随着人类对宇宙空间的不断探索,空间机械臂的应用也越来越广泛,而对机械臂的研究首先应该在地面上进行相应的模拟试验。模拟试验需要对机械臂仿真出空间中的零重力状态,实际在地面实验时机械臂有一个向下的重力,模拟零重力就需要将这个重力给完全消除。机械臂一般采用吊绳悬吊,而随着机械臂的运动,不能保证吊绳始终铅垂向下,所以需要对吊绳的铅垂状态给出一个精确的测定,本课题设计了一套基于单目视觉的位姿测量系统对悬吊机械臂的吊绳状态进行精确测定。首先,对系统的整体方案进行设计,包括测量原理建模,系统硬件组成,软件算法的选取。因为在实际实验时需要对吊绳的状态实时有效的测量,这就使得对硬件的要求比较高,这里我们选用的是美国军方实时硬件设备NI EVS-1463嵌入式视觉系统,它具有稳定实时的特点。此外对系统可能出现的故障模式进行估计,并对各故障提出相应的处理方法。其次,对单目视觉测量原理进行了建模。其中,图像特征点提取方法采用双阈值法;位姿解算算法首先建立靶点在相机坐标系下的坐标测量模型,并求取相机坐标系和靶标坐标系之间的旋转平移矩阵关系,从而获得位姿测量结果,在此基础上,通过仿真实验验证此算法的正确性。然后,对整个系统的软硬件功能及框架进行设计,软件包括相机与EVS之间、EVS与上位机之间的数据接口设计;各个功能模块的设计,包括主程序的模块设计和各子模块的功能设计;为了很好的实现人机交互,设计了简洁的人机交互界面,包括数据显示、存储和各控制功能指令。硬件对系统的硬件系统进行设计,主要包括相机安装壳体的设计,保证相机微调结构和与二维随动系统的连接及定位结构;此外,给出靶标的机械连接及安装结构,对靶标的供电电路进行设计。最后,进行系统实验验证。主要对系统重复性的测试和测量精度的验证。