工业机器人在运行时产生的振动将降低其工作效率和疲劳寿命,如何抑制振动对提升机构的动态特性具有重要的指导意义。长期以来,研究人员致力于通过优化机构的材料参数以及减少运动件的质量,进而改善机构的动态性能。但二者均有一定的不足之处:前者会增大制造成本;而后者一直是行业的研究难点,至今还未能有效解决。在此情况下,将“多自由度可控机构”的理念引入机器人领域,通过将安装在关节处的电机、减速器移至机架上,进而较大程度地降低等效杆件质量和转动惯量。本文在可控机构式焊接机器人的基础上,就运动副间隙对机构动态特性及精度的影响展开研究,为后续样机优化、间隙补偿以及减振降噪提供了理论基础。具体研究如下:以工业生产中常用的焊接机器人为基础分析该类机器人的工作机理和工作过程,并据此提出焊接机器人的设计要求。基于约束综合法对动臂、连杆等杆件的结构形式进行分析,分析所有构型存在的可能性并结合设计要求筛选满足需求的构型。随后基于结构分析对构型进行改进并利用旋量理论校验其自由度。对可控机构式焊接机器人进行运动学分析,利用欧拉角变换法结合传递矩阵计算机器人位姿正逆解。对所得的位姿正解求导得到速度、加速度正解以及相应的雅可比矩阵,并利用蒙特卡洛法绘制工作空间投影图。然后着重考虑了对位姿影响较大的运动副关节位置建立含间隙机构模型,通过迭代求解得到由运动副间隙产生的位移误差曲线,采用改进的粒子群算法对其进行补偿并建立GUI界面讨论不同间隙值、驱动速度和优化系数对位姿误差的影响及补偿程度。对含间隙可控机构式焊接机器人进行动力学分析,使用第一类拉格朗日法分别构建理想机构与含间隙机构的动力学模型。通过分析约束方程、间隙力为动态性能的研究提供理论基础。对含间隙可控机构式焊接机器人进行动态特性研究,在ADAMS中建立理想模型和含间隙模型。通过设定间隙评价指标,就运动副间隙尺寸、位置、数目以及驱动速度对机构动态特性的影响进行分析。考虑到工程实践中运动副间隙的普遍存在性及其耦合作用的复杂性,对ADAMS进行二次开发,设计了一款含间隙可控机构式焊接机器人动态性能研究系统,基于该系统可对多间隙、不同间隙尺寸、不同驱动速度下机构的动态性能进行快速仿真,为间隙效应优化提供一定的参考。对含间隙可控机构式焊接机器人进行精度可靠性分析,基于蒙特卡洛法讨论了运动副间隙尺寸、位置和数目对机构精度可靠性的影响,并分别计算其可靠性指标,为预测和延长机构使用寿命提供了理论依据。