机器人以其高精度、高效率、低成本和可扩展性等优势正被广泛应用到工业领域。然而串联机器入的结构弱刚性问题成为影响其末端定位精度及加工动态性能的首要因素。本文应用机器人的自运动特性,针对附加第七轴的机器人加工系统刚度性能优化进行了研究。以KUKA KR360-2机器人为研究对象,基于D-H方法建立了机器人运动学模型。使用微分变换和矢量积两种方法求解了机器人雅克比矩阵,并对机器人的奇异性、灵巧性和特征长度等运动学性能指标进行了分析。在对机器人操作臂进行一般静力分析的基础上,得出了力和力矩的坐标变换公式。在连杆刚性假定下,忽略补偿刚度矩阵的作用,建立了机器人静刚度模型。引入了刚度性能评价指标：刚度矩阵瑞利商和刚度椭球,最后通过试验验证了刚度性能评价指标的正确性及合理性。基于传统刚度映射模型,借助激光跟踪仪及测力仪等实验设备进行了多组关节刚度辨识实验,经分析计算获得关节刚度数值。进行了一组验证试验,对于关节刚度数值的准确性进行了验证。最后,在加工位姿及关节角度约束下,以机器人末端刚度椭球沿工件曲面主法矢方向的半轴长度最大化为优化目标,采用遗传算法进行机器人姿态优化。设计了一组试验用于测量机器人在位姿优化前后的变形,分析结果表明该种优化方法对于提高机器人定位精度和改善机器人加工性能具有重要意义。