奶业是我国农业的重要组成部分,奶业的发展水平也是畜牧业现状化的重要标志。提升奶牛福利养殖机械智能化水平,实现最接近于奶牛自然状态的无人化挤奶作业,是保证奶牛健康和有效控制牛奶品质、安全、卫生,以及提高产奶量、扩大饲养规模和大幅度节省劳动力的重要技术措施。因此,发展全自动无人化机械挤奶设备,研究开发挤奶机器人具有重要的意义。挤奶机器人的无人化挤奶工作离不开智能化控制技术的支持,首先需要利用视觉识别系统识别出奶牛站立位置和乳头位置分布,通过智能控制系统控制机构完成相应挤奶动作。智能化挤奶机器人不同于普通的机械挤奶设备,因此需要根据其工作特性,设计出能与视觉识别系统、智能控制系统、驱动系统相配合的结构方案,使挤奶机器人能高效完成挤奶作业。本文主要介绍了国内外机械挤奶设备发展概况,以Lely的挤奶机器人为参考对象对挤奶机器人进行了结构设计与研究。根据挤奶机器人的工作任务和技术参数要求,通过对奶牛生物学特性和机器人挤奶的具体特点进行分析,针对现有的挤奶机器人机构形式,提出了一种三自由度串联关节型挤奶机械臂。在此基础上,确定了装备的整体结构方案,采用Solidworks对结构方案进行建模。同时对关键机构进行了详细设计和细节优化,以保证装备具有良好的工作性能。利用一种简便又通用的工程设计的方法确定了挤奶机械臂的主要结构参数,运用D-H法创建了挤奶机械臂的运动学模型,推导机械臂正逆运动学方程;利用Matlab软件对挤奶机械臂的工作空间进行了分析和验证了结构参数的正确性。利用有限元分析ANSYS软件对机械臂整体系统各位置及关键部件进行了强度校核,并得出机械臂整体系统前六阶的模态振型;以确保挤奶机器人机械结构强度满足工作要求。利用拉格朗日方程建立机械臂动力学方程并进行了动力学仿真分析,并以此为参考基础,为机械臂各关节驱动气缸进行了参数型号的选择。针对选用的CE2和CEU2控制器的定位和控制原理进行了分析和研究,并对挤奶挤奶机械臂气动系统控制回路进行了设计。