工业机器人近年来在制造业、物流等领域已经获得比较广泛的应用。在纺织业，随着工业4.0、智能制造发展的需要，纺织业劳动密集型现状，以及纺织车间较高的温湿度与噪音环境较差，一种用于前纺阶段棉桶更换搬运作业的装备呼之欲出。文献资料研究表明，妥善解决这类技术问题原理方法未见报道。本文提出了一种由 AGV与棉桶搬运机器人（Cotton Barrel Handling Robot，CBHR）组合一体的复合机器人（Composite Wheel and Handling Robot，CWHR）的设计方案，解决了前纺各工序棉桶更换、供应运输问题。考虑复合机器人在棉纺车间移动作业的灵活性，棉桶搬运机器人选用四轴关节型机器人，并开展了运动学建模、控制系统的设计、以及系统的实验与分析的工作。　　以复合机器人为研究对象，根据作业工艺的需要，建立了作业平面坐标系；采用D-H算法建立抓握棉桶运动数学模型，计算CBHR的运动学变换矩阵进而求得正反解；运用MTALAB仿真软件，获得CBHR作业空间，使结果直观性更强，可根据空间富余量优化CBHR的结构参数；为进一步验证设计结构的合理性，利用Robotics toolbox工具箱建立CBHR运动学模型，进行轨迹规划仿真；运动学仿真具有缩短开发周期、降低研发成本等优势，对于首台样机前期设计尤为重要。　　在参考国内外文献资料及工程实例的基础上，分析CBHR系统工作特点，提出了“PLC+上位机组态”控制系统的设计方案；在对CBHR驱动系统计算选型的基础上，对控制系统的关键硬件设计并着重解决了电气控制系统I/O分配、接线、参数设置等问题；本着“自动为主，手动为辅”的控制设计原则，编写PLC程序并仿真运行验证其正确性；考虑到复合机器人移动作业的特殊性，采用移动式控制终端搭载组态软件的方式，通过组态界面可实时观测系统运行状态、参数以及实现系统的远程控制。　　为进一步验证本课题设计方案，搭建了CBHR实验平台，经不断地调试运行，确定自动控制系统中运动、伺服增益参数，对移动控制终端、末端执行器的轨迹运动、与AGV通讯作业等功能进行测试以及在此基础上与卡诺普机器人专用控制系统比较。实验结果表明：CBHR可实现棉桶更换搬运动作和与AGV协同作业，与专业控制器相比作业效率相差不大。整体系统方案成本低、开发简单，运行简洁可靠，人机交互方便，数存取安全便捷，达到了设计目的。　　针对纺织业前纺各工序棉桶供应运输的问题，首次提出了CWHR的设计方案，采用D-H算法建立运动学模型，仿真求解CBHR的运动空间以及轨迹规划，理论上验证结构设计的合理性。在对CBHR的驱动系统选型计算的基础上，提出了一整套控制与可视化监控方案，搭建了实验平台，并对移动式控制终端、搬运轨迹、与 AGV通讯等关键技术进行重点研究与实验。通过运行与调试其结果验证控制系统的合理性，实现棉纺车间棉桶更换搬运的自动化作业，缓解了纺织行业劳动密集的现状，改善了工人作业的环境，解决了“用工荒”的问题。