题目：机器人修形磨削系统关键技术的研究

机器人修形磨削加工(conformance grinding)是指采用机器人磨削系统对复杂曲面工件进行砂带磨削加工使之达到设计尺寸公差和表面质量的一种精加工方法。机器人修形磨削加工是有效解决叶片、高尔夫球头等复杂形面工件加工精度和效率问题的关键技术。开发针对叶片、高尔夫球头等复杂曲面工件的机器人修形磨削加工系统对提升我国的高精度磨削加工能力、推动国家航空航天领域制造技术的发展、促进国家制造业装修的产业升级具有重要意义。本论文是在北京航空航天大学机器人研究所与廊坊智通机器人系统有限公司的合作项目“机器人柔性磨削集成加工系统的设计和研究”及国家高技术研究发展计划（863计划）项目“面向叶片等复杂工件的机器人修形磨削系统”（项目编号：SQ2007AA04Z231266）共同资助下，以提高工件形位精度和表面加工质量为目标，重点对修形磨削系统的专用机器人方案确定、所确定的机器人方案的运动学特性、工具坐标系的标定和轨迹规划进行了深入研究。具体研究内容及主要工作可以概括为以下几个方面：第一，对修形磨削机器人的磨削原理及磨削加工特点进行了分析，研制了应用于机器人修形磨削系统的六自由度专用磨削机器人，对专用机器人进行了结构分析和操作臂的计算与校核。第二，采用D－H参数法建立了六自由度专用磨削机器人位姿的运动学方程，给出了运动学正逆解，研究了六自由度专用机器人的运动学特性；通过使用ADAMS软件进行了运动学仿真分析；讨论了机器人轨迹规划的一般性问题，比较了关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划的优缺点。第三，针对目前机器人修形磨削系统中“四点标定法” 姿态标定精度低影响磨削精度的问题，提出了TCP实验磨削动态标定的新方法，并通过理论分析和实验验证了实验磨削动态标定方法的可行性和准确性。第四，对工具路径规划的一般性方法进行了讨论，进行了机器人修形磨削系统中重叠区域的棱边问题的理论分析，通过对重叠区域宽度合理选择的实验和工具坐标系方向选择的实验，得到了消除修形磨削重叠区域的棱边的影响的有效方法。第五，集成了由磨削机器人、砂带磨削机及测量系统等设备组成的机器人修形磨削系统实验平台。对各种条件和参数对砂带磨削性能的影响进行了相关实验，通过大量机器人修形磨削的影响因素的试验分析，有助于实现砂带磨削技术、机器人技术、自动控制技术以及计算机技术等新的综合。