随着全球智能制造产业的快速发展,工业机器人由于成本低、操作空间大、灵活性好等优点,应用范围不断扩大。目前,机器人广泛应用于航空航天领域弱刚性曲面零件的加工制造,如叶片打磨,去毛刺等。为实现弱刚性零件的高质量、高精度加工,需要针对以下方面进行研究:光顺的机器人加工路径生成算法;符合机器人约束的速度规划与插补算法;满足加工精度的鲁棒力控制算法。目前,以上的研究领域还存在以下问题:弱刚性零件在加工中容易发生形变,使得预先设计的加工路径不能与变形工件形状重合,影响加工质量;在笛卡尔空间中进行机器人轨迹规划需要将位置和姿态需要分开进行规划,通过共享相同的曲线参数同步角运动与直线运动,有可能导致角运动超限;对于间接自适应阻抗控制,若零件初始位置未知,现有的在线刚度估计方法无法收敛到真实值,离线辨识的方法过程过于复杂、耗时。本文拟针对上述问题,遵循共形曲面构建-刀具路径生成-机器人位姿路径描述-机器人加工速度规划-加工过程恒力控制这条自上而下的研究思路。针对弱刚性零件加工的共形规划提出基于NURBS拟合的共形曲面构建方法,然后在共形曲面上进行刀具路径生成,并采用Tri-NURBS曲线对机器人位姿路径进行同步耦合描述。针对Tri-NURBS路径提出一种考虑机器人末端角进给速度约束的速度规划方法。在力控制方面采用Sim2Real方法估计环境刚度,进行间接自适应阻抗控制。本文主要研究内容及成果如下:1、基于NURBS拟合的共形曲面构建。针对共形轮廓截面的稠密数据点压缩平滑问题,改进了一种基于曲率和弓高误差约束的曲线特征点提取算法,在保证拟合精度前提下,数据压缩率达到74.85%。为解决多曲线间的相容性问题,引入最少等特征点的曲面拟合方法,实现共形曲面的构建。2、无干涉路径生成与Tri-NURBS机器人位姿描述。针对共形曲面规划,采用自适应等参数方法生成曲面的加工路径,减少冗余路径,并确定最大加工带宽的刀具姿态,压缩加工时间。在机器人路径描述方面,提出了一种Tri-NURBS路径描述方法,与传统方法相比,实现了机器人末端的位置和姿态的同空间规划。3、虑及角速度等综合约束的速度规划方法。将机器人的姿态约束引入速度规划,避免了刀具在固定时间间隔旋转角度和切削进给的不一致。与传统的S形加减速双向寻优插补算法相比,保证了双向插补在相遇处的速度、加速度连续性。此外,局部加加速度调整模块的引入很好地解决了路径段内可能存在的加速度跳变问题。4、基于Sim2Real的弱刚性零件恒力控制。提出一种基于Sim2Real环境刚度估计的自适应阻抗控制方法。利用域随机化方法进行仿真零件的刚度库构建,采用神经网络实现了从仿真到显示的环境刚度迁移策略。环境刚度估计偏差限制在10%以内,力跟踪精度达到±0.5N,均优于传统的Lyapunov方法。