针对传统装配方法面向平面弱几何轮廓结构的工件装配任务表现出的数据配准成功率低、位姿控制精度不足的问题，提出一种基于平面点云配准与相对位姿控制的工业件装配方法。首先通过双目结构光传感器重建出工件点云信息，应用RANSAC-ICP算法对重建结果进行配准，并结合平面法向量特征与最大距离关系进行纠正，从而实现精准点云配准。然后，提出基于相对位姿关系的机械臂控制方法，省略了对工具坐标系的标定，直接利用相对位姿控制机械臂运动，并将相对位姿误差结果作为控制系统误差的评价标准，从而实现可靠装配。最后，在真实测试场景下使用大型工业机械臂进行实验。结果表明，所提方法较传统装配方法装配成功率提升85个百分点，自动化装配精度优于0.5 mm，即该方法可以有效解决平面工件装配问题。

针对环境复杂的工业现场定位精度低、适应性差、鲁棒性低等问题，提出一种基于测量不确定度的视觉惯性自适应融合算法，分析基于隐函数模型的视觉定位测量不确定度，并依据视觉定位测量不确定度自适应调整卡尔曼滤波模型中的参数，校正视觉观测偏差，增强视觉惯性融合定位算法在不同观测条件下的鲁棒性。利用精密三轴转台及激光跟踪仪T-mac位姿测量系统对所提融合定位算法的定位精度进行实验验证。实验结果表明，相比传统扩展卡尔曼滤波方法，所提方法能满足视觉观测较差条件下的准确定位需求。

在视觉惯性定位系统中，传感器位姿关系的标定对于实现精确空间定位至关重要，针对现有标定方法对多传感器系统缺乏集成性、标定精度受限等问题，提出了一种视觉惯性系统位姿高精度一体化标定方法。通过精密三轴转台提供角度基准，基于重力矢量不变性和匀速圆周运动下向心加速度数值的一致性求解惯性测量单元（IMU）与转台之间的外参，利用转台构建控制场为相机标定提供空间角度约束，联合优化求解无重叠视场多相机内外参。仿真和实验结果表明，该方法具有较高的标定精度和稳定性，在多相机IMU系统组合定位测试中，与经典标定方法Kalibr相比，本文方法系统运动轨迹拟合轴线的角度偏差降低40.32%，距离偏差降低18.93%，可满足高精度视觉惯性定位系统的标定需求。

由于旋转激光扫描测量系统采用的是有源式收发分体的仪器架构,因此其易受到工业现场复杂测量条件的制约。针对系统现场适应性受限的问题,提出了一种基于旋转激光扫描的单站式无源多靶点定位方法。在所提方法中,将多个角锥棱镜作为无源待测靶点。通过构建非球面反射接收模型实现了信号发射端与接收端的结合,并分析比较了该测量模式下的信号延时。此外,建立了多靶点光信号匹配机制以实现无源多靶点交会定位。最后,在工作空间测量定位系统平台上进行了实验验证。结果表明,所提方法在10 m测量范围内的三个方向上均能实现亚毫米级的定位精度,有效提高了旋转激光扫描测量系统在复杂测量环境中的适应性。

旋转激光扫描测量系统采用光电扫描的计时方式并结合时空转换的原理实现角度交会定位，光电信号时域信息的精确性是影响测量精度的重要因素之一。针对测量系统中同步信号存在延时的问题，根据测角误差的特性提出一种基于发射基站转台正、反转测量目标的延时评估方法。通过定量分析同步信号的延时，建立同步信号的延时模型。基于可编程逻辑器件分析延时对测角精度的影响，研究同步信号电路延时的补偿算法并设计实验进行验证。实验结果表明，所提方法能够有效补偿同步信号原有约为190 ns的电路延时。

旋转激光测量系统基于光电扫描的计时方式, 利用以时间差测位置差的时空转换思想, 借助搭载有线型激光器的匀速转台作为旋转测尺进行测量, 系统测角精度与转台匀速性相关。为了研究系统的转速稳定性及它与测角精度的相关规律, 对系统测角误差、转速评价指标和瞬时转速算法展开研究。建立了角度测量模型, 分析了瞬时转速波动对测角误差的影响机理; 引入瞬时转速稳定度作为转速评价指标, 并针对低精度码盘提出了一种基于脉宽误差补偿的瞬时转速算法, 最后进行了实验验证。结果显示, 对比传统M/T法和补偿算法, 某气浮轴承发射站的瞬时转速波动测量值从±4.5 r/min降至±0.25 r/min, 瞬时转速稳定度降至±4″。补偿算法的瞬时转速测量精度优于传统算法, 测角精度与瞬时转速稳定度存在一致性规律, 可以使用瞬时转速稳定度对系统测角精度进行快速评价。

针对现代制造业中类镜面物体表面缺陷检测的问题,研究了基于相位测量偏折术的自动检测方法。采用相移结合格雷码编码法提取反射图像相位,通过判断局部相位异常识别缺陷。分析相位提取错误导致误检现象的原因,提出一种折叠相位周期级数校正的方法。该方法能解决相位展开过程中的周期错位问题,保证相位的准确提取,避免误检问题。实验结果表明,基于相位偏折原理的检测方法能够实现对类镜面物体表面缺陷的准确、可靠检测。

为了实现工业现场中对机器人工具坐标系进行快速高效地校准, 同时提升坐标系的校准精度, 提出了一种机器人工具坐标系快速校准方法, 搭建了校准系统和实验平台。对校准系统的校准测量速度和精度进行了测量和研究。该校准方法使机器人按照预定圆周和直线的轨迹进行运动, 运动时统计该系统在光电传感器中出现的时刻, 得到工具坐标系偏斜的位置。本文分析了光电传感器由于装配工艺的原因无法形成直角坐标系而引起的误差, 同时根据坐标系转换原理, 对此项误差进行分析。最后实验结果表明: 机器人工具坐标系的校准精度为±0.5 mm, 恢复时间为15 s。该结果满足汽车生产线对于精度和效率的要求, 能够快速有效地对机器人工具坐标系进行校准。

针对室内空间测量定位系统(wMPS)交会测量模型将发射站扫描激光面视为理想平面的现状,研究了一种基于高精度转台的激光面面型视觉评估方法。根据评估结果引入线性折面判断机制,优化重建了wMPS扫描激光面数学模型,以减小交会测量模型中的系统误差。结合大空间高精度坐标场对新模型进行了评估。结果表明,所研究模型对实际光面的拟合效果较好,有助于提升wMPS的测量精度。

针对大空间自动导引车(AGV)的高精度路径规划控制应用,提出一种基于工作空间测量定位系统(wMPS)和模糊控制算法相结合的应用模式。事先规划好AGV路径,采用wMPS对AGV实时位姿进行精确测量,通过模糊控制算法输出实时调整AGV的前进速度和旋转角速度。算法仿真与实验结果表明,AGV的定位精度优于2.5 mm,能够保证AGV的动态导航和定位精度。