目前,老年退行性疾病和慢性疾病带来的各种疼痛已成为困扰老年人的主要病痛之一,其中又以老年腰腿疼痛最为普遍和严重,中医按摩是缓解老年人腰腿疼痛的首选手段。但按摩是一项异常繁重的体力劳动,且按摩的疗效与按摩师的水平与经验密切相关(施力的大小、方向、位置、穴位、频率等对治疗效果影响很大),因此中医按摩作为最洁净的理疗方法无法得到广泛的推广。为此本文在国家863项目的支持下,对按摩机械臂进行了设计和研究,提出将并联按摩头与串联机械臂配合使用,共同完成按摩动作,利用机械臂可以将按摩终端送达准确的按摩位置,提高其按摩的精度。论文主要工作有:　　 第一,对按、滚、振、揉四种按摩手法进行了运动学和动力学分析,完成以上全部手法的按摩机器人必须具备五个自由度,提出利用混联结构共同完成按摩动作的总体方案,采用串联机械臂提供基本的按摩位置和姿态,机械臂的末端安装并联的按摩执行机构完成具体按摩手法。完成了按摩机械臂和手腕的机构选型,确定6R关节型的机械臂,利用三维实体建模软件Pro／e建立机械臂的实体样机模型。　　 第二,运用D-H法建立了按摩机械臂运动学模型,并对正运动学及逆运动学分别进行了求解并进行了正反解的验证。由于逆解的多解性,提出了引入臂形标志对逆解进行了优化。利用ADAMS虚拟仿真软件进行运动学仿真获得机械臂运行的相应参数,仿真结果表明机械臂的运动学方程解完全正确。　　 第三,利用拉格朗日方程法建立了机械臂动力学方程,仿真得到机械臂在三种工况下关节角输出与所需驱动力矩的关系,可作为关节驱动电机和减速器选择的重要依据。提出了利用质量平衡法使臂杆重心尽可能地落在支点上,从而提高机械臂的整体动态性能。　　 第四,用有限元软件ANSYS12.0里Workbench模块对按摩机械臂进行了拓扑优化,提出了两种初步优化方案,分别对这两种方案进行了静力分析和模态分析的对比,进一步优选。对最终优选的机械臂进行了弹性动力学的分析,得出其应力和应变云图及自振周期、频率和振型。从模态振型可以看出,大部分振动均源于各关节处,因此应加强各关节处的联接刚度,为后续结构改进奠定了相应的基础。　　 最后,基于图解法进行按摩机械臂工作空间分析,得出选型时大小臂长度相等的结论,从而完成了对机械臂的尺寸优化；基于蒙特卡洛原理,通过MATLAB编程对按摩机械臂的工作空间进行了数值解的描绘。分析了机械臂的奇异位形,仿真得出机械臂的边界奇异位形和内部奇异位形对应的机械臂姿态和末端点的轨迹。对由静态误差引起的机械臂末端位姿误差作了分析,建立了机械臂的静态位姿误差分析模型,计算结果表明:角度参数误差对机械臂末端位姿误差的影响比较大,在设计和安装机械臂时,应尽量减小机械臂角度参数的误差。