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大型非球面机器人研抛技术研究（硕士学位论文），说明书共85页。
摘要
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，大型非球面零件需求量与日俱增。为了满足对大型非球面零件的质量和数量的要求，实现高效率、低成本加工方法，突破传统的研磨、抛光光学零件加工方法和开发新的超精密研抛加工工艺已成为大型复杂光学非球面制造领域迫切需要解决的难题。
机器人研抛系统是实现大口径光学非球面研抛自动化的一种有效手段，可以以高质量、低成本的途径完成光学元件的热点精密加工，特别适合于纳米精度的大口径激光金属非球面反射镜、大型非球面模具等回转轴对称光学元件的制造。但是机器人加工系统存在位移伺服耦合现象严重、位置与压力控制交互关系非线性问题突出等难题，这将严重影响大型非球面机器人研抛系统的研抛加工效率和研抛加工质量。本文将基于柔顺控制原理，进行机器人运动控制研究、设计能够在线处理力/位控制非线性交互关系的研抛工具系统及其控制系统，分析大型非球面柔顺研抛机理，以实现大型非球面的仿人柔顺研抛。
本论文的研究工作包括以下几部分：
(1) 机器人运动轨迹规划：利用 D-H 表示法建立 Motoman-hp20d 机器人运动学方程模型，推导出末端执行元件的逆运动学解；依据运动轨迹直线插补算法，求解各个关节的转动角度，再将各关节转动角度转换成脉冲信号；利用 matlab 软件编程，拟合各关节脉冲信号变化曲线，构建脉冲信号变化数学模型，以便简化 INFORMⅢ语言编程及提高运动轨迹的定位精度。
(2) 大型非球面机器人研抛系统的构建：一方面根据 Preston 假设，大型非球面机器人研抛系统要实现研抛压力、研抛速度以及驻留时间有效控制；另一方面大型非球面机器人研抛系统要解决在研抛大型非球面零件加工时工具头的力-位-姿耦合问题，提高机器人研抛系统中工具头力-位-姿混合适应性控制性能。
(3) 利用几何运算，构建机器人研抛的运动学模型和力学模型，描绘大型非球面机器人研抛速度以及研抛压力分布情况，分析大型非球面机器人研抛系统的稳定性。
(4) 在实验中规划机器人研抛工艺，分析不同参数下的实验结果，并验证大型非球面机器人研抛系统的可行性以及价值。
关键词：大型非球面；机器人抛光；轨迹规划；运动学模型；力学模型

目 录
1 绪论 1
11 课题研究的背景及意义 1
12 光学非球面抛光技术概述 3
13 机器人抛光技术概述 6
14 本文主要研究内容 8
2 机器人运动轨迹规划 10
21 机器人控制技术 10
22 机器人运动学逆解 11
221 机器人运动学模型的建立 11
222 求解机器人关节(S,L,U)角度 θ
223 求解机器人关节(R,B,T)角度 θ
23 脉冲信号的处理 17
231 求解机器人各个关节的脉冲信号值 17
232 构建脉冲信号值的数学模型 19
24 机器人语言的编程 20
25 本章小结 21
3 大型非球面机器人研抛技术 22
31 机器人研抛系统 22
32 用于机器人研抛的工具系统 23
321 研抛工具设计 24
322 气压伺服系统 26
33 研抛参数的物理实现 27
34 本章小结 28
4 大型非球面机器人研抛加工的运动学研究 29
41 研抛盘接触区域的几何特征 29
42 大型非球面机器人研抛加工速度的分布规律 33
421 大型非球面机器人研抛加工运动学建模 33
425 研抛加工主运动速度
43 机器人研抛过程运动学模型的简化 38
44 本章小结 42
5 大型非球面机器人研抛加工的动力学研究 43
51 研抛盘变形量的分布规律 43
511 工件曲面与研抛盘接触区域内点 P 处的变形量 43
512 工件曲面与研抛盘接触区域内曲线 L 上的变形量 45
513 待研抛工件与研抛盘接触区域内的总变形量 48
52 研抛接触压应力 49
521 接触压应力模型 49
522 接触压应力分布规律 51
523 研抛盘的倾覆力矩 53
524 边缘区域研抛接触压应力变化 53
53 研抛滑动摩擦力 55
531 研抛滑动摩擦力分布规律 55
532 研抛盘的扭矩 57
533 滑动摩擦力在工件曲面梯度方向的分布规律 59
54 本章小结 61
6 机器人研抛实验研究 62
61 机器人研抛工艺设计 62
62 机器人研抛实验过程 63
63 实验结果分析 65
64 本章小结 68
7 结论与展望 69
71 结论 69
72 展望 70
参考文献71