机器人以其高精度、高灵活性、高可靠性、可编程性以及富有竞争力的成本等诸多优点,在工业领域中的应用越来越广泛。然而串联机器人本身存在结构弱刚性问题,加工中易出现颤振问题,影响加工质量。本文重点研究机器人姿态与末端操作刚度之间的关系,优化给定打磨工况下的机器人系统加工刚度。本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)以ABB公司的IRB6700机器人为研究对象,借助钛合金打磨项目,介绍了机器人打磨系统的组成,推导出该结构类型机器人的运动学方程。采用坐标前置的D-H方法推导出了该结构类型机器人正运动学方程,利用分离变量的方法得到该结构类型机器人的逆运动学解。利用矢量积法和微分变换法求得该型号机器人雅可比矩阵,为机器人刚度矩阵的建立奠定基础。对上述推导结果在solidworks、matlab以及robotstudio等软件中进行验证,证明推导结果的正确性。(2)建立打磨机器人刚度模型及任务空间。在机器人关节刚度简化的基础上,建立了机器人传统静刚度模型。在机器人末端刀具点上建立刀具坐标系,进而推导出刀具坐标系与机器人基坐标系之间的变换关系,将刀具受力转换到法兰坐标系原点上并在基坐标系下进行描述。探讨机器人末端位置可达任务空间及机器人末端姿态可达任务空间,建立了机器人姿态可达判断模型。在姿态可达判断基础上,建立机器人给定姿态下可行解求解模型,在matlab软件中编写算法对可行解求解模型进行求解,借助robotstudio软件验证了求解模型的正确性,为机器人的姿态优化算法做准备。(3)探讨机器人加工刚度性能并进行优化。研究柔度矩阵各部分对机器人末端变形的影响,找出影响最大的因素,进而简化柔度矩阵。在简化柔度矩阵的基础上,深入研究机器人笛卡尔柔度椭球,得到机器人末端操作刚度的各向异性,找出变形矢量与力矢量之间的关系在操作空间中的分布情况。以柔度椭球体积为刚度性能评价指标,讨论了机器人位姿反解对末端操作刚度的影响情况。对于特定加工工况,在已知操作力的基础上,提出了操作力方向的加工刚度性能指标。以刚度性能指标为优化目标,建立了单位姿点最优反解配置优化模型以及考虑加工冗余的单位姿点姿态优化模型。在单位姿点优化基础上,通过优化机器人加工轨迹上的多个目标点,得到机器人轨迹打磨优化模型。在matlab软件中编写算法对上述优化模型进行求解,得到了机器人给定目标点下的优化姿态。对优化前后的结果在ANSYS软件中进行仿真,分析变形云图以及应力云图验证了优化结果的正确性。采用姿态优化的方法提高机器人加工刚度,不需要改变机器人的本体结构,只需要在离线编程或者在线试教时改变各目标点的关节配置。分析结果表明优化后的末端操作刚度提高了,这对于提高机器人的加工精度、减小加工颤振以及改善加工质量具有重要指导意义。