针对机械臂全工作空间域位姿误差估算，提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换，构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化，实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律，设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中，误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm，姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明，该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求, 提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验, 旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0 mm和0.501 5 mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性, 并提高位姿变换解算精度。

考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能, 讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型, 利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心, 设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机, 搭建了目标位移量标准测试平台, 对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示: 采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6 μm, 随机动态跟踪测量速度大于1 m/s。结果表明: 提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题, 可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。