工业机器人现已广泛应用于砂带打磨工艺中,但仍主要采用“示教-再现”的模式,一旦工件形状复杂,则势必增加示教的工作量,同时又不可避免地降低机器人打磨的质量。为了提高机器人砂带打磨的柔性与加工质量,快速地生成高质量、高效率的机器人砂带打磨路径,故机器人砂带打磨系统的路径自动规划与优化就显得十分必要。本文针对机器人砂带打磨系统的路径规划与优化问题,开展了工件的砂带打磨路径规划、机器人运动路径无碰撞优化、机器人运动路径排序优化、机器人砂带打磨系统的路径规划与优化系统的实现与实验验证等方面的研究与工作。首先,对机器人砂带打磨中的路径规划方法进行了研究。基于工件的三维模型提取待打磨曲面的数据并对其进行预处理;提出了在离散参数域内计算走刀步长的方法,克服了曲率估计法计算的刀触点路径精度与效率不高的缺点;基于等残留高度法,生成曲面的砂带打磨路径,在球头刀走刀行距计算方法的基础上,针对砂带打磨的特点对其进行改进,得到砂带打磨的走刀行距计算方法;在计算偏置刀触线时,提出了一种基于映射法与轮廓提取法的去除曲线自交的算法,解决了偏置刀触线局部自交的问题;最后生成曲面的行切打磨路径,并将打磨路径转化为机器人运动路径。实验表明,生成的打磨路径能实现机器人砂带打磨曲面且打磨的质量符合要求。其次,对机器人运动路径无碰撞优化方法进行研究。针对机器人在砂带打磨工件过程中可能发生碰撞的现象,研究了机器人运动路径无碰撞优化的原理,提出了一种基于碰撞图层法的机器人运动路径无碰撞优化方法。在工件的打磨路径转化为机器人运动路径的过程中,形成一幅碰撞图层,并基于邻域搜索法与递归法在碰撞图层中快速地寻找一条优化曲线,大大减少了碰撞检测的次数,并根据优化曲线生成机器人的无碰撞运动路径。仿真与实验表明,该方法能快速、准确地生成一条无碰撞的机器人运动路径,在保证加工质量的前提下,实现了机器人无碰撞地砂带打磨工件。最后,对机器人运动路径排序优化方法进行研究。在机器人有多条运动路径的情况下,为减少机器人在运动路径转换时产生的空行程,对机器人运动路径进行排序优化。先对机器人运动路径排序优化问题建模并将其转化为广义旅行商问题,通过蚁群优化算法求解,并采用多蚁种、多阶段搜索、邻域搜索三种策略改进基本的蚁群算法,提高蚁群算法的寻优能力与收敛速度。仿真结果表明,经过排序优化后,机器人加工过程中的空行程长度减少为优化前的27.25%,改进蚁群算法比基本蚁群算法的优化效果提高了5.13%。