喷涂机器人具有柔性大、喷涂质量和材料使用率高、易操作和维护、设备利用率高等特点,已广泛应用在汽车、建材、家电等领域。我国喷涂机器人研发存在结构可靠性差和定位精度低等问题,研制出的产品性能不稳定,结构部件使用寿命低,喷涂作业不达标,直接影响了喷涂机器人的应用与发展。因此,针对喷涂机器人存在的这些问题,本文以喷涂机器人关键部件机械臂为研究对象,运用有限元法、拓扑优化和摄动法,开展关键部件静力学分析,大臂轻量化设计,末端静态位姿误差分析的研究,验证了关键部件的强度和刚度,实现了大臂的轻量化设计,得到了角度参数误差是影响末端位姿误差的重要因素的结论,提高了结构的可靠性和定位精度,对喷涂机器人性能的提升起到了很好的促进作用。本文开展的主要工作如下:(1)喷涂机器人关键部件的静力学分析。基于有限元分析法,对喷涂机器人的关键部件进行静力学分析,建立了喷涂机器人的底座、腰部、大臂等关键部件的三维模型,使用ADAMS仿真分析,获得喷涂机械臂的最大力及扭矩参数;结合实际工况与ADAMS分析结果,建立基于ABAQUS仿真平台的喷涂机械臂静力学分析模型,对腰部、大臂等机械臂的关键部件进行了刚度及强度分析,结果表明结构满足设计要求。(2)机器人大臂轻量化设计方法研究。基于最优化理论,采用Opti Struct求解器,以大臂最小柔软度为优化目标,大臂的体积为约束条件,以划分出的优化区域为设计变量,建立了机器人大臂的优化数学模型,并对大臂进行轻量化设计。根据计算得到拓扑优化结构图,对大臂进行二次设计,并利用ABAQUS检验其刚度及其强度。结果表明,在满足大臂刚度和强度的条件下,优化后的机器人大臂质量减轻了6.26KG,优化效果显著。(3)喷涂机器人的末端静态位姿误差分析。分析了喷涂机器人末端误差产生的原因,建立了机器人运动学D-H模型。依据空间坐标变换原理和所建立的D-H模型创建了摄动法误差模型,运用MATLAB数学软件对位置误差和姿态误差进行了仿真分析。得到了各个因素对位置误差和姿态误差的影响曲线,并得出角度参数误差是影响末端位姿误差的主要因素,并且结构角参数误差影响更大,为喷涂机器人末端精度的提高提供了理论基础。