工业机器人凭借其工作空间大、灵活性强以及高加工柔性等优点,已经成为了智能制造中的重要载体,在机加工工艺中,相对于传统的数控加工展现出了独特的优势。但是受碍于机器人刚度弱、精度差的缺点,在切削负载较大或负载变化频繁的复杂曲面铣削加工中,加工精度低、加工质量差的问题异常突出。如何在充分利用机器人优势的基础上,提升机器人铣削的精度和效率,对工业界具有重要的意义。对此,本文针对机器人曲面铣削加工中机器人刚度不足和切削力不稳定这两个关键问题展开研究。首先,对机器人铣削系统进行刚度建模并提出面向机器人铣削的刚度评价指标;然后,提出了面向刚度优化的机器人姿态优化以及工件变位规划方法,使机器人尽可能保持在高刚度的姿态进行加工。在此基础上,提出了复杂曲面的机器人铣削的轨迹规划策略,以达到提升机器人刚度、从而提高铣削加工精度的目标;另外,对铣削过程材料去除率进行预测,并在此基础上研究以切削力恒定为目标的轨迹规划方法,从而提升机器人铣削的加工效率;最后,在综合上述方法的基础上,面向大型复杂零部件的机器人加工进行了应用案例研究。本文的主要研究内容包括:（1）机器人铣削系统刚度特性分析及建模。针对机器人曲面铣削中刚度评价的问题,本文先对机器人进行运动学分析及几何参数标定,获得准确的机器人运动学模型;然后,在对机器人关节刚度系数矩阵进行辨识的前提下,建立机器人末端笛卡尔刚度矩阵模型;在此基础上,提出了可以反映铣削中受力变形的机器人刚度评价指标,包括基于曲面法/切向的刚度指标以及基于切削力方向的刚度指标,为后续的刚度优化与轨迹规划奠定了理论基础。（2）基于刚度性能的机器人姿态优化及轨迹规划方法。针对机器人铣削中刚度不足的问题,开展了机器人姿态优化方法与分区域加工轨迹规划策略的研究。首先,建立了以刚度指标最优为目标的机器人姿态优化模型,这个模型同时考虑了刀具姿态和机器人冗余度对机器人刚度的影响,并受到关节限位、奇异性、碰撞等约束;然后,针对由于机器人运动学性能限制,不能最大限度提升机器人刚度性能的问题,提出了机器人分区域姿态优化方法。该方法通过谱聚类算法将工件分成多个加工区域,从而突破了关节速度对机器人姿态优化的限制,使得机器人获得更高的刚度;最后,基于切向刚度指标,对轨迹的进给速度方向进行优化,生成曲面加工轨迹。通过验证,该方法可以提高机器人铣削的刚度,从而提升加工精度。（3）基于刚度阈值控制的工件变位规划方法。针对机器人铣削复杂全周型模型时,工件位姿不佳导致某些加工位置精度低的问题,开展了机器人铣削加工的工件变位规划方法研究。首先,在机器人加工过程中的运动学约束下,建立了面向刚度优化的工件变位优化模型,并利用粒子群算法进行求解;然后,为了保证机器人在整个工件的加工中都满足刚度阈值要求的同时,最少化工件变位的次数,提出了一个基于最少集合覆盖方法的工件变位规划方法。通过验证,该方法可以在尽量少的变位次数下,保证机器人刚度达到阈值要求,从而降低加工误差。（4）面向切削力稳定的铣削轨迹规划方法。针对机器人铣削中切削力波动大造成加工效率低的问题,提出了以切削力恒定为目标的铣削轨迹规划方法。首先,在分析切削力与材料去除率相关性的基础上,提出了基于像素法的材料去除率计算方法;在此基础上,通过OTSU阈值分割算法和Alpha shape轮廓拟合算法,提取铣削过程中切削力突增的关键加工区域;然后,通过结合变半径摆线在切削力稳定上的优势以及环切轨迹在效率上的优势,提出一种RVTR-CP轨迹规划方法。在铣削加工过程中,摆线轨迹与相邻的环切轨迹的连接可以保证几何连续,并保持一致的材料去除率。通过验证,该方法相比现有的CAM软件,能获得更稳定的切削力的同时,具有更高的加工效率。（5）面向大型复杂零部件的机器人加工应用案例。首先,通过结合了上述研究提出的基于刚度提升的机器人姿态优化、工件变位规划、切削力稳定性优化及铣削轨迹规划等方法,开发了机器人铣削软件模块。然后,针对尺寸大、硬度高、加工区域复杂的大型复杂铸造件,在应用上述算法进行优化的情况下,进行了机器人加工应用案例研究。