运动学标定是提高并联机构精度的重要途径。采用与辨识雅可比矩阵相关的可观测性指标最大化的方法选择测量位姿, 可以提高并联机构运动学标定对传感器测量噪声的鲁棒性。辨识雅可比矩阵是并联机构位移和姿态的函数, 但位移和姿态对应的辨识雅可比矩阵中的元素的数量级不同, 导致所选测量位姿的位移和姿态对测量噪音的鲁棒性不同。因此, 本文提出先对辨识雅可比矩阵进行无量纲化, 再通过可观测性指标选择测量位姿, 保证位移和姿态对测量噪音具有相同的鲁棒性, 进而提高标定精度。通过数值算例, 3种测量噪音下该方法标定的结构参数精度相对于传统方法均有大幅提高, 分别由1.007 5, 0.100 9, 0.010 1 mm提高到0.033 7, 0.033 7, 0.003 4 mm; 该方法标定的位置精度相对于传统方法基本不变, 但姿态精度有大幅提高, 分别由0.015 2°, 0.003 3°, 0.000 15°提高到0.003 3°, 0.000 3°, 0.000 033°。以该方法选取的测量位姿对Stewart并联机构进行标定试验, 标定前后位置和姿态的误差均值分别从2.321 mm和0246°降至0.242 mm和0.025°, 有效地提高了位姿精度。

多关节测量臂是一种便携式的坐标测量设备, 它由一系列的旋转关节组成。为了提高多关节测量臂的测量精度和可重复性水平, 必须对其运动学参数进行校准。首先, 利用小生境的混沌优化算法提出了一种新的运动学校准方法以及一种混合目标的运动学校准函数, 它考虑了诸如单点测量实验、容积性测量实验等多种性能测量实验的实验结果, 然后, 采用Levenberg Marquardt(L-M)算法和小生境混沌优化算法应用于运动学参数校准。小生境混沌优化算法显示出了优于L-M算法的性能。实验结果表明: 使用NCOA算法校准后, 测量误差的标准差始终优于LMA算法, 并且校准前后多关节测量臂的测量精度提高了40倍。采用L-M算法和小生境混沌优化算法应用于运动学参数校准。小生境混沌优化算法显示出了优于L-M算法的性能。

针对光电探测系统高指向精度要求，提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成，运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量，建立半参数模型，应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据，分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明：系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″，指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性，且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。

为了提高光电探测系统指向精度, 提出并对比基于参数模型和非参数模型的运动学标定算法。首先, 根据系统组成, 全面分析光电探测系统指向误差来源。接着, 针对参数模型, 运用多体系统理论建立系统指向误差模型, 并应用最小二乘法对模型进行标定。然后, 针对非参数模型, 应用双线性插值算法进行指向误差模型标定。最后, 搭建实验平台, 获得用于标定和验证的两组实验数据。实验结果表明: 经过参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到22.2″;经过非参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到27.9″。两种方法均能提高光电探测系统指向精度, 参数模型标定指向精度略高于非参数模型标定, 但是非参数模型运动学标定具有过程简单、计算量小的优势。

为了提高全自动视觉印刷设备的精度, 提出了一种简易、有效标定基于三自由度平面并联调整台的视觉丝网印刷设备的算法。首先, 分析和标定了视觉测量系统, 并通过激光干涉仪验证了结果的准确性。然后, 分析了三自由度平面并联调整台的几何参数误差; 基于印刷设备自身的视觉测量系统, 分步标定了并联平台的动平台坐标系、传动比误差和仅需的部分几何误差源。提出了一种满足全姿态且适应不同制程的三角形面姿态插值方法和纠偏调整算法, 从而避免了较为复杂的几何全参数辨识, 降低了对调试人员的技术要求。实验结果表明: 在并联调整台工作空间内, 标定后的最大位置误差从标定前的161.6 μm下降为12.3 μm, 最大姿态误差从标定前的2.232″下降为0.720″, 基本满足印刷设备对精度的要求。