机器人精度和结构的合理性是机器人性能评价标准的重要因素。通过数字化手段对机器人进行动、静力学分析能够有效地查找出机器人的设计缺陷,再对设计缺陷结构进行优化改进不仅能够提高结构的合理性,还能在一定程度上提高机器人的精度。而机器人参数标定能消除机器人零件设计、制造以及装配过程中导致的绝大部分误差,从而实现机器人精度的大幅提高。本文采用ADAMS、ANSYS以及MATLAB等软件对某型号六自由度焊接机器人各结构件进行了动、静力学、模态分析以及进行多方法协同结构优化,在确保设计的合理性之后,分析了机器人的误差来源,并且建立了机器人误差辨识模型并且进行标定与补偿,提高了机器人的定位精度。主要结论如下:(1)分析了机器人各关节的结构以及传动方式,并在ADAMS中建立了数字样机。通过ADAMS进行动力学分析,获得机器人腕部、小臂、小臂固定座、大臂以及转座在转动过程中的受力曲线以及扭矩曲线,确定机器人各关节危险位置的关节角以及危险位置时的受力以及扭矩。(2)在ANSYS软件中建立机器人各构件的有限元模型,将机器人各关节处于危险位置时的受力以及扭矩作为约束,分别对机器人腕部、小臂、小臂固定座、大臂以及转座进行了静力学分析,获得机器人各关节在危险位置时的应力、应变以及变形云图。并在此基础上,对机器人腕部、小臂、小臂固定座、大臂以及转座进行模态分析,得到各构件约束模态下的前六阶固有频率与振型图,并分析了机器人各构件的共振状态。其中小臂固定座三阶固有频率为657.44Hz,与小臂六阶固有频率665.39Hz相近,且两者振型均为Y轴方向的摆动,判断出两者之间存在共振现象。(4)基于静力学与模态分析的结果,对该款机器人小臂进行了形状优化,再通过正交试验统计法得出形状优化中添加的加强筋参数的对小臂变形量的影响,采用岭回归模型对正交试验中各因素与小臂变形量的关系进行分析,得到小臂变形量与各因素之间的回归方程,再通过多目标优化求解最优参数。以最优参数得到优化模型,与未优化之前相比,小臂变形量下降了15.9%。采用变密度材料插值法对腕部、大臂、转座零件进行了拓扑优化,在零件强度与刚度充足的情况下使得腕部零件质量下降18.14%,大臂质量下降6.67%,转座质量下降1.70%,并且优化后相邻零件固有频率之间差值显著增大,使各构件之间避免了共振。(5)分析了机器人的定位误差来源,并通过D-H法建立机器人的运动模型,得到机器人参数误差与末端执行器的绝对距离之间的映射关系,通过PSO算法对D-H参数误差进行辨识,标定后机器人的定位误差减小了3/4。