喷涂机器人臂展大、需中空防爆,对精度和能耗都有较高要求,这些因素需要在结构设计阶段进行综合考虑。如何针对上述问题对机器人结构进行设计,确定合理的连杆结构,对提高喷涂机器人的综合性能具有重要意义。本文结合汽车喷涂机器人的设计需求,在分析影响机器人轨迹精度的因素的基础上,开展机器人结构优化设计研究工作。轨迹精度是衡量喷涂机器人性能的重要指标,直接影响到喷涂质量的优劣。对影响轨迹精度的关键因素进行分析,提出通过三个技术使机器人获得高水平轨迹精度:通过运动学标定提高机器人的绝对定位精度;根据轨迹精度的要求,限制机器人的最大静态变形;通过结构拓扑优化减少机器人质量,降低惯性力对轨迹精度的影响。文中给出了该设计理论的方法和具体流程,并着重对结构优化方面的工作进行了详细探索。建立机器人的喷涂任务空间,确定两种不同安装方式下的机器人在任务空间中的最大变形位置点,对末端位于该位置点时的机器人进行最大静态变形的限制,确保机器人在整个任务空间中都满足变形要求。使用有限元软件对处于最大变形位姿的机器人进行结构分析,确定各部件的变形贡献率,为后续优化确定方向。针对落地式安装时基座变形较大的问题,重新设计用于该安装方式的新基座。以最大静态变形为约束对机器人进行结构拓扑优化。通过对连杆和整机变形之间的关系进行分析,提出对细长结构采用位置变形约束,对箱体结构采用角度变形约束的优化方法,并进行变形分配。采用逆序的方法依次对机器人主要结构进行了拓扑优化,对优化概念模型进行合理解读,结合工艺要求完成模型重构工作。通过对比优化前后的整机静态变形和质量,验证使用本文方法可以实现在满足最大静态变形约束下,降低喷涂机器人整机质量的优化目标。