随着信息时代的到来,现代光学系统正朝着大口径、高精度、高分辨率的方向快速发展,其中光学镜面以优越的光学性能在国家安全和科学发展的战略性重大部署中均占据着重要地位。随着对光学镜面精度的要求日益增长,相关的光学镜面加工装备也在不断更新进步。在并联机构的基础上结合串联机构,使其兼具刚度高、响应速度快、累积误差小以及运动范围大等优点,更加适合用于大型光学镜面的加工。本文以一种三自由度并联机构和二自由度转头组成的混联机构作为光学镜面研抛机器人的主体,考虑到并联机构的运动精度对镜面加工质量有着重要的影响,因此本文研究了机器人并联部分的误差建模、精度设计、运动学参数标定以及针对运动精度等性能的尺度优化等方面的内容,并通过数值仿真和实验验证了所建立模型的准确性和研究方法的有效性。主要研究内容如下:(1)研究了研抛机器人并联部分的误差建模方法并进行了误差分离:首先,利用闭环矢量法对机器人的串并联部分进行运动学建模并对研抛盘位置进行求解;然后,在对并联部分中的球副进行优化的基础上,对机构中各个运动副内的几何误差源进行分析;最后,基于矢量法建立误差映射模型,并且实现模型中可补偿误差源与不可补偿误差源的分离,为后续对误差源进行精度分析以及对末端位姿误差进行补偿提供理论基础。(2)研究了研抛机器人并联部分的精度设计方法并进行了数值仿真:首先,将各几何误差源对末端位姿误差的影响程度进行分析并确定主要误差源,建立误差灵敏度模型,将动平台运动精度对各个误差源的敏感程度在设计空间内的分布情况进行定量分析;然后,对各几何误差进行随机采样,将其综合影响下的动平台误差值分布概率进行仿真分析,此外对动平台在设计空间内的最大误差分布情况进行仿真分析,为后续的研抛轨迹规划提供理论依据;最后,建立总体成本模型,基于量子粒子群优化算法对误差源进行精度综合研究,并利用蒙特卡洛模拟对几何误差源公差分配结果的合理性进行验证。(3)研究了研抛机器人并联部分的运动学参数标定方法并进行了实验验证:首先,根据几何误差源的分析以及可补偿误差源的分离结果,确定待标定的几何误差参数并建立标定模型;然后,通过实验测量多组动平台位姿,分别采用最小二乘法以及改进主元加权迭代法进行参数辨识,并对辨识的误差率进行对比分析;最后,基于参数辨识结果对动平台的位姿误差进行补偿,并通过MATLAB软件对标定前后的误差值进行仿真对比,验证了误差映射模型建立的准确性以及运动学标定方法的有效性。(4)研究了研抛机器人精度等运动学性能和动力学性能并以此为基础实现了多目标尺度优化:首先,定义运动灵巧度、位姿精度、驱动力矩以及惯量耦合强度等性能指标,对各项指标在设计空间内的变化规律进行仿真分析,并确定各项性能与机构尺寸参数的相关性;其次,在确定优化设计变量的基础上,根据工作空间分析结果以及各构件的尺度范围设置约束条件,并通过线性加权法建立多目标优化模型;然后,利用MATLAB的遗传算法工具箱对目标函数进行优化计算,获得令机器人运动性能最优的一组尺度参数;最后,根据机构的尺度优化结果,将优化前后的各项运动性能进行对比分析,验证了优化结果的准确性并为研抛机器人的设计工作提供理论依据。本论文共有图55幅,表14个,参考文献99篇。