随着机器人的应用领域深入到微电子封装、超精密加工、精密装配等方面,人们对机器人的速度、精度、效率等提出了越来越高的要求。开展高速高精度机器人时间最优控制系统的研究,探索其在工程应用中的可行性,无疑对推动高速高精度机器人技术的发展,加快其实用化和产业化的进程具有重要的意义。本课题来源于国家“973”计划项目“高性能电子产品设计制造精微化数字化新原理和新方法”,密切结合该项目所开发的高速高精度平面并联定位机构,对机器人控制系统体系结构、时间最优控制算法以及伺服系统控制算法进行了深入的研究,实现了高速度、高精度的点位控制和轨迹跟踪控制效果。在高速高精度控制系统体系结构方面,实现了控制系统各硬件部分的选取,满足了高速高精度作业的要求。并针对各硬件所具有的功能进行了机器人控制软件部分的设计,提出采用循环缓冲方式实现机器人轨迹运动的控制,提高了机器人控制的实时性,并通过实验加以验证。在机器人时间最优控制算法方面,提出一种在特定轨迹约束下寻求标量速度边界曲线和标量加速度极限分布的方法,其充分考虑了机器人动力学的非线性因素。通过对标量速度边界曲线的分析,结合加速度极限分布情况,设计了一种在特定轨迹约束下机器人时间最优轨迹规划算法,以在保证系统稳定性和定位精度的前提下,充分发挥电机的性能。结合系数存储法,实现运动轨迹的生成。并通过实验验证了时间最优控制算法的有效性。在高速高精度伺服系统控制算法方面,建立了音圈电机的数学模型,针对音圈电机直驱式、高响应的特点,提出基于P-D反馈控制的双闭环控制结构,与普通双闭环控制相比,其提高了系统的跟踪能力和抗干扰能力,避免了因频繁提降输入量而引起的超调量过大和系统不稳定性等问题。同时引入了积分分离法、自适应控制算法和前馈控制,以提高机器人系统的性能。并通过伺服系统响应跟踪实验验证了这些方法的有效性。