本课题来源于南京某医药机械公司的项目。主要研究开发两种直线式连续灌装机构，一种是凸轮灌装机构，另一种是3R灌装机械臂，解决了直线式灌装机的连续高效灌装问题。灌装机械臂是直线式灌装机的关键部件，用于带动灌装头完成在线同步灌装。灌装机械臂性能的优良直接决定灌装机的可靠性，对灌装系统的稳定性至关重要。本文研究分析凸轮灌装机构的动力特性，并利用三次多项式逼近海赛（Heaviside）阶跃函数规划灌装头运动轨迹，优化凸轮轮廓。通过建立3R灌装臂的运动学和动力学方程，对其运动和动力特性进行分析，并利用综合优化策略对灌装机械臂的主要参数进行优化。通过分析控制系统的要求，选择合适的驱动元器件，并编写控制程序。本文研究的主要内容与结论如下：1、针对凸轮灌装机构，根据灌装头的运动轨迹，在ADAMS中求解平面凸轮和空间凸轮的轮廓曲线，然后在PRO/E中绘制平面凸轮和空间凸轮，再将其导入ADAMS中进行动力学仿真。结果表明：该凸轮机构的动力特性不理想，影响设备的使用寿命。因此，对灌装头运动轨迹进行优化，改善平面凸轮以及空间凸轮轮廓曲线，再次进行动力学仿真，分析结果表明：该机构受力变化连续，不存在冲击。根据动力学分析结果，将其中关键部件受力情况导出，对其进行力学分析，结果表明：在运动过程的最大受力情况下，各个杆件均能满足强度要求。2、针对3R灌装机械臂，根据灌装机械臂运动学关系，建立了3R灌装机械臂的运动学方程，对系统进行运动学仿真，得到各关节电机的驱动曲线；根据拉格朗日方程，建立灌装机械臂的动力学方程，进行动力学仿真，得到各关节的驱动力矩。建立了灌装机械臂参数化动力学模型和数学优化模型，对其主要参数进行优化。通过优化得到了机构主要参数的最优值，结果表明：此优化方法方便、可行。3、针对3R灌装机械臂，通过分析控制系统要求，选择各关节驱动电机、减速器及其伺服驱动元器件，搭建伺服控制系统；根据各关节驱动曲线，编写控制程序。