现有的码垛机器人以串联式为主,该类型机器人以工作灵活、工作空间大且成本较低而著称。但串联式结构要求将驱动电机安装在关节处,同时会增大机械臂整体质量和转动惯量,导致末端执行器发生振动;且串联式结构易于积累关节误差,不适用于精度较高的码垛工作。本文基于串联式码垛机器人在实际生产中的局限性,结合可控式机构和并联机构的理念,设计出一种新型码垛机器人,考虑将大多数驱动元件安装在机架上,不仅能减少机械臂自身负载,还可以改善整体力学性能,并为提高码垛机器人动静态性能提供一种设计思路。本文从以下几个方面展开研究工作:(1)基于开放副闭合法对码垛机器人进行型综合研究。从所得的40种运动链图中筛选出优选方案;以提高承载能力和运动精度为目的,对所得的构型进行改进,进而设计出一种新型可控码垛机器人;通过绘制环路模块图和计算自由度,验证设计的合理性。(2)对所设计的码垛机器人进行运动学分析。首先运用D-H法求解机器人的位姿正、逆解;其次采用复数向量法推导机器人的速度正、反解;随后采用MATLAB遍布法绘制机器人的理论工作空间;最后针对运动副间隙对机构运动学的影响进行分析,基于改进的粒子群算法,提出一种误差补偿方案。(3)考虑受力变化频繁的铰间间隙,对码垛机器人进行动力学分析。选取两种运动副间隙模型对码垛机器人进行建模:对于连续接触模型,利用拉格朗日法建立刚体动力学模型;对于三状态模型,利用含有拉格朗日乘子的牛顿欧拉法建立刚柔耦合动力学模型。根据码垛机器人实际工况,选定更合适工程实际的动力学模型进行分析。(4)对含间隙码垛机器人进行动态性能分析。将三维模型导入Adams中,通过ANSYS柔化动臂,建立含间隙刚柔耦合模型。设定间隙评价指标,分析不同驱动速度、间隙尺寸以及有无负载对机构动态性能的影响。(5)对含间隙码垛机器人进行强度与模态分析。将三维模型导入ANSYS Workbench中并划分网格,分别考虑负载时运动副间隙对机构应力应变的影响,以及有无运动副间隙对于机构固有频率、变形量以及振动扩散趋势的影响。为后续间隙优化、样机制作提供了理论依据。