机器人辅助轮带磨削是一种基于计算机控制光学成形技术的确定性加工方法，具有成本低、柔性好、智能程度高且操作空间大的优点，因此机器人辅助轮带磨削作为一种较低成本的高精度、多自由度加工方法逐渐受到关注。文中介绍了所设计的机器人辅助轮带磨削系统结构及其加工原理，装置通过气动系统进行输出压力的柔顺控制。研究了任意加工姿态下机器人辅助轮带磨削中的恒力加载问题，分析了轮带磨削工具悬臂组件重力分量对其末端输出接触力的影响，建立了末端执行器的重力分量模型，并提出了基于姿态传感器的重力补偿控制方法，能够实现0~63 N范围内的恒力控制，并且最大压力波动小于1.82%，重力补偿系统的响应时间小于300 ms，实现了轮带磨削工具在任意姿态下的恒力加载。最后，根据Hertz接触理论和Preston方程完成了磨削工具在工件接触区域内的压强分布和速度分布分析，建立了轮带磨削工具的去除函数模型，并对碳化硅曲面与硫化锌非球面进行修形磨削实验，验证了装置加工的稳定性。

反射镜是自由电子激光光束线中的重要光学元件，反射镜自重引起的面形误差会严重影响光束线的成像质量。为减小自重引起的面形误差，基于Bessel点理论提出了重力补偿方案，并设计了无应力夹持装置，利用有限元软件对该装置进行仿真分析。以尺寸为440 mm×50 mm×50 mm的反射镜为例进行分析，传统支撑方式下反射镜下表面面形误差为1.647 μrad，采用本文提出的夹持方案后面形误差降至0.085 7 μrad，优于工程指标0.1 μrad。为防止反射镜在工作模式切换时发生窜动，可对反射镜添加不超过2 N的微小夹持力，此时反射镜的面形误差为0.093 9 μrad。此外，还对装置进行了动力学分析，结果显示：该设计方案可有效防止装置存在较低的固有频率，在使用过程中不会产生共振现象，满足光束线的使用需求。