随着国家经济不断发展和工业自动化程度不断提高,物流仓储行业得到了飞速发展,作为现代物流的重要组成部分,自动化立体仓库是适应国家“中国制造2025”的大趋势。堆垛机作为自动化立体仓库中不可缺少的起重设备,其整体性能的优势和工作效率的高低将直接影响自动化立体仓库的运行效率。本文以双高双立柱堆垛机为研究对象,首先通过传统力学方法对堆垛机进行理论建模并进行了全面的结构分析,包括强度、静刚度、动刚度、疲劳强度和稳定性等五个方面。并通过有限元法对堆垛机构建有限元模型,进行静力学分析和模态分析,并对传统力学和有限元分析对比,验证了有限元模型的正确性。通过多刚体系统运动学方法构建了堆垛机多刚体系统运动学模型,并对堆垛机的实际工况进行了完整的仿真过程,模拟堆垛机的运动情况,通过运用多体系统动力学方法构建了堆垛机刚柔耦合动力学模型,研究了双高双立柱堆垛机的运行过程和起升过程在三种不同速度控制形式下其主立柱和辅立柱的响应问题,确定最佳控制速度控制形式。针对堆垛机结构笨重且直接优化时效率低下等问题,由于堆垛机结构设计尺寸较多,因此采用灵敏度分析,筛检主要尺寸,在通过采用最佳样本填充空间(OSF)进行试验设计,在试验设计的基础上构建Kriging代理模型,并验证其代理模型精度,满足精度要求则代替复杂真实的模型。在代理模型的基础上采用NSGA-II算法进行多目标优化,并进行直接优化相比,所提方法相对于直接优化调用模型次数减少,优化效率提升明显。