随着中国工业化的高速发展以及人们对产品的要求越来越个性化、微小化,人们对小型工业机器人的需求也越来越迫切。由于现在国内市场上主要是国外品牌的大型机械手,对轻型机械臂的研究甚少。所以,本文研究的目的是研制出一款高负重/自重比、智能以及容易操作的小型工业机器人,使其广泛地应用于食品、电子和医疗等行业。该课题研究的主要内容包括:设计五轴串联工业机器人的整体结构;结合现有的小型机器人和传统机器人的结构设计,并对比平行四边形机器人与串联关节结构机器人的结构的优缺点,提出了一个小型五轴机器人的整体结构设计方案,并基于Solidworks对其完成了建模。机器人运动学分析以及对驱动装置和传动机构的选型。本文首先通过雅克比矩阵的逆运算实现对机器人各关节的最大角速度的求解,并通过静力学分析估算出各个关节能承受的最大力矩,以此为依据,对电机和传动装置进行了选型;然后,通过利用Matlab软件下的Robotics Toolbox对五轴机器人进行了建模,并对正、逆运动学进行仿真分析,从而获得了执行器末端运动空间轨迹图。机器人的动力学分析。首先基于拉格朗日动力学方法得到机器人的拉格朗日函数;然后利用虚拟样机技术,将在Solidworks建立的机器人简化模型导入ADAMS中,对机器人进行动力学仿真分析,得到机器人各个关节的力矩、速度和角加速度等的运动曲线图。机器人薄弱零部件的有限元分析。首先通过传统力学知识计算出机器人电机传动轴的结构尺寸,然后基于ANSYS对设计的小型五轴串联机械手的薄弱部位进行有限元仿真分析,由此得到关键部件的应力和位移分布云图,从而验证设计的零部件能否满足刚度的要求;最后,对于不符合要求的零部件再进行修改。本文主要通过机器人结构的优化、材料的选择和器件的选型来减轻系统的质量,因此,本文设计的机器人与传统机器人相比,具有结构简单、质量轻、价格低、易于控制等优点。