畜牧养殖业对人民群众菜篮子供应至关重要,如何高效、可靠地对养殖场栏舍进行清洗消毒,是畜牧养殖面临的一大难题。随着畜牧养殖的规模化,采用机器人清洗栏舍变得极为迫切。母猪分娩舍由于栏舍复杂,对机械臂末端的运动轨迹提出了更高的要求。针对这一问题,本文根据母猪分娩舍的特点和清洗要求,提出一种拟人化五自由度畜牧养殖清洗机械臂构型。基于该构型,先进行运动学分析和轨迹规划研究,然后进行整体结构设计和关键零部件变形分析,最后加工制造样机进行实验测试。具体内容如下:根据清洗工况的特点和作业要求,通过机械臂类型分析、自由度选择和关节设计,提出一种拟人化五自由度畜牧养殖清洗机械臂构型。基于该构型,建立运动学模型,分析其极易出现逆运动学无解的原因。基于自由度约束,提出一种关节角参数化结合接近矢量可行方向的逆运动学求解方法,并通过路径规划进行仿真分析,结果显示规划路径和理论路径吻合,证明该方法的可行性和精确性。建立轨迹的路径参数结合时间参数的模型,分别进行正弦速度曲线、正弦速度曲线结合“5-3”混合多项式插值的笛卡尔空间轨迹规划。并对圆弧轨迹规划进行仿真分析,结果表明实际路径与规划路径吻合,各关节变化较为平稳。采用“3-5-3”混合多项式插值进行关节空间轨迹规划,首先以时间最优为优化目标,然后结合各关节的速度、加速度约束,建立目标优化模型,最后提出基于粒子群算法的时间最优轨迹规划实现方法。结果表明,优化后的总运行时间下降47.87%。以机械臂灵活性为优化目标,采用遗传算法对机械臂的连杆尺寸参数进行优化设计,结果表明,基臂和小臂的长度越小且伸缩臂的伸缩长度越大时,机械臂越灵活,但实际设计时需要兼顾整体性能。对机械臂进行整体结构设计,并分析关键零部件的变形。静力学仿真分析结果显示,小臂内管和伸缩臂的变形量分别为3.76 mm和1.16 mm,机械臂整体变形量为6.54 mm,满足实际使用要求。在关节变量轨迹跟踪实验中,在机械臂空载和负载（10 MPa出水压力）运行时末端执行器的最大误差分别为0.039 mm和0.288mm。在定位精度测试实验中,机械臂的重复定位精度为1.97 mm,绝对定位精度为5.51mm。示教复现轨迹的最大误差为3.24 mm。以上数据结果均满足工况设计使用要求。