本课题以运载火箭箱体隔热层自由曲面等厚加工为工程应用背景,面向具有复杂结构的大型自由曲面成型加工,将机器人学理论与工程应用相结合,充分利用串联机器人自由度多、工作空间大和运动灵活等优点,对专用串联铣削机器人进行研究,这对促进我国机器人产业化进程、扩大机器人应用场合、提高航天制造业的技术实力都具有重要的理论意义和实际应用价值。本论文主要研究内容如下:1.从运载火箭箱体椭球冠状端面加工的大工作空间和高运动灵巧性要求出发,面向具有复杂结构细节的大型曲面成型加工进行串联铣削工业机器人的构型设计。依据加工任务对自由度的要求,利用图论法对机器人的关节类型进行配置,结合应用对象的具体要求,对构造出的所有机构进行筛选,初步确定机构类型;2.对构造的串联铣削工业机器人机构进行位置分析、工作空间、奇异位形和灵巧性分析。采用D-H方法建立了机器人正逆位置分析的解析解,采用蒙特卡洛方法并结合MATLAB编程绘制出了机构在三维空间及二维截面内的工作空间,采用螺旋理论分析了两种机器人机构的奇异位形情况,通过求两个机器人在若干随机点处的条件数分析了机器人的灵巧度。之后依据上述分析结果对不同机器人的机构类型进行了比较分析,确定5R型切削机器人的机构类型;3.根据机器人加工效率和灵活避障等要求,对机器人切削过程中无干涉连续路径的轨迹规划进行了研究。结合给定的弧线和直线进行了满足特定精度要求的插值运算和逆位置反解运算,最后利用MATLAB对建立的模型进行计算机仿真,结果表明本文研究结果的正确性和可行性。本文对铣削机器人进行了构型设计,并结合MATLAB编程进行了相应的分析,形成了较完整的程序体系,这些工作为铣削机器人的实际应用奠定了坚实的理论基础。