本文研究了快速设计技术,运用CAD/CAE等计算机辅助技术对在少自由度情况下机器人的机构和灵活性等进行了深入的探讨,通过一次性机械调整达到对某一系列零件的自动装夹和卸料,通过尽量使用简单标准件和机械定位降低成本,通过调换不同的机械手爪提高机器人的柔性。同时,设计的装夹机械手首次运用非线性规划技术得出其结构最优尺寸,运用刚柔混合建模、参数优化技术和极点配置技术提高运动的鲁棒性;解决在保证机械手正常工作时快速有效定位的问题,并探索其实现最优控制的方法。文中首先介绍了国内外工业机械手的研究现状,探讨了国内工业机械手生产应用中所存在的问题,以典型实例说明了有限元法的特性和结构优化在工程中的应用。从新型数控装夹机械手的构形设计角度出发,确定了装夹机械手的工作对象参数以及设计要求和目标。针对设计要求提出了两种设计方案,对方案进行了分析对比,并确定了其中一种方案,给出判断的理论依据。指出了设计过程中关键问题的解决方法,设计出了相应的机械手结构。利用CAD工具构建三维模型和搭建装夹场景。其次研究了虚拟样机技术及其在装夹机械手中的应用。根据装夹机械手的特定需要选用合适的虚拟样机分析模块,对建立机械手虚拟样机中关键技术进行分析,提出了合理可行的分析方案。提出了实际分析中存在的问题:兼容性问题、单位和约束问题、仿真步长及参数化选用不当的问题等。通过ADAMS实现了装夹机械手的虚拟样机平台。并且针对装夹机械手设计结构合理的问题,运用合适的分析软件(HYPERMESH/ANSYS/OPTISTRUCT/LS-DYNA)对数控装夹机械手进行力学分析,并探讨了网格质量评价和求解方案选择方法。实现了新型装夹机械手的正向和侧向静力分析,并对分析结果进行总结。选择机械手的底座进行分析,对其进行结构拓扑优化,比较优化前后的模型结构,确定合适的机械手底座的形状。总结了静力分析和结构拓扑优化的关键问题。归纳了装夹机械手的设计方法,并对其快速设计技术进行了总结。提出了在装夹机械手的设计中联合应用CAD与CAE技术的新型设计方法,并与传统设计方法进行分析比较。最后对装夹机械手中快速优化中所应用的联合仿真分析方法进行了实例验证。