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目前,对运动目标轨迹跟踪测量的需求日益迫切。非接触测量方法,被测目标与测量器件之间不存在线路连接,测量前不需要预先规划动作过程,不增加被测量设备的承载负担,测量效率高,是目前较适合的运动轨迹测量方法。非接触式视觉测量方法中主要应用的是CCD探测器或PSD传感器。PSD依靠输出的电流或电压来计算目标光斑的位置,可以达到几万Hz的传输速度而不影响数据的精度,同时,PSD体积较小,适合狭小空间运动轨迹跟踪测量。因此,基于PSD的运动轨迹跟踪测量技术是一种很有潜力的运动轨迹跟踪测量方法。目前基于PSD的运动轨迹跟踪测量研究刚刚起步。无论是根据被测目标实现空间测量视场的调节,还是标定算法和误差分析,均处于探索阶段。本文研发了一套基于双PSD的三维空间运动轨迹跟踪测量系统。首先分析了理想情况下物体在世界坐标系下空间点的三维坐标值与单一PSD的二维坐标值之间的映射关系,定义了系统内参数矩阵及外参数矩阵。其次,通过分析镜头畸变对PSD坐标系下像点的成像误差影响规律,得到镜头畸变形成的数学表达式,并通过数学推导及优化对畸变进行修正。最后根据三维重构原理,建立了空间点在世界坐标系下的三维坐标值与左右PSD所采集到的二维平面坐标值之间的对应关系。在理论分析的基础上,从硬件及软件两个方面对基于双PSD的运动目标轨迹跟踪测量系统进行设计,完成了无线控制的红外LED光源设计,搭建了多自由度可调的双PSD支架,可以根据不同的场地状况、测量目标及工业镜头的焦距灵活地调整双PSD的轨迹跟踪测量视场,实现了基于LabVIEW的光源控制功能和信号采集功能程序设计。系统搭建完成后,采用两步法对基于双PSD的运动目标轨迹跟踪测量系统进行标定研究。通过三坐标测量机测得的三维坐标值与基于双PSD的测量系统重构出的三维坐标值进行对比,得到系统测量精度。此外,论文还对基于双PSD的运动目标轨迹跟踪测量系统的误差进行了分析。最后,将基于双PSD的运动目标轨迹跟踪测量系统应用于刀库机械手运动轨迹跟踪测量。本文的研究成果可为工业机器人和加工中心用精密机械臂的运动轨迹跟踪测量、轨迹规划、闭环控制及运动特性分析等方面提供理论和技术基础,具有一定的工程应用价值和理论参考意义。