大力发展工业机器人产业是目前我国制造业转型的关键。然而,与发达国家相比,我国六关节轴(6-DOF)工业机器人占比不足6%且多应用于精度所需不高的场合。工作空间与灵巧性是工业机器人运动学的重要指标,也是对工业机器人进行控制的基础。尚未见到针对常见6-DOF工业机器人工作空间与灵巧性分析及其应用开展的系统、通用的研究。本文针对三款有代表性的6-DOF工业机器人,对其工作空间与灵巧性的分析及其应用开展系统研究,并且研究的方法可应用于任意6-DOF工业机器人上。首先,对IRB6650S、UR5、Stanford这三款有代表性且构形不同的工业机器人,采用D-H建模方法,建立了正运动学模型;采用Newton Laphson迭代法为6-DOF工业机器人建立了通用的逆运动学模型。其次,用MATLAB编程实现了基于蒙特卡罗算法的工作空间分析与基于服务球理论的灵活度、灵活工作空间和灵活姿态空间的分析。以工作空间与灵巧性为指标,对比评价了不同构形与尺寸参数对工业机器人运动学的影响。再次,建立了GUI图形化界面。在工程实践中,只需在图形化界面输入任何6-DOF工业机器人的所需参数,即可得到相应的工作空间与灵活工作空间、灵活姿态空间,方便现场工程技术人员分析。最后,以工作空间与灵巧性为约束条件,采用遗传算法,对不同构形的6-DOF工业机器人进行构形优化设计,对相同构形的机器人进行尺寸参数优化设计。