随着科学技术和市场发展的需求,工业机器人日益成为工业自动化领域不可或缺的智能设备之一。然而当前,世界重载机器人市场份额大部分被国外品牌占据,我国机器人未来市场发展空间巨大。本课题对四自由度重载机器人进行研究,开发并设计了一款四自由度重型机器人,通过对重载机器人模型进行结构分析和仿真优化,使其满足3000kg的承载能力,在世界重型机器人中排名第一。首先,根据重载机器人的应用场合,确定出了机器人的工作要求。在参考大量机器人结构的基础上设计出了机器人的结构模型。并使用SolidWorks软件建立了机器人各个部件和整机的装配模型,对该重载机器人的伺服电机和减速机进行了选型计算。然后,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对重载机器人的几种典型位姿进行了整机静力学仿真分析。通过观察整机的应力应变情况,分别对机器人各个关键部件进行了优化设计,使整机在满足强度的条件下,整体变形量在限定范围之内。其次,使用ANSYS Workbench软件对优化之后的重载机器人进行动态特性分析。通过对机器人模型进行谐响应分析和模态分析,辨识出不同激振频率下整机的薄弱环节,继而,采用灵敏度分析法对整机的薄弱环节进行进一步的优化。最后,利用ADAMS软件对机器人样机进行了运动学仿真分析,得到了机器人各个关节的运动情况和工作空间,通过实验与对比分析了样机的仿真结果。同时,设计了机器人样机的应力应变实验和振动测试实验,验证了有限元建模及仿真结果的有效性。