关节式坐标测量机具有制造成本低、测量范围大、灵活性好且便于携带等优点,已成功应用于三维测量领域。然而受限于多关节串联式开链结构,其各项误差逐级累积,导致测头位置偏差较大。总结国内外研究现状不难发现,当前仅靠参数标定已经难以有效提高测量机的精度。为此,本文设计一种面向关节式坐标测量机的分度式关节结构。该结构以原测量机旋转关节为基础,结合分度球盘和分度窝盘,以牺牲部分工作空间和灵活性为代价,通过分度定位标定的方法,不仅能降低角度编码器的精度要求以及硬件的成本,还能输出关节有限位置的高精度转角值。论文的主要研究工作包括:（1）建立关节式坐标测量机的运动学模型,通过仿真验证模型的正确性,并根据结构特点全面系统地分析其主要的误差源和误差类型。（2）设计一种面向关节式坐标测量机的分度式关节结构,用该关节取代部分旋转关节可在实现原测量机测量功能的前提下,有效提高测量精度。详细介绍分度式关节的工作原理、工作流程、分度角的标定方法以及误差类型,并着重分析重复定位误差和同轴度误差对测量机精度的影响,对于结构的制造和装配具有一定的指导意义。（3）建立误差模型,分析关节转角误差对测量机精度的影响。利用Monte Carlo法和服务球法分别求解采用分度式关节前后测量机的工作空间和灵活性。基于上述三个性能指标的仿真结果,从理论上验证分度式关节结构对于测量机精度提升的可行性和有效性,并确定关节的最优配置。（4）采用光电自准直仪和二十四面体金属棱镜等仪器搭建实验平台,检测本文设计的分度式关节结构的重复定位误差。提出一种关节锁止式自标定实验方案,验证各个关节转角误差对测量机精度的影响权重,为关节优化配置提供实验依据。