随着工业机器人应用技术的不断发展,如何实现高精度、高效率的切削加工已经成为目前工业机器人切削应用中的主要研究内容。针对工业机器人刚度不足,在铣削加工过程中会产生机器人的切削加工变形和振动,导致加工误差并降低机器人切削加工质量的问题,本文以MOTOMAN UP50机器人(以下简称UP50型机器人)为研究对象,建立机器人虚拟样机模型,对虚拟样机的运动学特性、动力学特性以及振动特性展开研究,并通过仿真实验分析机器人在铣削加工过程中末端执行器铣刀的切入角度对铣削力和振动特性的影响情况。本文主要研究内容及结果如下:(1)机器人运动学特性的研究。以上述UP50型机器人为研究对象,首先,建立其运动学模型,求解其正逆解并基于MATLAB进行正逆解仿真分析验证;其次,对该机器人的速度和加速度以及机器人的雅克比矩阵进行研究和分析,并进行求解和验证;最后,基于MATLAB,对机器人进行运动学仿真分析,求解各关节的角位移、角速度和角加速度。(2)机器人动力学特性的研究。在运动学的基础上,首先对连杆的速度、加速度进行分析,并研究连杆静力平衡和刚体转动惯量问题;其次,基于上述机器人在铣削加工过程中的动力学状况对铣削加工质量的影响研究需要,应用Newton-Euler法建立机器人逆向动力学方程;最后,以UP50型铣削机器人为研究对象,计算验证动力学方程的正确性。(3)机器人振动特性的研究。将UP50机器人看作一个全柔性机械臂,首先,采用假设模态法建立机械臂系统的动力学模型;其次,基于Euler-Bernoulli梁假设建立梁的横向振动偏微分方程,并用质点系相对于动点的动量矩定理建立机械臂关节的动力学方程;最后,通过求解机械臂系统的特征方程,得到系统的振动频率。(4)仿真实验分析及验证。首先,以上一部分中建立的机械臂理论振动方程为仿真实验基础,基于MATLAB理论编程和ANSYS仿真实验分析验证所建立的机械臂理论振动方程的正确性;其次,以UP50型机器人为研究对象,根据规定的铣削路径进行铣削加工时,在保证进给速度、铣削深度、刀具直径等铣削参数一定的情况下,以预先规划好的机器人末端铣刀铣削切入角度的变化为实验条件,分别进行铣削力仿真实验和铣削过程振动特性仿真实验,其目的在于分析机器人末端执行器铣削刀具切入角度对铣削力和系统振动特性的影响。本文重点针对工业机器人在铣削加工过程中的运动学、动力学以及振动特性进行分析,为工业机器人切削加工领域的振动控制研究提供理论依据。