. Finally, this idea is demonstrated in an experiment with a research rover tasked with picking up a payload box from a lander. Here, we show that end-effector error in task-relevant directions can be reduced by 40\% by choosing low-uncertainty over high-uncertainty configurations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225988/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Calibration of Error Distributions in Robot Kinematics for Increased Precision in Manipulation Tasks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gerstewitz, Timtim.gerstewitz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lehner, PeterPeter.Lehner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3755-1186222586791
Burkhard, LukasLukas.Burkhard (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9514-8494222586792
Topalovic, Natalijanatalija.topalovic (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074222586793
Leidner, DanielDaniel.Leidner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5091-7122NICHT SPEZIFIZIERT
Roa Garzon, Máximo AlejandroMaximo.Roa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1708-4223NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 April 2026
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.1109/LRA.2026.3685447
Seitenbereich:Seiten 7174-7181
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Manipulation Planning, Kinematics, Calibration and Identification
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Planetare Exploration
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Gerstewitz, Tim
Hinterlegt am:03 Aug 2026 13:56
Letzte Änderung:03 Aug 2026 13:56

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