在经济和产业转型升级过程中,随着技术成熟和制造成本的降低,工业机器人被广泛应用于实际生产中,大规模地解放了生产力,提升了企业的综合实力。在纺织行业,受工作环境和成本制约,以及人口老龄化速度加快,劳动力结构性短缺矛盾日趋严重,研发和应用更换搬运棉桶的机器人是当务之急。本文结合纺织车间实际情况,设计了重载搬运机器人和AGV协同作业的复合机器人,并对重载搬运机器人重点分析,进行了机器人结构概述、动力学分析与仿真、位置控制系统参数整定及工作性能实地测试。结合机器人技术参数和工作流程,确定了机器人总体设计,分析了其结构特点;基于拉格朗日方法推导了机器人动力学方程,指出了惯量项、加速度项和重力项等系数对控制系统的影响;总结了与机器人构件质量、几何长度相关综合物理量,从机械设计的角度分析了通过减小综合物理量的方式提升动力学性能,并提出了结合其他平衡方式来改善系统动平衡。为实现机器人稳定运行与精度提高,依据集中参数法推导了传动系统动力学方程;基于PID控制思想建立了关键轴伺服系统方程,分析了机器人独立关节位置控制系统模型;运用MATLAB软件进行系统仿真,利用阶跃响应曲线与试凑法对整定及优化系统参数;基于整定后的参数,研究了系统阶跃响应和位置控制跟踪误差特征规律。为验证机器人结构设计的合理性和电机选择的正确性,采用ADAMS对机器人关键部件的运行动态特性与末端位移特征曲线进行仿真,分析了关键部件运行过程中误差波动及行成原因;通过模拟机器人典型工况下的作业受力情况,考察分析了关键部件的峰值力矩特征规律;依据机器人关节位置控制系统模型,建立了联合仿真平台,并对机械结构及控制系统性能进行了测试。为进一步验证机器人设计的合理性和可靠性,搭建复合机器人实验样机;结合理论分析和在线调整技术进行伺服系统调参,参照工业机器人安全实施规范和调试说明对控制系统进行了联调,实地测试了机器人稳定运行状态;依据测试标准测试了机器人的位置距离重复性,其结果与行业标准基本吻合,并提出了影响机器人精度的主要因素。本文在参考国内外文献和前人研究的基础上,重点研究了自主研发的重载搬运复合机器人,分析重载搬运机器人结构特征;通过机器人动力学分析,提出了机器人动力学性能提升途径;通过阶跃响应曲线和试凑法,对位置控制系统参数进行了整定优化;通过对机器人动力学与控制系统仿真,验证机器人结构设计的合理性和电机选型的正确性;通过系统调试与性能测试,表明机器人设计功能与运行技术达到了行业标准,具有一定工程实践指导意义。