随着机器人系统在加工制造领域的广泛应用,对其运动精度的要求也在逐步提高。传统的机器人控制器一般以减小跟踪误差为控制目标,即减小实际运动点到期望运动点的距离。但是在轮廓加工过程中,轮廓误差可以更加有效地衡量产品的加工质量。作为运动控制技术的重要组成部分,轮廓控制技术可以实现对系统轮廓精度的提升,因此本文将轮廓控制技术进行拓展以应用于机器人平台。交叉耦合控制方法是一种有效的轮廓控制算法,然而由于机器人系统的运动学关系一般为非线性的,导致交叉耦合控制不能直接应用于机器人系统,因此本文提出可以将位置环交叉耦合控制算法应用于机器人的轮廓控制中。在这种方法中,自由曲线的轮廓误差近似为实际运动位置到期望运动位置密切圆的距离,然后通过对参考位置输入信号的修正完成对轮廓误差的补偿。另外,为了进一步加强各运动轴间的协调性,本文提出在位置环交叉耦合控制结构的基础上,增加同步控制结构。对平面运动来说,工作空间的同步误差定义为各运动方向跟踪误差的差值。经过同步控制器后,同步控制算法设计直接在关节空间对同步误差进行补偿而不是工作空间,这样设计的目的也是为了可以更加直接地提高运动精度。为了验证所提方法的有效性,在不同速度下针对不同轨迹进行了大量实验,实验结果证明了该方法可以显著地提升机器人系统的轮廓精度。在实际应用中,对于整个加工过程会有轮廓误差最大值的限制,即要求整个运动过程中的轮廓误差始终在某个给定值以下。为了提高加工效率,采用适当的轨迹规划方法对运行速度进行调整就显得十分必要。因此,本文利用过去一个完整加工过程的轮廓误差信息对未来一段时间轮廓误差的变化进行预测,并结合当前时刻轮廓误差的值,提出了一种新的速度规划算法。通过对加减速阈值的调整,该方法可以实现在给定的轮廓误差限制下,进一步减小机器人运行时间以提高加工效率,实验结果也验证了该方法的有效性。