纤维复合材料由于其高比强度、高比模量、耐烧蚀和抗侵蚀等一系列优点已经成为现代大型飞机的主要结构用材,我国启动的大飞机项目中明确规定要大量使用纤维复合材料,因此飞机复合材料零件的“高性能”制造是我们亟待解决的问题。纤维铺放技术是实现复合材料高性能制造的重要手段之一,同时也是近年来发展最快、最有效的先进制造技术。纤维铺放机器人技术通过带有一个铺放头的机器人去加工预浸纤维丝制作复合材料部件,提供了许多传统纤维铺放技术所没有的重要的功能和优势。此外,机械手的使用增加了纤维铺放过程的柔性,同时允许制造更复杂的结构。本论文主要对机器人纤维铺放系统结构设计、铺放控制系统设计、铺放轨迹规划等关键技术进行了研究。为了提高铺放设备的加工能力,特别是为了实现复杂型面管状零件的加工,研制了七自由度纤维铺放机器人系统,该系统由六自由度机器人、旋转的主轴和纱架三部分组成。六自由度机器人带有铺放头,铺放头安装在手腕末端,能够独立控制各路丝束的夹紧、重送和切断。旋转的主轴增加一个自由度,可以铺放复杂型面管状零件。纱架具有张力控制装置,对张力进行精确控制。研究了开放式结构的机器人纤维铺放控制系统,该控制系统包括运动控制、丝束控制和张力控制三个部分。运动控制采用IPC和PMAC开放式结构,控制着8轴的运动。即机器人的6轴,重送电机轴和芯模的转动轴。丝束控制采用PMAC内置PLC,通过光电隔离输出电路控制外部电磁阀进而对气缸进行控制。丝束张力控制系统采用PLC作为主控制器,交流伺服电机作为张力执行元件。研究了两种铺放轨迹规划方法,即基于仿真的纤维路径自动生成技术和基于传感的轮廓线跟踪技术的方法。其中前者基于CAD仿真和建模而建立标记点,后者基于传感器的反馈而调整压辊的位置。本论文通过对上述纤维铺放机器人关键技术的研究,设计了机器人纤维铺放系统。相信对于提高我国高性能复合材料制品的制造水平,推动航空航天及军工领域的发展起着重要的作用。