随着物流行业的飞速发展,仅靠人工搬运来对货物码垛已经不能满足人们的需求。近些年,码垛机器人已经应用于各行各业逐步替代了人工码垛,很大程度地减轻了劳动强度并且节约了劳动成本,对我国经济的发展具有重要的意义。本文设计了一款以袋装物体为抓取对象、以厢式货车为码垛对象的机器人,它与以往的基于托盘和生产线上的码垛机器人不同,它主要由伸缩臂和码垛机械手组成,即可以实现对货物的传输又可以完成对厢式货车的自动码垛功能。首先,本文在明确了码垛机器人的工作要求和基本性能参数的前提下,对伸缩臂、码垛机械手和驱动方式进行了选型,完成了码垛机器人整体结构方案设计。对伸缩臂工作过程中存在的高度差问题和电动滚筒在伸缩臂内部的安装问题进行了讨论。确定了码垛机器人的各关节驱动方案并且完成各关节驱动部件的选型计算工作。其次,根据码垛机器人结构尺寸参数,用D-H法建立了码垛机器人连杆坐标系并通过连杆间参数建立了运动学方程,求解了运动学正解和逆解,为后续对码垛机器人控制工作做准备。建立了码垛机器人虚拟样机模型,运用ADAMS软件对其进行动力学仿真分析,分别得出码垛机器人各关节力矩和耗功情况以及各关键零部件的受力情况,验证了所选电机及减速机的合理性。然后,运用ANSYS Workbench软件对伸缩臂和码垛机械手零部件进行刚度和强度校核,验证了结构设计的合理性。对码垛机器人伸长和缩回两个姿态进行了模态分析,得出其固有频率和振型,通过对激振源频率的计算分析,证明了码垛机器人不会发生共振现象。最后,以伸缩臂各臂节厚度和臂节间搭接量为设计变量,对伸缩臂进行了结构优化设计。通过结构优化设计减小了伸缩臂整体重量,提高了伸缩臂刚度和强度。然后,在此基础上对伸缩臂进行拓扑优化设计,对比分析四种不同优化方案,最后确定最优方案。通过对伸缩臂进行拓扑优化设计,达到了减小码垛机器人整体重量,提高了力学性能的目的。