随着自动化技术的发展,工业机器人以其高效、低成本、重复性好等优点,在汽车制造、电子电气和航空航天等现代工业生产中得到了广泛的应用。在这些应用中,运动精度作为关键的性能指标,是工业机器人完成操作任务的重要保证。然而,由于工业机器人结构中制造误差、关节间隙、弹性变形等不确定性因素的影响,末端执行器实际的运动远未达到高精度、高可靠的性能要求。因此,精确地分析和评估工业机器人的运动精度可靠性,是确保其在工作过程中准确、可靠运行的重要保障,对工业机器人的精度设计也具有实际的指导意义。考虑到工业机器人生产和运行过程中,除了因自然变异性而存在的随机不确定性外,往往还包括一些因特征不完全认识的认知不确定性,这时仅靠单一的数学模型难以实现有效的运动精度不确定性分析。为此,本文针对混合不确定性下工业机器人运动精度可靠性分析与优化设计展开研究。主要内容和成果如下:（1）研究了随机不确定性下工业机器人定位精度可靠性分析方法。对于多自由度工业机器人,根据其运动学模型建立的定位精度极限状态函数通常是高度非线性的,这时采用传统的一阶可靠度法来处理可能面临收敛速度慢、甚至不收敛问题。为此,本文基于有限步长法和Armijo线搜索技术提出了一种高效、稳定的定位精度失效概率计算方法。该方法一方面通过引入具有有限步长的灵敏系数增强了收敛性能,另一方面通过构建基于Armijo线搜索技术的优化方法和自适应步长策略提高了计算效率。（2）提出了基于微分运动学和鞍点近似法的定位精度可靠性分析方法。考虑到一阶可靠度法在处理高度非线性定位精度可靠性模型上仍存在准确性不高问题,本文首先基于微分运动学和误差传播理论建立位置误差函数,重新构建了定位精度的运动学可靠性模型,以此避免复杂非线性函数引起的可靠性分析不稳定性。然后,根据位置误差模型推导了位置误差分布参数的解析表达式,并结合特征分解技术建立了位置误差的累积量生成函数。从而运用鞍点近似法计算了定位精度的可靠性分析结果。（3）研究了混合随机和区间不确定性的定位精度可靠性分析方法。在实际应用中,易面临因信息有限而只能确定运动学参数范围的情况。这时随机和区间不确定性的同时存在,使得基于概率论的定位精度随机不确定性分析方法难以应用。对此,本文提出了一种混合随机和区间变量的定位精度可靠性分析框架。首先,通过在每个设计点搜索过程中同时进行区间分析和概率分析,建立了混合可靠性模型的单循环计算策略。随后针对区间分析提出了一种基于混合共轭梯度方向和有效集的投影梯度法,并在概率分析中引入混合共轭梯度方向和自适应有限步长提高了计算效率。最后在所得设计点的基础上,开发了基于响应面的鞍点近似法以提高定位精度混合可靠性分析的准确性。（4）建立了基于轨迹精度可靠性的工业机器人优化设计方法。现有的精度优化设计方法大多研究的是以工作点或其单坐标分量为概率约束的公差分配,而很少关注工业机器人运行轨迹的可靠性水平。在本文中,构建了以轨迹精度可靠性为约束,同时考虑制造成本和质量损失的精度优化设计模型。为了高效、准确地求解优化模型,针对内层的轨迹精度可靠性分析,在混合随机和区间不确定性等效模型上提出了基于稀疏网格积分和鞍点近似的失效概率计算方法。进而在外层结合遗传算法实现了运动学参数公差分配方案的优化设计。