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基于Eye—to-Hand单目视觉配置，研究了一种三维目标跟踪和定位算法，实现了在笛卡尔空间下三维目标的精确跟踪和定位。在目标跟踪过程中，采用基于模型的三维跟踪算法，利用虚拟视觉伺服算法使CAD模型在图像空间中的投影收敛于目标边缘，进而实现在笛卡尔空间中与三维目标精确对准，获得实时、鲁棒的三维跟踪。在目标定位过程中，在笛卡尔空间设计增量PI控制算法，使当前目标位姿收敛到期望位姿。实验结果表明，该算法能精确地跟踪和定位三维目标，位置精度控制在0．2mm以内，姿态精度控制在0．1°以内。