管路常作为汽车、飞机等产品中制动系统的关键零部件,其空间形态加工精度直接影响产品的寿命和安全性。管路空间形态测量是生产合格管路产品的基础。但是管路表面复杂、结构细长、种类繁多等特点导致其自动化测量实现困难。为实现细长管路在工业生产现场的自动测量,本文设计了基于机器人、直线滑台、激光轮廓仪、面阵相机和激光位移传感器的管路机器人测量系统。它兼具了机器人的灵活性和激光轮廓仪的高精度、高稳定性等优点,是实现细长管路空间形态自动化测量的一个良好解决方案。围绕管路机器人测量系统的测量精度和测量过程自动化,开展的研究内容如下。管路机器人测量系统在工业生产现场长期使用时,为维持测量精度需要定期标定。为此,本文提出了一种机器人测量系统刚柔自主标定方法。首先引入连杆质心坐标系的雅克比矩阵,系统地计算机器人连杆自重和负载重力在机器人每个关节处所产生扭矩,并基于线性扭簧理论,建立了机器人测量系统的刚柔测量模型。其次,通过标准球球心约束建立优化目标函数,采用迭代奇异分解方法可同时辨识机器人运动学参数、关节刚度系数和手眼参数。然后,设计了一种标定数据仿真生成方法,分析了标准球球心测量误差对参数辨识准确度的影响规律,用于剔除辨识度差的参数和指导3维相机的精度设计。最后,仅采用单个标准球,利用3维相机采集球心坐标,实现了机器人测量系统的自主标定。尽管标定方法提高了机器人测量系统测量精度,但不同视角点云的重叠区域仍存在错位情况。为减小点云错位引起的点云位置误差,提出了一种基于多视角点云配准的点云错位校正方法。在关键视角附近增加一些辅助视角,根据两视角点云配准获取点云对的位姿关系。建立了多视角点云配准的优化目标函数,通过置信域方法求解出关键视角的相机位姿误差。将求解出的相机位姿误差代入补偿模型,降低了点云错位误差,提高了点云位置精度。管路扫描路径规划前需要管路在机器人基坐标系中的位姿信息。管路复杂的特点导致常见的视觉定位技术无法对细长管路进行快速定位。为此,本文提出了一种基于传感器数据融合的细长管路位姿估计方法。首先,设计了一种基于面阵相机和激光位移传感器的定位单元;其次,融合面阵相机图像、激光位移传感器测距值和机器人位姿等数据,建立了圆柱段轴线上关键定位点坐标计算模型;然后,将关键定位点与管路三维模型配准实现了管路位姿估计;最后,为提高关键定位点坐标计算精度,提出了一种传感器关系标定方法。根据面阵相机获取激光点图像和激光位移传感器获取的测距值,建立了约束方程,并通过奇异值分解方法实现了传感器关系参数的辨识。细长管路空间走向复杂,采用人工示教扫描路径效率低。为此,提出了一种机器人测量系统扫描路径自主规划方法。将扫描路径规划分为关键扫描视角规划和关键扫描视角间连续路径片段规划。后者通过双边快速搜索随机树法方法实现。针对关键扫描视角规划,以关键扫描视角数量和扫描覆盖率为优化目标,建立包含姿态约束的位姿采样空间,采用随机采样和遗传算法,可获取一组扫描次数尽可能少且尽可能完全覆盖管路的关键扫描视角。此外,在遗传算法中引入向前覆盖因子和对应阈值,根据每代对应的向前覆盖因子动态调整位姿采样空间,增加了新采样个体落在最优个体附近的概率,从而提高规划效率。面向管路空间形态的自动化测量,建立了管路机器人测量系统实验平台,并开发了管路测量软件,为实验研究和后续工程实际应用提供了基础。与三坐标测量机对比,实验验证了刚柔自主标定方法和点云错位校正方法,可使机器人测量系统的绝对精度达到0.377 mm。根据本文提出的管路位姿估计和扫描路径规划方法,实际细长管路的扫描覆盖率在99%以上,扫描路径规划时间不超过2s。针对实际汽车管路的测量,机器人测量系统测量管路节点坐标误差的最大值为0.504 mm。这些实验验证了管路机器人测量系统和相关技术可满足汽车管路空间形态测量的需求。