随着劳动力成本日益上升,以及“中国制造2025”计划的不断推进,高效环保的柔性化智能制造已成为中国制造业的主流发展方向,作为柔性化智能制造的关键,重载桁架机器人在工业领域大放异彩,能够起到解放劳动力、降低企业生产成本、提高工作效率的重要作用。由于国内工业机器人研究起步较晚,在设计制造方面仍与国外存在较大差距,另外缺乏深入的理论计算机优化设计分析。因此为了提高重载桁架机器人的工作性能,需要对其进行系统动力学分析及控制策略分析。本文总结了目前重载桁架机器人的动态特性及轨迹规划方向的研究现状,根据重载桁架机器人现有的结构模型,为提高重载桁架机器人在实际工作过程中的动态性能,作了理论分析、仿真分析及试验等三方面研究。首先,根据重载桁架机器人的电机控制方式,分析并比较了三种常见的速度控制方式对重载桁架机器人动态特性的影响,得出了五次多项式速度控制方式在重载桁架机器人运动过程中的动态冲击最小。其次对传统的五次多项式速度方程的缺陷进行优化分析,采用分段方法,将电机的最大速度和最大加速度作为约束,重新推导出优化后的五次多项式速度方程。接着为了提高重载桁架机器人的定位精度,提出一种基于模糊PID的控制策略,并利用MATLAB进行轨迹跟随仿真,仿真结果表明模糊PID控制可有效地提高重载桁架机器人的运动精度。再次,通过建立不同的重载桁架机器人刚柔耦合模型,分析了在不同工作速度下桁架机器人的动态特性,并确定了横梁变形为主要影响因素,需将重载桁架机器人的最大速度控制在600mm/s以内。最后,通过有限元仿真分析与模态试验相结合的方法,对重载桁架机器人进行系统动力学特性分析,同时对比仿真结果与试验数据,验证了仿真的准确性。