本文密切结合国家重大光学工程对超精密光学抛光工艺装备的需求,研究一种基于六自由度混联机器人的光学抛光工艺装备若干关键技术,包括高精度轨迹规划,装备布局与运动学分析,机器人运动学标定,以及数控系统设计的相关理论和方法,并通过实验全面验证了所提出理论与方法的正确性和有效性,旨在为这种工艺装备在光学元件高质高效抛光中的应用奠定重要的技术基础。全文主要研究内容如下:在轨迹规划方面,提出虑及波动特性的最优驻留时间确定方法;求解三次B样条抛光路径控制点坐标的高效算法,以及通过迭代修正进给率保证驻留时间实现精度的运动规划方法,形成了一套基于驻留时间最优实现的抛光轨迹规划方法。仿真结果表明,所提出的方法可使被抛光元件的PV值(RMS值)与理论计算值之间的误差率由传统线性插补方法时的10.1%(7.8%)降低至0.8%(0.6%)。在装备布局与运动学分析方面,提出采用六自由度混联机器人+行星抛光执行器搭建光学元件小磨头数控抛光工艺装备的布局方案,建立了规格化的位置逆解模型和可达空间半解析模型,并由此剪裁出可满足500 mm?500 mm口径非球面光学元件抛光作业需求的任务空间。在机器人运动学标定方面,借助旋量理论提出一种建立串联运动链几何误差模型的通用方法,并据此构造出抛光机器人的全参数几何误差模型;提出一种首先重构列满秩的辨识矩阵,然后采用Liu估计辨识几何误差参数的方法,有效解决了因复共线性引起的辨识矩阵病态问题;提出一种首先补偿驱动关节零点误差,然后修正抛光执行器数控指令的误差补偿策略,形成了“粗标定+精标定”流程。仿真结果表明,采用Liu估计所辨识误差参数的总标准差低于采用普通最小二乘法的63.9%,使得精标定后位置(姿态)体积误差最大值和平均值分别较普通最小二乘法降低了23.1%(37.5%)和20.0%(11.1%)。在数控系统设计方面,采用面向构件的软件工程思想提出一种面向光学抛光加工工艺需求的数控系统软件体系结构,具有良好的封装性和可复用性。提出包括需求分析、体系结构设计、构件库搭建和系统生成四个递进环节的机器人专用化数控系统软件设计流程。所开发的抛光机器人数控系统专用软件具备工艺参数设置、控制器参数整定、几何误差补偿和轨迹插补等功能,可满足光学抛光工艺装备的应用需求。基于上述所提方法和流程,在抛光机器人样机上开展了全面实验验证。实验结果表明,抛光机器人的位置体积和姿态体积定位精度分别达到0.06 mm和0.05 deg。经过5次迭代加工之后,元件的PV值和RMS值分别从5.36μm和0.75μm收敛至1.84μm和0.20μm,加工效率和质量满足了光学抛光工艺的要求。本文研究成果已成功用于一台面向光学抛光的混联机器人样机开发。