伴随着计算机视觉技术的快速发展,立体视觉测量技术在航天工程实践中也得到了广泛的应用。尤其是在大型空间机械臂系统中,利用视觉测量技术对机械臂自身的位置姿态信息和运动参数的识别成为研究的热点。本文在对视觉测量技术进行深入研究后,设计并实现了一套测量机械臂系统的运动参数的三维测量系统,并且本系统可以有效识别机械臂系统的齿轮间隙。本文首先从理论上对双目视觉的标定技术进行了详细的研究,采用张正友平面标定法求出了相机的内参数和镜头的畸变参数,同时求出两个相机之间的相对位姿。为了得到机械臂的运动参数,需要对目标点进行跟踪,作者在传统Mean-Shift算法的基础上进行了改进,通过目标区域跟踪、图像边缘提取、边缘点的椭圆形拟合和中心点提取等过程,实现了目标图像位置的精确跟踪。最后,利用三维测量的数学模型,计算被跟踪的图像特征点所对应的空间点坐标,完成对机械臂运动参数测量。齿侧间隙会影响机械臂的运动状态和系统使用寿命。作者利用主动轮在低速、小角度摆动的运动形式下,从动轮在与主动轮分离后出现的停滞现象,通过测量停滞时间和转动角速度,计算得到了机械臂系统的齿侧间隙。本文的测量试验,分别对机械臂末端和中点的位置,主动轮和从动轮的转角进行了测量。实验数据和三维仿真模型的仿真结果进行比较,Pearson相似系数达到了95%以上,验证了三维模型仿真的可行性。实验测量的齿测间隙和理论值计算得到的值相对误差在5%左右,在误差允许范围内,为计算理论提供了数据证明。实验证明,采用双目视觉测量方式对机械臂的运动状态和齿轮间隙测量,具有很高的实际应用价值。