机器人的运动位姿精度用机器人末端执行器的位姿误差来表示,是反映机器人性能的一个重要指标,也是确保机器人能正常工作、实现高精度运行要求的保证。本文以五自由度(5-DOF)串联机器人为研究对象,从多因素对串联机器人静态误差的影响及其对串联机器人动态特性影响的角度出发,建立了串联机器人静态误差模型、含间隙铰串联机器人运动/动力学模型,并建立了含间隙铰串联机器人虚拟样机。同时,为分析各因素对串联机器人位姿精度的影响,建立非接触式三坐标激光测量系统对串联机器人位姿精度进行测量。主要内容如下：(1)采用Denavit-Hartenberg方法设定五自由度串联机器人杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立串联机器人正运动学和逆运动学模型。在此基础上,对由静态误差引起的串联机器人末端位姿误差做了分析。利用微小位移合成法建立了串联机器人的静态位姿误差分析模型,以机构可靠度为位姿精度评价指标,应用Monte Carlo数值仿真法分析串联机器人各连杆参数误差对串联机器人的静态位姿精度的影响程度,并分析得出对串联机器人的静态位姿精度影响最大的关节。(2)基于接触动力学理论,建立能够有效描述轴与轴承间相对运动的旋转铰径向间隙模型,给出间隙铰节点接触-分离切换点判别条件,建立旋转间隙铰法向接触力、切向接触力模型。在建立旋转铰间隙矢量模型的基础上,针对含间隙旋转铰五自由度串联机器人,提出利用无质量变长杆代替间隙的方法,并结合多体系统动力学理论,对增加广义自由度后的多自由度串联机器人进行运动/动力学分析,推导并建立含间隙铰五自由度串联机器人运动/动力学模型。(3)对考虑运动副间隙的五自由度串联机器人进行虚拟样机仿真分析,利用Pro/E实现五自由度串联机器人三维模型的建立,并利用蒙特卡洛法确定机器人总工作空间、灵活工作空间大小,然后通过robotics toolbox计算灵活工作空间内指定轨迹所需驱动对应的各关节转角位移数据,最后在ADAMS中进行含间隙铰机器人虚拟样机的运动学、动力学分析。利用此虚拟样机分析串联机器人按指定命令运行时间隙对其运动学和动力学性能的影响。并通过参数化间隙大小,分析不同间隙值对串联机器人的运动学、动力学性能的影响。(4)针对工业机器人运动位姿精度检测困难的问题,提出利用激光测量仪跟踪测量的方法,并详细介绍了针对串联机器人测量的非接触式三坐标激光测量系统的工作原理。以机器人位姿重复性、位姿准确度、轨迹速度准确度、轨迹速度重复性、轨迹速度波动为机器人精度评定指标,给出利用非接触式三坐标激光测量系统测量机器人精度的测量方案及测试结果。