铝具有良好的耐蚀性、导电性和易加工性,是极为重要的基础工业原材料。近年国家对环境污染异常重视,提出清洁生产、降低能源消耗、增加单位产能等一系列方针政策。电解铝产业迫切要求更高效的铝锭连铸生产线,生产链上各项工作环节都应满足高效原则,以生产线末端铝锭层的搬运和堆垛环节为例,层码垛机器人工作的稳定性和搬运速度的快慢直接影响了整个生产线效率的提升。为了确保机器人能够可靠的用于人类的生产活动,评价高速重载机器人在正常运行过程中的动态性能显得尤为重要。本文以MPL300高速重载码垛机器人为研究对象,主要研究内容与成果如下:首先对机器人运动学分析方法做了简单描述,用平面运动分析方法(图解法)和齐次坐标变换法建立了该码垛机器人运动学方程,随后依据机器人的齐次坐标轴变换矩阵,得出机器人雅克比矩阵,对机器人作业空间灵活性进行了评价,结果显示该机器人灵活性相对较高,可满足日常使用要求。其次,推导出整个机器人系统的刚柔耦合动力学模型。以柔性梁的运动学方程为基础,把码垛机器人看成刚柔耦合体,对刚性体子部件和柔性体子部件分别进行了动力学分析,用拉格朗日方法又结合了系统动量守恒定律建立了码垛机器人刚柔耦合动力学模型。然后,运用动力学仿真软件ADAMS分别对机器人进行刚性和刚柔耦合仿真。分析了码垛机器人在一个工作循环内的运动过程,对比了机器人刚性和刚柔耦合状态下手腕末端点处的位移、速度和加速度图像。仿真结果表明:传统的刚体运动学的分析方法已经不能满足实际要求,在大范围搬运过程中,由于速度和负载大小的影响,机器人小臂杆件可能会发生柔性变形,对末端执行器的运动精度有较大影响,用刚柔耦合方法模拟机器人的实际工况显得更加直观与准确。最后,对码垛机器人关键部件的动态性能进行了分析。先对机器人的手腕、大臂、小臂在负载状态下进行静力学分析;以静力学的计算结果为边界条件,对大臂和小臂部件进行有限元分析;然后进行相应模态分析得到关键部件低阶模态频率和振型,找出冲击振动时易引起部件结构变形的薄弱环节,为进一步优化设计该码垛机器人关键部件提供了可靠的理论支持。本文通过对铝锭连铸生产线末端的码垛机器人关键部件进行相关的力学计算及整机的数字模拟仿真,分析了系统的相关动力学特性,为进一步对码垛机器人的设计和优化提供相关数据支撑。