当前在机械加工行业，机器人已经发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的一个重要组成部分，将机器人和机床设备共同组成一个柔性制造单元或柔性制造系统，可以提高加工速度和加工精度，辅助数控机床来实现无人自动化生产，以提高生产效率。本文介绍了国内外工业机器人的研究现状和发展趋势，指出中小型机械加工企业自动化程度不高，为提高生产效率，本文针对两台数控车床、料盘和物料箱组成的加工单元设计了一种五自由度机器人对数控车床组进行上下料。本课题的主要内容如下：通过对各种类型的机器人进行比较，关节型机器人的运动空间相对更大，运动更加灵活，确定了机器人的结构为关节型；分析了两台数控车床（组）的工作要求，简述了机器人的工作流程，对机器人末端执行器的工作空间进行分析；针对机器人腰部回转、大小臂的回转、腕部俯仰等机构，提出了多种方案，选择最优的方案进行结构设计；对机器人关键部件——大臂进行优化设计，利用有限元分析，验证其刚度是否满足要求，确保机器人在实际工作中的运动精度；用D-H法建立坐标变换矩阵，推算出运动学方程的正逆解，可以正确研究末端执行器的运动规律，包括速度、加速度以及各关节之间的相互关系，并为动力学分析和运动控制提供依据；在运动学分析的基础上，对机器人进行轨迹规划，验证其路径轨迹是否符合其工作空间；最后利用SolidWorks软件完成零件建模及虚拟样机设计，并对虚拟样机进行了运动仿真，得出机器人在实际工作中的运动轨迹图以及末端执行器的分析曲线。通过本文的研究与分析，为机器人的实物制造提供了充分的理论依据，为后续的动力学分析及控制系统的进一步研究奠定了理论基础。