精度、响应速度、稳定性是考核机器人性能的重要指标,取决于机械系统的控制特性,以及控制系统的控制结构和算法。针对工业作业机器人存在带宽窄、运动速度受限以及精度不足等缺陷,国内外专家主要关注控制系统结构和算法研究。鉴于工业作业机器人采用串行、开式布置,机械系统的刚度、惯性、阻尼等参数是制约其控制品质进一步提高的关键因素。本文基于机械惯量最小的优化目标,利用系统学观点,逐一研究各关节驱动部件配置、机械质量分布、以及关节支撑装置的优化,以期最大限度地改善机械系统的控制品质。笔者在项目“六自由度串联机械臂的研制”的基础上,进一步优化机械臂本体结构,改善机械臂的控制特性,主要研究工作如下：完成机械臂各关节的动力分析；依据惯量匹配和动力计算结果,精心构思了各关节传动形式,完成了各关节驱动装置的选型；组建了控制系统的平台,完成机械臂控制系统的设计运用D-H法对机械臂进行运动学分析,推导出其运动学正解、运动学逆解和雅克比矩阵；采用MATLAB软件,求出机械臂的作业空间形状,并计算出作业空间面积,获得了机械臂作业空间范围,并为机械臂结构优化提供了必要条件以机械臂底座动力分析、计算为重点,建立了其动力方程,通过提高关节支撑装置的刚度,减小系统阻尼系数等一系列技术措施,有效改善了底座系统的动态特性。分别采用优化电机、减速器的安放位置,或在大、小臂间布置平衡弹簧两套优化方案,改善肘关节和肩关节的控制特性。本文的创新点体现为：针对作业机器人不同性质关节,在传动设计、驱动器选择和质量配置等设计环节,采用恰当、有效技术措施,可以有效改善机械系统的控制品质,为提高工业机器人精度、响应速度和稳定性创造了良好条件。