现代光学系统正朝着大口径、高精度以及高分辨率的方向发展,传统的加工装备在动态性能等方面尚存不足,难以适应当前大型光学镜面的加工需求。应用串联机器人进行大型光学镜面研抛作业又存在刚度、动态性能和定位精度等方面的不足。因此,将结构紧凑、刚度高、运动误差小的并联机构引入到光学镜面加工领域可一定程度上改善加工装备的工作性能。此外,为避免全并联机构工作空间小、运动耦合性强的缺点,提出了采用五自由度混联机器人配合双转子研抛系统的大型光学镜面加工装备。混联研抛机器人存在多闭环结构,机器人的惯量耦合、构件弹性、重力场以及几何误差等都会对其动态性能和运动精度产生影响。因此,为改善大型光学镜面研抛机器人的工作性能,采用理论建模、数值仿真及样机试验相结合的方法从关节效应、惯量耦合、支链布局、重力场、支链弹性及几何误差等方面开展研究,通过多性能参数综合优化和运动误差补偿两个方面保障研抛机器人的运动精度。主要研究内容如下:1)为建立研抛机器人显式动力学模型并分析主动支链的惯量耦合特性,首先,考虑机器人运动关节的摩擦效应,在运动学模型的基础上基于牛顿-欧拉法建立了显式形式的研抛机器人动力学模型;然后,基于关节空间下的动力学方程,提出了研抛机器人主动支链惯量耦合特性的评价模型;最后,通过虚拟样机验证了动力学模型的有效性,并对主动支链惯量耦合强度在工作空间内的变化规律进行了数值仿真分析。2)为研究运动支链空间布局及重力场效应对研抛机器人静刚度特性的影响,首先,结合研抛机器人的构型特点,分别建立了机器人串联子系统和并联子系统考虑重力场效应的静刚度模型;然后,基于小变形叠加原理形成了研抛机器人考虑重力场效应的整机静刚度模型;最后,研究了主动支链空间布局对机器人刚度性能的影响,并对重力场效应下机器人末端变形在工作空间内的分布特征进行了数值仿真分析。3)为分析研抛机器人运动支链弹性及截面参数对其动态特性的影响,首先,以空间梁单元为基本模型,基于有限元法建立了研抛机器人运动支链的弹性动力学方程;然后,结合弹性变形协调条件,构建了研抛机器人刚柔耦合弹性动力学模型;最后,对研抛机器人低阶固有频率在工作空间内的分布规律及运动支链构件截面参数对低阶固有频率的影响进行了数值仿真分析,并通过物理试验样机模态试验验证了弹性动力学模型的有效性。4)为明确研抛机器人几何误差对机器人运动精度的影响,辨识机器人各几何误差源参数,首先,基于D-H矩阵法和微扰理论建立了包含构件加工、装配及定位等几何误差的研抛机器人运动学误差模型;然后,单一化研抛机器人几何误差源参数,对各几何误差对动平台位置误差的影响规律进行了数值仿真分析;最后,构建了研抛机器人运动学误差辨识模型并试验测量了动平台运动位姿参数,基于L-M算法对研抛机器人几何误差源进行了辨识和分析。5)为改善研抛机器人的综合工作性能,保障其运动精度,首先,分析了研抛机器人结构参数对其运动性能指标和静动态性能指标的影响规律;然后,选取运动灵巧度、支链加速度、运动误差、惯量耦合以及刚度等主要指标,基于层次分析法建立了研抛机器人多性能参数综合优化模型,得到了优化后研抛机器人的结构参数,并对比分析了优化前后各性能指标的变化情况;最后,基于几何误差辨识结果修正了机器人运动控制参数,实现了研抛机器人的运动误差补偿,并结合大型光学镜面研抛轨迹测试了机器人末端运动精度。本课题所开展的大型光学镜面研抛机器人动态性能分析和运动精度保障研究对于改善混联型光学镜面研抛机器人的动态性能、保障机器人运动精度、提高镜面面型质量具有重要意义。同时,也可为其他工程背景下并/混联机构的动态性能改善和运动精度保障提供理论和试验参考。该论文共有图79幅,表18个,参考文献178篇。