设施农业作为现代农业发展史上的一次革命，是衡量一个国家农业现代化水平的重要标志之一。而设施农业自动化的实现，将大幅度提高设施农业的生产效率。近年来，在设施农业物流自动化领域的研究中，大多数学者着眼于解决大型温室内大面积苗盘的物流搬运问题，关于植物工厂物流装备方面的研究尚少，现有的装备也存在着移动灵活性差、定位精度低等问题。
　　本文以江苏大学植物工厂为背景，针对立体栽培式植物工厂内的栽培板物流问题，对物流系统方案及其关键部件进行了设计和分析。主要研究内容如下：
　　（1）物流系统总体方案及关键部件的设计。首先，根据植物工厂的实际作业环境和物流作业要求，对基于AGV移动底盘的物流系统进行总体方案的设计和工作流程的梳理。其次，结合作业对象，对底盘和机械臂的设计要求和设计思路进行整理，并以此为依据对以上关键部件进行结构设计、原理阐述和传动件选型。
　　（2）搬运机械臂的运动分析。首先，根据物流搬运机械臂在工作负载下的轨迹仿真，验证定位方案的可行性。其次，通过对机械臂各级板材的理论强度计算，提出一种基于机械臂板材厚度参数化建模下的动力学仿真的板材厚度优化方法，利用此方法确定螺栓孔危险截面下的板材许用厚度最小值。
　　（3）搬运机械臂的有限元与模态分析。首先，根据有限元分析的校核，厚度优化后机械臂在工况下的应力表现符合强度要求。其次，基于结构轻量化原则，对存在明显用料过裕的机构进行开孔方案的有限元优化，综合考虑最大应力、综合位移、重量和加工难度等因素优选开孔方案。最后，为避免应力较大区域和振幅较大区域重合从而导致结构变形，对机械臂各级机构进行模态分析，结合静力学分析结果对各级机构的结构提出改进方案。
　　（4）搬运机械臂的试验研究。首先，为验证模态分析的可靠性，通过模态试验得到了机械臂各级机构的振动特性。对比可知，有限元模态分析和模态试验得到的前三阶振型基本一致，有限元计算与试验结果的相对误差最大值为13.59%，其余均小于12%，该结果验证了模态分析结果的可靠性。其次，为了满足定位精度的要求，进行了不同作业高度下的定位精度测量试验。由试验结果可知，当作业高度分别为0.4m、1.2m、2.0m和2.8m时，X方向上的位移误差平均值依次为0.5mm、-0.2mm、0.7mm和0.5mm，Y方向上的位移误差平均值依次为1.9mm、3.7mm、5.1mm和5.7mm，Z方向上的位移误差平均值依次为4.0mm、5.9mm、7.1mm和8.2mm。为了探究作业高度对三个方向上位移精度的影响，进行了方差分析，结果表明，作业高度对XYZ三个方向上的定位误差的影响均较为显著。这表明，随着作业高度的增加，定位精度会随之降低，最大误差值在机械臂整体运动误差所允许的范围之内。通过对试验结果的分析研究，验证了物流机械臂设计方案的可行性。