近些年计算机产业和智能化的不断创新,使得重载机械臂逐渐实现自动化、轻型化以及精确化,重载机械臂被广泛应用于矿山机械以及航天、军工领域中,是一种多功能领域工作装置。其工作环境通常比较恶劣,结构设计的优劣以及动力学性能对整机的性能发挥有着至关重要的影响。本文研究对象是七自由度重载机械臂,要求能够满足最大夹持负载不小于3000kg、额定负载下最大运动速度不小于0.2m/s和末端重复定位精度优于0.4mm的要求,面向重工和航天领域进行应用验证并形成产业化,主要研究内容如下:（1）结合实际生产情况考虑,针对重载机械臂的动作要求以及行程范围,初步确定了机械臂的整体尺寸,针对机械臂的关键结构进行了详细设计,并在Solid Works完成装配;考虑到机械臂的细长杆件以及基座会发生弹性变形,利用ADAMS/Flex插件对几个关键部件柔性化建模,最终得到了机械臂的刚柔混合模型。（2）根据机器人运动学基本原理,利用D-H法建立机械臂参数坐标,采用矩阵计算出末端位姿向量,得到了机械臂D-H参数。根据参数在robotics工具箱中建立七自由度机器臂模型并对理论模型进行验证,在验证正确的基础上利用蒙特卡洛法对机械臂末端工作空间求解,得到到了重载机械臂末端执行机构的活动空间,范围是沿X（-1200,1200）,Y（-800,1000）,Z（-800,1200）三个坐标方向围成的一个椭球体区域。（3）基于刚柔耦合系统动力学理论,以Spong模型为基础对重载机械臂的关节和臂杆柔性建立了简化模型,在只考虑它的轴向变形量和纵向变形量的前提下,采用假设模态法对两个方向上的振动完成数学分析,结合凯恩方程法得到了七自由度刚柔耦合机械臂的动力学方程,最终在ADAMS中完成刚柔耦合机械臂的仿真分析。为比较刚性体系统与柔性系统的区别,在后处理界面中可以对两个模型进行分析完成机械臂关节受力以及末端位移的数据处理。（4）为提高机械臂末端输出效率,在ADAMS/View模块中对重载机械臂参数化建模,根据机械臂的运动要求,为机械臂的关节编制驱动函数并建立末端输出功率测量,经过几次迭代仿真后分析参数敏感度大小进而判断出对结果影响较大的几组变量,优化前后最大功率以及设计变量均发生了变化,最大功率相对于优化前增加了28.1%,参数敏感度变量DV＿1增加了10%,DV₂增加了12.2%,DV₄增加了10.08%,DV₆相对于优化前减少了10.1%左右,最终优化效果显著。