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平移-旋转结构的机器人，是由一个直角坐标机构和一个旋转手腕组成的机器人。平移-旋转结构机器人在工业制造领域有着广泛的应用。在它的末端装有视觉系统后，构成一个多自由度视觉平台。该视觉平台可以和工业机器人构成一个小型柔性制造系统，能够对大范围内运动的目标进行识别、跟踪、定位和操作。而当它的末端装有夹持器时，和高精度的定位传感器相结合，则可以完成精密装配任务。本文分别针对平移-旋转结构机器人的视觉跟踪控制和定位控制开展研究。
第一，提出了一种面向柔性制造系统的五自由度平移-旋转结构机器人。该机器人由一个大范围运动的三自由度直角坐标机构和一个小惯量的两自由度旋转手腕组成，具有工作空间大和姿态变化灵活的特点。基于该机器人设计了一个立体视觉平台，实现了一种基于局域网的多层次立体视觉平台控制系统。该控制系统采用多台PC机的分布式控制方式，能够实现图像采集、特征提取、视觉数据反馈和机器人控制任务的并行运行，提高了整个系统的动态性能。
第二，利用立体视觉平台的旋转手腕，采用基于图像的视觉伺服控制方法，实现了对工作空间内运动目标的跟踪。针对机器人在接近工作空间中的奇异位姿时的跟踪不稳定问题，提出了一种基于模拟转动惯量的跟踪控制方法，提高了目标跟踪的稳定性。采用P.Y.0.等人提出的分割控制法，实现了视觉平台五轴联动控制，能够在保持机器人末端与目标间相对姿态恒定的条件下跟踪大工作空间内的运动目标，有利于实现精确的目标定位和测量。在此基础上，提出了一种协调控制方案，该方案减小了直角坐标机器人伺服过程的调节时间和超调量，实现了稳定快速的跟踪控制。
第三，将五自由度视觉平台和工业机器人结合，提出一种视觉控制策略，实现了对目标的趋近和抓取作业。在初始阶段采用末端开环的结构，能够克服摄像机视野有限的不足，使得夹持器能够从摄像机视野以外的位置出发趋近目标。而在夹持器进入摄像机视野后，采用末端闭环的控制方式，同时估计目标和夹持器的位置，控制夹持器趋近目标，能避免视觉系统标定误差、机器人运动学误差，以及视觉测量误差等因素造成的绝对定位误差问题。实验验证了该控制策略的有效性。
第四，针对集成电路制造过程中的掩模版传输任务，提出了一种基于四象限探测器的掩模版对准控制系统。在分析四象限探测器的输出特性和激光器光束特性的基础上，设计掩模版对准装置，提出一种解耦的掩模版对准控制方案，实现了四象限探测器的输出量和机器人关节控制量之间的解耦控制。提出了一种在机械手旋转后进行相应平移补偿的对准控制方法，能够有效缩短对准控制时间，提高生产效率。
最后，对取得的研究成果进行了总结，并指出需要继续开展的工作。