随着“中国制造2025”战略的提出,以人工智能为代表的新一代技术升级不断演进,正对中国劳动力市场产生不可估量的影响。砌墙作为最繁重的建筑劳动之一,砌墙机器人的出现是着眼于建筑行业的发展趋势,满足行业未来发展需求,结合智能制造理念,设计的高端智能建筑施工装备。而现有砌墙机器人在工作任务中运动速率快,易造成机器人关节在启停工作时的冲击,运动稳定性较差。所以本文以砌墙机器人为研究对象,在机器人结构、运动特性分析的基础上,对时间最优轨迹优化及结构优化进行研究,主要提出了一种最优轨迹生成算法,用于生成砌墙机器人的时间最优平滑运动轨迹,在保证砌墙机器人运动平稳性的前提下,实现高效率的砌墙作业。论文具体完成的工作以及研究成果如下:第一,借助Solid Works对砌墙机器人进行三维建模,研究其结构特性、工艺流程、运行特性。建立D-H参数模型,进行正、逆运动学分析,再采用Matlab进行仿真分析,验证运动分析的正确性,研究了砌墙机器人的三维工作空间运动情况,确保其能良好地完成砌墙任务,也为后续研究轨迹规划奠定理论基础。第二,在研究机器人轨迹规划基本算法的基础上,根据砌墙机器人工作任务,运用逆运动学求解获得该机器人的时间-位置序列,分别采用七次样条插值函数和五次非均匀B样条插值函数进行详细轨迹规划,基于此提出了7-B-7轨迹规划方法,并仿真得到砌墙机器人各关节速度、加速度以及加加速度曲线。结果表明,机器人各关节的运动学曲线连续平滑无突变,提高了砌墙机器人的运动稳定性。第三,为进一步提高砌墙机器人的工作效率,基于7-B-7轨迹规划分别利用改进遗传算法和改进粒子群算法进行时间最优的轨迹优化研究。建立时间最优数学模型,对其进行运动约束约束,利用Matlab得到砌墙机器人最优运行时间及各个关节运动轨迹曲线。仿真结果表明,优化后砌墙机器人的工作效率基于改进遗传算法提高了22.75%,基于改进粒子群算法提高21.42%,且关节运动轨迹曲线均连续平滑,无突变,加加速度曲线峰值也有降低,减小了砌墙机器人工作运行过程中的冲击振动,确保了机器人的稳定高效作业。第四,利用Workbench软件,以砌墙机器人码墙机械手升降连接板的关键尺寸作为设计变量参数,以减小最大等效应力、减小整体变形及整体结构轻量化为优化方向,实施尺寸优化研究。并通过响应面分析,得到各参数间的关系,寻求到了最优设计参数值。结果显示在满足强度、刚度要求下,砌墙机器人结构尺寸参数更加合理,能充分发挥其工作性能,实现整体结构的轻量化。