堆垛机械臂广泛应用于生产制造领域,高速、高精度和高负重比是堆垛机械臂亟待解决的应用需求。工业堆垛机械臂伺服层级控制系统未曾考虑关节柔性和连杆柔性因素,所以无法抑制机械臂在启停阶段出现的残余振动。本文针对堆垛机械臂柔性因素所导致的残余振动问题,从堆垛机械臂设计及优化、柔性传动系统动力学建模及振动特性分析、关节运动规划和输入整形方法抑制残余振动等方面进行理论和实验研究。工业机械臂的应用场景复杂,伺服层级控制系统被封装以保障运行的安全性,难以进行动力学算法开发调试。本文结合工业机械臂的结构特点和算法调试需求,设计搭建了堆垛机械臂实验平台,对组成结构的尺寸形状进行设计,并基于遗传算法优化臂杆尺寸;利用Adams仿真分析各关节极限负载工况下的力学特性,在此基础上选型动力元件,利用Ansys拓扑优化轻量化臂杆,提高了机械臂负重比和使用效率;采用以DSP为核心的控制器设计搭建了机械臂控制系统,便于Simulink与硬件对接。机械臂各关节具有相对独立的传动系统,从关节空间入手,对柔性关节刚性臂杆、刚性关节柔性臂杆及柔性关节柔性臂杆三种柔性传动系统分别进行建模研究。采用Spong扭簧模型描述柔性关节变形,采用Euler-Bernoulli梁模型描述柔性连杆变形,基于拉格朗日动力学方程建立动力学模型,利用Matlab仿真分析柔性参数与残余振动特性之间的关系,并从传递函数角度讨论了不同类别柔性系统的结构特点,为残余振动抑制方法研究提供理论指导。从关节空间着手,采用五次B样条曲线规划堆垛过程中多路径点间运动轨迹,与工业上常用的梯形速度规划方式相比,运动全程加速度与急动度光滑连续,有效抑制对柔性系统造成的振动冲击;基于输入整形技术对柔性系统输入信号进行卷积整定,通过对消柔性系统振荡极点构造典型ZV、EI、ZVD整形器,仿真分析了抑振效果和鲁棒性,采用随机时滞（TO）整形器优化抑振时间,分析了脉冲作用时间的选用方法。两种方法均能结合现有的关节伺服系统进行使用,具有较好的工业应用前景。基于所设计搭建的轻型堆垛机械臂进行伺服系统参数整定及残余振动抑制实验,分别在电机力矩模式和速度模式下验证了五次B样条关节运动规划和输入整形抑制残余振动的有效性。实验结果表明,所提出的振动抑制方法可将残余振动幅值缩小90%以上。该论文有图74幅,表14个,参考文献118篇。