随着我国经济飞速发展,工业机器人技术不断完善,码垛技术也得到了飞速发展。可控码垛机器人在各个领域被广泛应用。可控机构作为一种可以将控制、电传动、传统机构完美相结合的机电产品,不仅解决了传统机构速度低、柔性不足以及运动轨迹难控制等问题,而且其电传动功能解决了传统液压传动效率低、噪音高等缺点,因此可控机构成为了机构学研究热点之一。针对码垛机器人来说,传统的码垛机器人主要以串联式为主,其各关节处均装有驱动电机及减速器,导致码垛机器人关节笨重、转动惯量大、动态性能不理想。基于以上考虑,本文提出一种新型可控码垛机器人机构来弥补传统码垛机器人机构的不足,采用多个平行四边形连杆机构,将多个驱动电机、减速器安装在机架上,减少了机械臂的负重,避免了关节处刚性差和惯量大等问题,改善了机构的运动特性和动态性能,可以更好的实现码垛作业的工作要求。本文对提出的新型多自由度可控码垛机器人机构主要做了以下五个方面的内容。(1)叙述了传统码垛机器人的分类及特点,并且利用螺旋理论的修正G-K公式计算了机构的自由度。(2)根据闭环矢量法求出位置的正解和逆解得到运动学方程,求出码垛机器人机构的雅可比矩阵,列出了三种存在奇异性机构的位置,并根据蒙特卡洛求出其工作空间。最后利用Adams软件进行了正逆运动学仿真分析。(3)本章利用有限元法建立了新型多自由度可控码垛机器人机构的弹性动力学模型并对其进行深入研究。采用Wilson-θ法求解该新型码垛机器人机构的弹性动力响应,结合其低阶固有频率与振型的空间分布特征,对其动态特性设计问题进行初步探讨。(4)利用Ansys Workbench软件对新型多自由度可控码垛机器人机构进行了有限元分析,得出整体应力分布、总变形图以及各构件的应力云图,然后建立其适合的虚拟模型,对两个位姿分别开展模态仿真计算,得出相对应位姿下前六阶模态固有频率和振型云图,为新型多自由度可控码垛机器人机构的设计和改进提供了理论依据。(5)最后利用遗传算法理论对码垛机器人机构的截面参数进行动态优化设计,通过Matlab遗传算法工具箱进行仿真计算,得出各杆件截面参数的最优解,从而减轻了码垛机器人机构整体的重量,提高了机构系统使用寿命和其动态特性,对后续研究系统的稳定性提供了理论依据。