在航天、航空、能源等领域,大型构件的加工需求不断被刷新,工业机器人凭借工作空间大,成本低等优势逐渐成为柔性加工系统的核心成员。本文针对大型球壳体铣孔加工实例,围绕加工机器人站位规划以及定位平台的设计展开研究,为实现机器人对球壳体构件的加工任务提供支持。本课题提出一种对大尺寸特征加工的机器人站位规划方法,并创新性地提出机器人定位平台的结构设计方案。以加工需求为出发点,以实现所有孔特征的加工可达性和刚度要求为首要目标,充分考虑设备在使用过程中对测量、控制等工作的适配性、装配及加工工艺性、运输可行性等因素,提出用于柔性制造系统的机器人定位方案,并对机器人定位平台总体及各部件进行设计。利用ANSYS workbench对机器人转运平台、拱形平台-环形梁两部分分体结构件进行静力学参数化仿真,拟合得出各部件柔度矩阵,并通过微动齐次变换理论将变形进行合成,计算整体柔度矩阵,为预测在不同载荷下机器人基座的位移及偏角提供支撑。为确保加工机器人对被加工件的待加工孔特征的加工可达性,本文基于机器人正运动学提出一种机器人站位规划方法。特别是能够确定对于大尺寸特征实现可达性的较小范围的可用站位空间。摒弃“先选站位后验证可达性”的传统思路,将机器人实际末端执行器作为构件0固定在被加工件上,将机器人的实际基座作为假想末端,在一定约束条件的限制下求解假想可达空间,即为实际可用站位空间。并建立机器人静力学模型,在可用站位空间中以静刚度为目标函数进行站位优化,实现机器人可达性和刚度双重性能充分利用。考虑到机器人定位平台高度方向尺寸大,平台不可避免呈现出一定的弹性,机器人在高空进行加工作业时必定产生振动,机器人的动态特性与在地面工作相比也将有所不同。本文利用ANSYS workbench建立了机器人-定位平台系统动力学模型,分别对弹性基础下和刚性基础下机器人的动力学特性进行分析,通过对比两种工况下的分析结果,为机器人定位平台动态刚度特性的评估提供依据。以KUKA KR500机器人为例进行关节刚度辨识,为本文涉及的静力学、动力学分析提供条件;对机器人固有频率、模态阻尼比进行测量,为动力学分析阻尼模型提供条件,并对动力学分析结果进行验证。