多关节测量机械臂是一种典型的随动式工业机器人，在生产中应用越来越广泛深入。测量臂对精度要求非常高，但由于设计过程中模型的必要简化、机械制造工艺的复杂性和制造成本的限制，物理模型各环节中难免存在各种误差。这些误差影响了测量臂的实际性能，限制了它的实际应用。机器人精度理论是设计、生产出高精度机器人的重要保障，因此，结合测量机械臂开发，本文对机器人精度理论的几个关键技术展开了研究。 先引入齐次矩阵变换方法，建立了单一杆件误差模型，再根据机器人运动学模型，导出了基于修正D-H参数的机器人位姿误差分析的一般性模型。根据对误差模型的研究，提出了机器人参数误差影响度和码盘安装误差影响度，用于指导机器人设计与制造。 基于关节间隙几何模型分析结果，提出了将关节间隙转换为机器人D-H参数的方法，并借鉴机器人精度静态分析误差模型，建立了由关节间隙所引起的机器人重复精度分析模型。此模型还可用于关节间隙分配，以确定关节结构设计的容差。 以机器人位姿误差模型为基础，首先进行单位化和无量纲化，再应用矩阵理论揭示了误差系数矩阵特征值与机器人位置精度间的关系，进而提出了多个精度评价指标，以从不同侧面不同层次描述机器人精度表现。在所提出的精度指标基础上，给出了机器人精度图谱的建立方法。精度图谱可为机器人的设计与应用提供指导。 提出了一种基于单点约束的机器人两步标定方法。该方法首先标定出机器人结构参数中长度参数的相对值和角度参数，再通过末端执行器移动已知距离计算出机器人长度参数的绝对值。长度参数相对值与角度参数数量级相当，避免了角度误差被淹没的问题。针对大型机器人的标定实际，给出了一种基于距离的标定方法，该方法避免测量易受测量噪声影响的末端执行器姿态，可提高标定精度。最后给出了机器人移动工作时基坐标系的标定方法。 开展了测量机械臂的设计与开发。给出了机械臂的结构形式、结构拓扑、软硬件系统结构组成和关节结构设计，提出了关键零部件如关节码盘、关节轴承等的选择原则。在设计中，应用机器人精度理论中误差影响度分析了关节码盘读数偏差对精度的影响，以帮助确定电子细分倍数；基于关节间隙分析模型，进行了机械臂关节倾斜容差设计；最后采用机器人标定技术完成了机器人结构参数辨识。