喷涂机器人在灵活性、喷涂质量、喷涂效率以及涂料利用率方面都具有很大的优势,在汽车涂装领域占据重要的地位。针对汽车面涂在漆膜厚度、漆膜均匀性方面的严格要求,单纯的考虑静态力下的结构优化设计不能很好的满足喷涂工艺的要求。为了进一步的提高轨迹精度与喷涂质量,有必要将喷涂过程中动态力对末端变形的影响考虑在内,对喷涂机器人本体结构进行动态力作用下的结构拓扑优化设计。本文以自主研发的7R 6-DOF喷涂机器人为研究对象,采用D-H参数法建立了喷涂机器人运动学模型,基于实际喷涂机器人样机质量和惯量属性,利用Newton-Euler法建立了机器人的动力学模型并编写了MATLAB程序。利用ADAMS软件动力学仿真分析间接验证了程序的正确性,为后续计算各个杆件惯性力和力矩提供了理论依据和计算方法。然后基于汽车真实喷涂示教点,通过位置插值和姿态插值的方法得到了汽车顶盖、前机盖和车门处的连续喷涂轨迹。基于六自由度运动学逆解求得各个关节随时间变化的角度、角速度和角加速度。最后利用先前编写的MATLAB程序计算出机器人喷涂运动过程中各个杆件惯性力和力矩的大小和方向。根据喷涂区域、机器人位姿以及惯性力和力矩方向的不同,分别研究了顶盖、前机盖和车门三种工况,发现在相邻轨迹转弯处惯性力和力矩较大,故在相邻轨迹转弯处选择若干个位姿点并利用ABAQUS软件定量计算整机末端变形情况,以末端总变形量最大为判断依据分别在顶盖、前机盖和车门处选择一处危险工况作为后续结果拓扑优化设计的典型工况。最后利用Hyper Works软件对典型工况下机器人的小臂、大臂和腰部进行动态力作用下的结构拓扑优化和模型重建。为了扩大优化变量的求解空间,对待优化零部件内部进行填充作为初始结构,以典型工况下的静态变形为约束条件,以体积分数最小化为目标函数,依次对小臂、大臂和腰部进行了动态力作用下的结构拓扑优化和三维模型重建。通过对比优化前后各部件和整机的末端变形以及整机前五阶固有频率,动态性能得到进一步的提高,结构更加完善。