近年来,随着科技的快速发展,社会生产力也随之大幅提升。现代制造业正面临着自动化程度越来越高,车间产品更新换代以及新产品需求量激增等趋势。在这种背景下,对装配系统的平衡和自动化装配领域中装配机器人的防碰撞研究逐渐成为装配领域的研究热点。装配系统平衡和装配机器人防碰撞是装配系统设计与管理中的重要问题,直接影响复杂产品制造系统的生产效率、产品的生产周期。本文在分析复杂产品装配系统平衡和装配机器人防碰撞研究方法的基础上,以机器人小臂装配系统为应用对象,主要研究内容如下:第一,借由南京熊猫电子股份有限公司“机器人小臂装配系统优化升级”项目支持,结合系统现状及企业需求,总结了装配系统优化升级过程中需要面对的诸多问题。以此为基础,进行了整体逻辑分析及研究思路概述。第二,针对装配系统建模问题,提出了一种基于赋时Petri网的系统建模方法,完成了对机器人小臂装配系统的建模工作,为后续基于面向装配线平衡的时间的动态优化提供了模型基础。第三,针对装配系统优化问题,通过改进传统遗传算法,使其符合制造系统中装配系统的特点,并将其应用到机器人小臂装配系统中,得到了装配系统平衡的最优解。第四,通过生产系统仿真软件Flexsim实现了对优化后的机器人小臂装配系统建模及仿真,得到了机器人小臂装配系统的效果图、装配线各工位状态图及分析数据表。通过对仿真结果的分析验证了基于改进遗传算法优化的装配工序分配方案的可行性。第五,在多品种小批量的生产要求下,从工艺的角度对工装夹具的快速换模方案进行研究,提出一套高效的快速换模方案,并通过对优化前后的换模结果对比分析验证了快速换模方案的优越性。第六,在机器人防碰撞系统研究中,首先给出了机械臂结构简图和连杆坐标系,在获取D-H参数之后对机械臂进行了正逆运动学分析。用扫掠球法对模型简化,进而完成碰撞检测的研究。之后本文提出了基于人工势场法的速度向量场方法来指导机械臂实现避碰运动。在此基础上又将速度向量场的比例排斥律改进为指数排斥律,使得机械臂运作更加平稳。最后,在存在静止、多种障碍物的环境下,运用matlab工具对机械臂的避碰轨迹进行了仿真实验,并基于OpenGL直观地对机械臂避碰运动进行了三维运动仿真,验证了本文提出的避碰算法的优越性。