砌墙机器人是一种应用于建筑工地代替人工砌墙垒砖的机器人。使用砌墙机器人代替人工砌墙,不仅能够降低事故的发生概率,还能够提高工作效率。本论文主要对砌墙机器人进行设计和优化。该砌墙机器人主要包括机械手臂、送砖装置以及抹灰装置三大组成部分:其中机械手臂共有5个自由度以及机械手爪处一个局部自由度,能够非常灵活的抓取砖块,并完成涂抹水泥以及砌墙的动作,在机械手臂大臂与底座之间、大臂与小臂之间安装重力平衡装置,能够平衡大臂和小臂的部分重力矩,有效降低了对电机驱动力的需求;送砖装置能够将工人放在传送带上的砖块运送到指定的位置,等待机械手臂的抓取;抹灰装置在搅拌水泥的同时能够通过水泥管将水泥送到抹灰出口,通过机械手臂的旋转抓住砖块进行水泥的涂抹,并且因为抹灰出口是一个可伸缩的柔性装置,能够使砖块与水泥充分接触。本文根据砌墙机器人的负载能力和工作空间的要求,设计了砌墙机器人各个机械结构以及驱动方式,并对其进行了优化。首先通过SolidWorks软件对砌墙机器人进行整体的三维建模;然后利用MATLAB软件自带的求解函数对大臂和小臂上的重力平衡装置进行优化设计,获得重力平衡装置的最佳安装位置以及最合适的推力;随后对机械手臂进行运动学分析,运用MOD_D-H法建立机械手臂的运动学方程,在MATLAB中采用蒙特卡洛法对砌墙机器人机械手臂的工作空间进行分析研究;利用Workbench 14.0软件对砌墙机器人机械手臂的关键零部件进行静力学分析,获得相应的应力、应变以及总变形云图,检验零部件的可靠性,运用拉格朗日函数建立了机械手臂的动力学方程,随后利用ADAMS对砌墙机器人机械手臂进行动力学仿真,得到大臂和小臂驱动电机的力矩曲线图,为大臂和小臂驱动电机的选择提供了理论依据;最后利用机械手臂的运动学模型,采用五次多项式插值法求出机械手各个关节的轨迹方程,在ADAMS中对砌墙机器人机械手臂各个关节进行轨迹规划仿真,为进一步砌墙机器人实时控制提供了重要的参考。