随着“中国制造2025”规划的不断推进,智能制造成为中国制造业转型升级的主攻方向,而工业机器人在产业转型升级过程中起到重要作用,其应用也越来越广泛。桁架式工业机器人作为柔性智能制造生产线的关键组成部分,起到串联自动加工设备、提高生产效率的重要作用。其结构的合理性直接会影响整个生产线的运行及产品质量的稳定,但由于国产工业机器人在设计制造方面与国外仍有较大差距,在设计阶段缺乏深入的理论计算及优化设计分析。所以为提高其工作性能,采用现代先进的分析及设计方法对机器人结构进行分析优化具有十分重要的意义。本文总结了国内外工业机器人发展及相关研究现状,结合桁架机器人本体自身结构特点,以探讨桁架机器人工作过程中的动态响应及结构薄弱环节为目的,进行了理论、仿真分析及实验研究。首先,针对桁架机器人典型工况,建立基于RecurDyn的刚柔耦合动力学模型,分析横梁、滑台等结构的柔性对末端执行器运动轨迹精度的影响。其次,针对桁架机器人末端质量在横梁上水平移动过程中,其整个系统的动态响应随着载荷位置的不断移动而变化,建立桁架机器人耦合时变系统动力学模型,研究移动末端质量以不同初速度及加速度运动的情况下,横梁的动力响应及挠度变化。再次,通过有限元仿真分析与监测实验相结合的方法对桁架机器人的结构及典型工况进行分析,运用Matlab进行加速度信号的频域积分处理,分析了负载及速度对桁架机器人工作性能的影响,并确立了横梁作为结构优化对象并提出了结构的改进建议。最后,制定桁架机器人结构优化方案,进行立柱结构的改进及横梁结构多目标尺寸优化设计,仿真分析表明桁架机器人的动态特性及结构刚度得到一定提升。