随着复合材料在工业化生产中的大量使用,为了提高产品的生产效率和复合材料的利用率,复合材料制品的自动化制造技术也随之产生。纤维增强塑料作为复合材料中的一种,具有质量轻,强度高,加工成形方便,抗腐蚀性能好,抗疲劳性能好等优点,其应用前景相当广泛,目前在工业化生产中得到了广泛的应用。纤维铺放技术是一种新型的复合材料自动化制造技术,它是通过铺放头压辊传递一定的正压力将纤维铺放在旋转芯模表面上形成复合材料壳体结构。纤维铺放技术特别适合于复杂曲面复合材料零件的加工。纤维铺放机的各个运动轴都是在数控系统控制下协同运动的,这样数控系统可以控制铺放机的铺放头到达空间的任意位置进行铺放。目前,纤维铺放技术在发达国家已广泛应用于航空航天领域,而国内对于该项技术的研究还处于起步阶段。近二十年来,机械手技术发展非常迅速,各种用途的机械手在各个领域广泛获得应用。我国在机械手的研究和应用上与发达国家相比还有一定的差距,因此,设计和研究各种用途的机械手,并推广机械手的应用十分重要。考虑到机械手的诸多优点,将其应用于纤维铺放领域是非常有现实意义的。本文结合项目的要求,设计了一种固定在移动装置上以实现移动的五自由度串联机械手臂。首先针对机械手臂的设计要求提出了多个方案,对其进行分析比较,选择其中最优的方案进行了结构设计。同时进行了运动学分析,用D-H方法建立了坐标变换矩阵,推算了运动方程的正、逆解。然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析,绘制了工作空间的轴剖图。这些工作为机械手的结构设计、运动控制提供了依据。本文完成了纤维铺放机械手臂的结构设计,利用Pro/ENGINEER的三维建模功能对所设计的零部件进行了三维实体建模和装配；利用Pro/ENGINEER中的机构模块进行了铺放机构的运动仿真,模拟机构的运动情况；利用有限元分析软件ANSYS进行了纤维铺放机构关键零部件的有限元分析,主要是对纤维铺放机中机械手的大臂和小臂进行结构有限元分析,即对大臂和小臂进行结构静力学分析,对大臂进行结构模态分析,得出分析结果并进行结果分析,找出机构设计的不足之处和缺陷。