当前,在巨型平板材料的生产线中,码垛机器人在物料堆垛和装卸的工位上的应用日渐普及。随着对生产要求的不断提高和安全生产意识的逐渐重视,传统的码垛机器人必须具备更强的负载能力和更稳定的动态性能。因此,本文针对课题项目的实际产线要求和性能指标,对重载码垛机器人展开设计和结构优化的研究工作。本学位论文以重载码垛机器人设计与结构优化作为主要研究内容,根据项目设计指标和生产线应用需求,旨在开发一台能够完成下抓取巨型平板玻璃的重载码垛机器人系统,主要完成了以下工作:首先,根据设计要求和产线布局,完成了对重载码垛机器人的机构设计与传动方案设计,创新性地利用涡卷弹簧设计了一款大臂平衡装置。紧接着,展开了机器人的运动学和动力学分析,在机构数学模型的基础上,分析机器人的码垛空间,验证了重载码垛作业的布局规划方案。其次,本文着重介绍了重载码垛机器人的力学性能研究和仿真方法。包括静力学分析、动力学分析与仿真和整机模态分析等。其中,对重载码垛机器人的承载部件进行了静力学分析,得到了各部件的静态主应力分布和变形分布图。紧接着,完成了重载码垛机器人虚拟样机的建立,通过刚体动力学仿真为驱动元件和传动元件提供了精确选型。进一步地,通过刚柔耦合动力学仿真,充分掌握了在动态的码垛工况中机器人末端关键点的瞬态变形和振动特性。更进一步地,对整机的主要典型姿态进行模态分析,得到了该整机各典型姿态的各阶固有频率和振型,以及对应的应力和变形分布情况,为结构优化和抑振减振提供了坚实的参考依据。然后,对重载码垛机器人的各主要部件进行了结构优化设计。通过对各设计变量的灵敏度分析和对优化对象的响应面分析,准确确定了结构理论最优解,并给出了工程最优解下各部件的优化结果。最后,全面考虑了对执行器定位精度的不利因素,并建立了执行器定位误差的数学模型,得到了传动元件精度与执行器定位精度的理论关系,为实际工程中的误差补偿提供了理论依据。