随着人力成本的不断上升加之工业升级的需要,机器人在工业中的应用越来越普遍,特别是在环境对人有害的工业领域,如汽车零件表面喷漆、零件打磨等。以往借助人工示教或离线编程的方法来生成机器人的运动轨迹,需要首先确定加工坐标系与世界坐标系的相对位置,通常选择工件上加工精度较高的平面特征作为定位依据,精度不高且费时费力。在零件打磨中,由于每个工件毛坯与标准CAD模型都有不同程度的偏差,因此仅仅靠零件定位和离线编程并不能达到理想的加工效果。另外,要实现机械臂与工作环境的信息交互,需要一个开源性好,可扩展性强的机器人控制系统,除运动控制功能外,还应该具备逻辑控制和过程管理功能。针对以上需求,本文进行了以下研究工作:根据现有机器人机械结构求得对应的D-H参数,结合机器人运动学在Codesys开发环境下开发了相应的机器人软PLC控制系统,开源性好、可扩展性强,可以实现对机器人状态的定制化监控。除基本的运动控制功能外,兼有NC代码文件处理功能,可以加载并识别国际标准的G代码运动指令,以控制机器人的运动轨迹。基于激光三角测量原理设计了视觉系统,将线激光投射到待测物体表面,用工业相机获取线激光的位置从而计算得到物体轮廓三维数据,随着物体的移动将各轮廓数据合成物体三维数据。通过对所用工业相机进行标定,获得相机的畸变系数和内参数矩阵,从而得到相机坐标系与像素坐标系的坐标变换矩阵,设计实验分析了标定精度。然后根据激光三角法的测量原理和透视变换原理计算出变换矩阵,解决了结构光平面与相机轴线不垂直造成的梯形畸变问题。最后开发了软件系统,将采集的图像数据计算成对应曲面的数据,借助Matlab显示了计算结果。根据自由曲面刀具路径规划算法和点云数据处理中曲面法向量的计算方法,完成了对所扫描曲面的轮廓跟踪控制。使用平行结构的刀具路径拓扑结构,根据设定的刀路行距对待加工曲面进行切片得出初始加工路径,在此基础上计算刀位点并用等弦高误差法计算切削步长。使用基于k邻域局部拟合的方法计算法向量,最终输出标准的NC代码以完成机器人运动轨迹的规划,解决了示教和离线编程方式的过程繁琐问题。