本文密切结合大型复杂构件机器人化现场加工装备自主创新的需求,研究一种新型五轴混联机器人——Tri Mule的数控关键技术,涉及运动学与刚体动力学建模,无奇异刀具路径规划、考虑关节力与关节运动耦合效应的并联机构控制器参数离线整定及在线自适应模糊调节等研究内容。本文目的旨在为自主开发这种高性能机器人的数控系统奠定重要的技术基础。全文取得了如下创造性成果:在运动学和刚体动力学建模方面,建立了Tri Mule机器人的位置、速度、加速度和刚体动力学的规格化模型。提出了可避免机械干涉和有利于扩大作业空间的位置逆解筛选方法,以及具有较高解算效率的位置正解半解析解法。用显式格式揭示出该机器人中三自由度并联机构关节力与关节运动呈强耦合的关系。上述工作为这种新型混联机器人的运动控制提供了核心算法,并为刀具路径规划和控制器参数整定算法的计算机仿真提供了必要的数学模型。在无奇异刀具路径规划方面,揭示出Tri Mule机器人奇异轴随位形变化,在奇异位形邻域内A/C摆角头的C轴和并联机构三条主动支链杆长发生突变的成因。据此,分别提出在关节空间和操作空间修正奇异刀具路径的有效方法,前者通过线性插值修改C轴转角使之连续,后者利用刀轴与奇异轴绕同轴反向旋转的特点,通过修正部分刀轨的B样条控制点来避免奇异。计算机仿真与物理样机实验结果表明,在奇异位形邻域内,利用上述方法修改后的关节指令光滑连续,可有效提高关节跟随精度并减小非线性加工误差。所提出的方法具有通用性,可用于含A/C摆角头其它构型混联机器人的无奇异刀具轨迹规划。在控制器参数离线整定方面,利用复合控制的不变性原理和所提出的刚体动力学模型,提出一种虑及Tri Mule机器人中三自由度并联机构关节力与关节运动耦合效应的控制策略,以及基于数据驱动的反馈与前馈控制器参数迭代整定方法。该方法仅涉及利用关节跟随误差的实测值来迭代更新控制器参数的修正量,而与被控对象的传递函数无关,还可有效解决辨识雅可比的病态问题。计算机仿真与物理样机实验结果表明,所提出的控制器参数整定算法具有良好的收敛性及轨迹外延性。与不考虑关节耦合效应的前馈控制相比,所提出方法可有效抑制机器人系统在高速运行时,因跨点力矩扰动引起的并联机构关节跟随误差。此外,研究结果还表明,当系统在低速运行时,无需考虑上述关节耦合效应。所提出方法具有通用性,可用于其它构型并联机构的控制器参数整定。在控制器参数自适应调节方面,针对Tri Mule机器人中三自由度并联机构关节负载惯量随位形变化的特点,提出一种反馈与前馈控制器参数模糊自适应调节方法。该方法首先通过聚类分析得到表征不同惯量等级的一组特征位形,然后构造与负载惯量变化规律相匹配的隶属度函数,进而利用在上述特征位形处整定的控制器参数,拟合出其在任务空间全域中的变化规律。仿真及物理样机实验结果表明:仅需8个特征位形的整定数据和在线计算得到的隶属度信息,便可实现三自由度并联机构驱动关节控制器参数在任务空间全域中的自动模糊调节。此外,研究结果还表明,当Tri Mule机器人在任务空间边界区域内工作时,并联机构驱动关节的负载惯量梯度变化较大。此时采用模糊自适应策略调节控制器参数有利于改善关节的跟随精度,否则采用在任务空间中心整定的控制器参数即可。上述研究成果已部分用于Tri Mule机器人的数控系统开发,对促进这种新型混联机器人的产品开发与工程应用具有重要的理论意义和工程实用价值。