工业机器人具有成本较低、灵活性好、智能化程度高的优点,在飞机装配制造领域得到了越来越广泛的应用,而现代飞机对性能和寿命的高标准,相应地对飞机装配质量提出了更严格的要求,但串联机器人结构弱刚性的固有特点,使其存在加工过程中的变形问题,这往往会导致系统加工精度不够以及加工质量不达标,甚至还会出现颤振的情况。因此,获取机器人静刚度参数,分析机器人工作空间内的刚度性能并研究改善的优化方法,对于保证机器人系统作业稳定性,改善系统加工质量具有重要意义。针对这一点,本文以钻铆机器人为对象,开展了机器人静刚度建模及参数获取、工作空间内刚度性能分析、基于刚度性能的位姿优化等内容的研究。首先,结合修正版的DH参数法和坐标系的齐次变换原理,建立了钻铆机器人的运动学模型,并使用Matlab中的机器人工具箱验证了模型的正确性。推导了机器人运动学正解,采用微分变换法构造了机器人雅克比矩阵,根据机器人雅克比矩阵,在假定连杆刚性的条件下,得到机器人关节刚度与末端操作刚度的映射关系,最终建立了机器人静刚度模型,并得出机器人操作刚度与位姿相关的结论。其次,使用激光跟踪仪与六维测力仪等高精度测量设备,设计并完成了机器人关节刚度辨识实验,通过对实验数据的处理,获取了机器人静刚度参数即关节刚度值,并用额外的两组数据对机器人末端受力时的变形情况作出了预测,经过与实际变形进行对比发现能够较好地吻合,从而验证了所辨识出静刚度参数即关节刚度值的有效性与准确性。然后,分析了操作刚度矩阵的性质,并介绍了矩阵瑞利熵、变形椭球和力椭球三种刚度性能评价指标,采用蒙特卡洛法仿真得到了机器人工作空间,并以变形椭球和力椭球参数为刚度性能指标,仿真得到了机器人工作空间内刚度性能云图,从而为指导机器人作业选择最优刚度性能区域给出参考。最后,以机器人刚度性能最优为目标,结合机器人钻铆系统作业时的位姿约束条件,建立了基于机器人刚度性能的位姿优化问题的数学模型,采用粒子群算法对优化问题进行了求解,并结合具体的算例,证明了通过优化机器人的位姿,实现了增强机器人刚度性能的目的,这对保证机器人系统作业稳定性和改善系统加工质量具有重要意义。