为了实现钢厂成捆棒材贴标机器人系统各部件摆放的空间位置优化以提高其工作效率,对系统中的工业机器人运动情况进行分析,采用D-H参数法建立机器人运动学模型,应用分离变量法求解机器人逆运动学解析解;以工业机器人和标签打印机的空间坐标为设计变量,以机器人贴标过程关节转角总行程最短作为工业机器人和标签打印机摆放位置的优化目标;采用改进的粒子群优化算法进行优化计算,得到工业机器人和标签打印机摆放的最佳空间位置。提高了贴标机器人系统的工作效率,对该系统的实际应用具有指导性的意义。

利用摄像机测量方向和激光测距仪测距精度较高的优势，提出了一种基于摄像机和激光测距仪的点位式视觉三维坐标测量系统，给出了系统的组成和测量原理，建立了系统模型，推导出了被测点三维坐标的求解公式，并对系统测量的稳定性进行了实验测试。结果表明，本系统的测量精度较高，且系统模型及其求解都比较简单。

提出应用误差分离技术对现有机械零件形位误差实验设备进行改造的方法,使现有设备的测量技术先进、测量误差项目多、自动化水平高.

论述了在端面跳动测量过程中,按照测量基准和实际基准之间的角度大小、方位(忽略二者之间的偏距)及被测端面测量数据所处的圆周半径修正测量基准对实际基准不重合误差的原理和方法,根据端面跳动测量原理,用空间解析几何理论推导出了测量基准对实际基准的误差修正公式,给出了该方法的软件流程图,并对这种方法进行了实验分析,从而验证了此修正方法的正确性和有效性.最后分析了影响此方法修正准确度的主要因素.

提出了一种新型视觉坐标测量系统———光笔式柔性三坐标视觉测量系统,基于空间坐标变换及共线三点透视成像原理建立了视觉测量系统的非线性测量方程,通过仿真验证了所建立的测量系统模型的正确性,并且分析了影响系统精度的因素。

提出了一种跟踪测距式视觉坐标测量系统，主要由一架摄像机、一台激光测距仪、一台计算机和一支光笔组成。测量时，摄像机测量光笔上四个光反射点的方向，依据这些方向激光测距仪可跟踪捕捉到任一光反射点，并测量出某一光反射点到激光测距仪的距离，由测得的方向和距离系统可计算出光笔笔尖接触点的三维坐标。根据四点透视问题（P4P）原理建立了系统的数学模型，由于摄像机测得的距离参数的引入，使得该数学模型（P4P问题）可以线性求解，而且解具有唯一性，推导出了被测点三维坐标的求解公式。和单摄像机视觉坐标测量系统的比对实验结果表明，在Z,Y,X轴方向上的测量稳定性精度可分别提高0．366mm、0．031mm和0.011mm。

提出了智能三坐标测量机视觉系统的在线标定技术。根据摄像机标定的基本原理，利用三坐标测量机沿x、y、z轴移动和正交精度都很高的特点，三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心（标定特征点）在x、y、z轴方向上的相对平动，得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标。引入测头坐标系，建立了该项标定技术的数学模型，给出了标定步骤，组建了标定系统。智能三坐标测量机视觉参数在线标定系统与专用标定系统的比对标定精度在±1μm以内，完全满足工程实际精度要求。

为实现钢铁企业中成捆钢筋端面贴标的自动化,对成捆钢筋端面自动贴标系统中机器人的运动情况进行研究,利用D-H参数法导出UR5机器人的各连杆坐标系之间的变换矩阵,进而求出UR5机器人反向运动学的解析解。给出了UR5机器人最优摆放位置的评价标准,并在此规则下利用粒子群优化算法对UR5机器人进行位置优化。依据以上分析结果可以为成捆钢筋端面自动贴标系统中机器人的位置设计提供理论上的支持和数据上的参考,并对该系统的实际应用具有指导性的意义。

根据成捆圆钢端面贴标的工程应用场景,采用基于输出自由度和方位特征集的机器人拓扑结构综合方法,给出满足成捆圆钢端面贴标的机器人机构设计原则和步骤,根据贴标需求及输出自由度分析得到圆钢端面贴标机器人宜选用混联机构,其中3个移动自由度由并联机构实现,2个转动自由度由串联机构实现,根据方位特征集分析得到贴标混联机器人并联机构的拓扑结构,分析串联结构的构型设计出面向圆钢端面贴标应用的混联机器人构型。提出的面向特殊应用的混联机器人拓扑结构综合对于特定工业应用的机器人设计具有一定的实践意义。

根据成捆圆钢端面贴标的工程应用场景提出一种新型3T2R混联机构,该机构由3-RRP4RR并联机构和2自由度旋转串联机构串接而成。提出运用两次蒙特卡洛法相结合的办法求解混联机构工作空间。建立混联机构运动学模型,根据并联机构的几何关系得到反解方程,并确定并联机构工作空间的约束条件,采用蒙特卡洛法得到并联机构工作空间内的点集;根据坐标变换矩阵求得串联机构运动学正解及混联机构运动学正解,并将并联机构工作空间内的点坐标代入混联机构位置正解中,采用蒙特卡洛法得到混联机构的工作空间内的点集。