近年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域得到广泛的应用。于此同时,码垛技术也获得了飞速发展,尤其是机器人码垛发展更为迅猛,这种发展趋势是与当今制造领域出现的多品种小批量的发展趋势相适应的。铝锭层码垛机器人是整条铝锭连铸生产线中重要的环节,它的动静态性能直接影响着整条生产线的生产效率。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距,因此研究和设计各种机器人特别是工业机器人是有实际意义的。本文的工作是围绕一个关节型层码垛机器人的设计和分析进行的。本文首先根据铝锭连铸生产线的工作要求确定机器人的各项基本技术指标,为机器人的结构设计提供依据。在参考多种相关机器人的基础上,设计了机器人的整体方案和机械结构,层码垛机器人是四自由度关节型串联机器人,所有关节均采用转动关节,确定了采用伺服电机和RV减速器的传动方案。在对机器人关键工作状况进行分析的基础上,选取了各关节电机、减速器的具体型号,给出了主要零部件的结构参数图。采用D—H法建立层码垛机器人的数学模型,推导了机器人的运动学方程,对其运动学和雅可比矩阵进行求解,此外,对机器人的工作空间进行了分析并对机器人关节速度和加速度进行了分析。在此基础上,运用拉格朗日法对层码垛机器人进行了动力学分析,推导出各个杆件的动力学方程,求出各个关节的驱动力矩。应用ADAMS软件对层码垛机器人进行了运动学和动力学的仿真,验证了理论推导的正确性。最后运用ANSYS软件对机器人进行了静力和动态力的有限元分析,目的是为了检验设计的机器人结构在强度和刚度上是否能够满足工作的要求。