移动机械臂兼具灵巧作业能力与工作空间巨大的优势,为以风电叶片、高铁车身、飞机蒙皮为代表的大型复杂构件的高品质加工提供了新的解决思路。移动机械臂末端执行器的空间位姿高精度获取是保证加工质量的关键,而机械臂末端高精度、大范围的测量,具有较高挑战性。现有的大范围空间定位方法中,单站点式测量方法易受工件遮挡,而且存在累计误差,而多基站式测量方法则存在布站繁琐、成本高昂的问题,均不适用于移动机械臂定位场景。本文以双目立体视觉为基础,提出了一种无光线遮挡和累积误差的低成本移动机械臂大范围空间定位方案,并对方案的空间定位算法和靶标布局方案进行了深入探讨,主要包括以下内容:提出了一种基于双目立体视觉的移动机械臂空间大范围定位方案。该方案的实施则分为靶标的离线标定和相机在线测量这两步进行:采用分布式的参考靶标将测量场地覆盖,将双目相机与移动机械臂平台集成,双目相机同时拍摄机械臂末端和参考靶标,以相对定位的方式获得机械臂末端的绝对空间位姿。讨论了2类空间定位算法:基于位置优化的MLAT算法和基于相机位姿优化估计的定位算法,并基于后者中的同名点迭代算法进行鲁棒优化,在算法中增加了鲁棒分析环节,剔除测量数据中误差较大的离群点。仿真结果表明,改进后的算法能有效应对含有粗大误差的数据,鲁棒性有明显提升,定位精度接近于理想状态下原算法的精度。分析了同名点迭代算法的误差传递模型,提出采用姿态精度因子RDOP这一概念来表征测量误差和估计误差之间的放大关系。根据RDOP的影响因素,重点优化了靶标相对布局,确定了矩形布局是各类布局中最优的。最后,进一步优化了靶标整体布局方案,确定了靶标间距为33cm时是适合本方案的最优靶标间距。搭建了移动测量实验平台,进行了移动机械臂末端定位实验和大型构件三维扫描实验。实验结果表明,本文提出的基于立体视觉的移动机械臂大范围空间定位系统不存在光线遮挡和累计误差的问题,对机械臂末端直接定位的位置和姿态精度分别为±0.23mm和±0.02°,机械臂结合扫描仪后对扫描仪的位姿定位精度为±0.25mm和±0.5°。