航空制造业发达国家普遍采用飞机大部件柔性装配方式提高生产效率和装配质量,智能重载AGV是飞机大部件柔性装配车间的核心装备之一。本文针对我国飞机大部件柔性装配车间的精益敏捷构建需求,提出一种具有自主知识产权的新型智能重载AGV的创新配置形式和总体设计方案,并对其开展结构优化设计和全向动态特性研究,分别通过静态和动态承载试验对相关设计方法和理论模型加以验证。首先,介绍本文课题的研究背景及意义,总结国内外飞机装配智能重载AGV的发展现状,阐述智能重载AGV结构优化技术和全向动态特性的研究现状。随后对飞机大部件柔性装配任务进行详细分析,总结得出智能重载AGV设计需求,基于对常见全向移动轮系和承载升降装置的种类和功能对比分析,确定智能重载AGV主要功能结构设计方向。其次,提出智能重载AGV配置形式,基于此完成总体结构设计并制定总体技术参数表,随后完成全向移动轮系、安全驻车装置和智能升降托架关键功能模块的深入理论研究和结构创新设计,得到一系列用于指导制造和装配的关键设计参数。基于设计的功能结构,阐述了智能重载AGV在飞机大部件柔性装配车间内的主要工作流程。之后,提出一种智能重载AGV承载力分配法,基于变密度法和SIMP插值模型,建立以单元相对密度为设计变量、车体结构柔度最小化为优化目标、车体中部区域变形量为约束条件的拓扑优化数学模型,并基于库-塔克最优化必要条件建立相应的优化迭代准则,完成拓扑优化求解分析并确定一种交叉梁结构详细设计方案,通过设计敏感度分析和多目标尺寸优化设计得到该方案关键尺寸的一组最优设计参数。通过模拟飞机部件静态承载试验证明承载力分配法的正确性,同时验证优化后车体结构中部区域变形量符合设计要求。最后,建立智能重载AGV全向运动学模型,基于汽车动力学理论分别建立以操舵驱动轮轮速为控制变量的纵向动力学模型,以及以整车横摆角速度为控制变量的旋转动力学模型。基于多体动力学仿真理论和工具,分别对直线运动、自旋转运动和绕定点旋转运动开展理想定速条件下的动态特性仿真分析,阐述车体后部车轮动态特性需要改进的方向和途径。将全向运动学和动力学模型整合到真实控制系统中并完成三种行驶工况的模拟飞机部件动态承载试验,试验结果表明车体后部车轮动态性能得到显著提高,整车运动定位精度符合设计要求。