高质、高效、低成本的大型模具的生产制造为产业和学术界所关注,而作为其中关键环节的自由曲面的精整加工是其最重要的制造内容。本文在分析大型模具自由曲面研抛加工特点的基础上,首次提出并开发了一种以轮式移动微小机器人研抛大型自由曲面的研抛加工系统。微小机器人可以在大型自由曲面上灵活地移动,依据曲面的几何信息和工艺信息,在行进中进行研抛作业,从而实现了一种以小型设备加工大型自由曲面的新的学术构思和技术解决方案。针对所开发的微小研抛机器人同时具有非完整约束和完整约束的特点,建立了多体系统动力学模型,运动仿真结果表明,机器人具有良好的动态性能。在机器人运动的全局坐标系内建立了其运动学模型,利用机器人在坐标平面内的行走轨迹变化,得到了其运动学正逆关系,运动实验验证了机器人行走运动的准确性和稳定性。研究了机器人的运动轨迹规划问题,提出在微小研抛机器人进行加工时,主要应采用等距法运动轨迹规划方式完成大型自由曲面的加工任务。为实现机器人在曲面上的自动加工,建立了基于PMAC和IPC的双处理器开放式微小研抛机器人运动控制系统。进行了机器人的研抛加工实验,结果表明,工件表面粗糙度Ra值在原始的1.5μm ~ 1.6μm基础上可以达到0.1μm ~ 0.2μm。证实微小研抛机器人能够有效地实现对大型自由曲面的研抛加工,并可达到较理想的加工效果。