随着“工业4.0”概念的提出,未来制造业的发展趋势已经逐渐向智能柔性制造转变,机器人作为先进制造设备必然会被广泛应用。传统工业机器人由于其功能单一、环境适应能力差等局限性而无法满足实际生产中的多样化需求。模块化可重构协作机器人依赖于模块化设计理念,可由作业需求的不同重构成不同构型的机器人,它解决了传统工业机器人的局限性,能够在非结构化的环境中完成各种变工况任务,大大降低了生产成本。本课题的主要研究目的是设计出一款模块化可重构协作机器人,使其广泛地应用于食品、教育和医疗等领域,主要研究内容如下:第一,模块化可重构协作机器人的结构设计。参考市场上现有的几款典型模块化协作机器人性能参数,结合本课题的实际工作需求,确定模块化可重构协作机器人的设计要求和设计指标,并确定机器人构型。完成机器人模块化关节的结构设计,最终完成机器人整机结构设计。第二,模块化可重构协作机器人的有限元分析。首先对机器人关键零部件及其整机进行静力学分析,分析其结构的可靠性。接着完成机器人关键零部件的轻量化结构优化设计。最后通过模态分析,研究机器人的振动特性,避免机器人结构设计可能产生的共振损害。第三,模块化可重构协作机器人的运动学和动力学分析。运用D-H法对机器人进行运动学建模,完成机器人的正逆运动学分析,通过MATLAB/Simulink完成仿真验证,验证其正确性。之后,基于ADAMS进行机器人的动力学仿真,分析机器人在运动过程中,机器人各个关节的运动参数的变化情况。第四,模块化可重构协作机器人的平台搭建及实验验证。搭建机器人关节机器人整机实验平台,完成机器人单关节和机器人整机运动控制实验,通过单关节的轨迹跟踪实验来验证机器人关节具备良好的跟踪性能,通过机器人整机在空间的正逆解运动控制实验,表明了机器人运动学算法的准确性。