转动惯量在航天、工业工程等领域有重要的理论意义,因此实现转动惯量的精确测量变得十分必要。但是针对微小物体(100g-500g)的转动惯量,目前没有合适的测量方式,有些测试系统由于摩擦力或者质偏等问题导致精度较低,有些测试系统辅助设备多,导致操作复杂繁琐,引入新的误差。本文结合实际需要以及课题研究,研究和构建了微小物体质心及转动惯量测试系统,实现方便快捷的高精度测量。本文针对扭摆法、线摆法、复摆法等转动惯量测量方法的原理进行分析,对比不同测量方法的优势与缺点以及各自的适用条件,选择针对微小物体最合适的复摆法转动惯量测试方法。根据质心以及复摆法转动惯量测量的数学模型,得到转动惯量与复摆周期的关系。对建立的模型进行误差分析,研究周期测量误差、质量测量误差、长度测量误差在总误差中所占的比例,以及每种误差随测试系统结构参数、材料等参数变化的变化规律。根据分析结果以及机械设计刚度的要求,进行测量装置的机械结构设计,选择合适的结构参数来减小误差,利用空气轴承代替滚珠轴承减小摩擦力。之后对机械结构进行静力学分析以及拓扑优化。根据复摆的性质,利用转动惯量测试系统实现被测物体质心的测量,避免了两个装置测量的繁琐操作以及带来的误差。并针对质心测量的精度问题,通过旋转180°的两次测量以及误差补偿手段,减少质心偏差带来的测量误差,从而保证测量精度。最后进行实物加工及测试系统的搭建,利用标准件校验测试系统的精度。实验数据表明,测试系统质心测量精度可以达到±1 mm,转动惯量的测量精度为1.0%。测量装置满足对微小物体质心及转动惯量测量的稳定可靠、高精度的要求。