近年来,随着工业机器人的发展和码垛技术的日益成熟,码垛机器人获得飞跃发展,被应用到越来越多的领域。传统码垛机器人或多或少存在一些不足之处,如关节笨重、刚度差、惯量大、误差累积大等。基于以上考虑,本文将对所设计的新型码垛机器人机构进行研究。该机构是基于现代机构创新设计理论与方法综合设计出来的,采用可控机构,通过适当的控制模块由多个伺服电机共同控制运动输入以实现复杂的柔性化运动输出,并且将驱动电机安装在机架上,避免了铰接处惯量大和刚性差等问题,改善了机构的运动特性和动力特性,可以较好地实现高速、准确、可靠、连续的码垛作业。本文首先简要介绍传统码垛机器人结构类型及特点,接着分析所设计的多自由度可控码垛机器人机构的结构及特点,并利用约束螺旋理论计算其自由度。其次,根据多自由度可控码垛机器人机构的结构特点,简化机构结构,建立该码垛机器人机构的数学模型,采用约束方程和闭环矢量法并通过参考坐标系单独求解和齐次变换法求解相结合的方式,推导机构的运动学方程,获得末端执行器的位置、速度及加速度的正反解,而后结合五杆机构的奇异特性采用Jacobian矩阵代数法与几何法分析机构的奇异性,同时借助隐函数存在定理求解出机构的工作边界条件,从而求得机构的工作空间。接着,采用动态静力学分析方法,通过机构各杆件的力和力矩平衡方程建立其动态静力学数学模型。最后,利用Pro/E软件建立该码垛机器人机构的三维实体模型,并导入ADAMS/View软件中进行运动学与动态静力学数值仿真,验证该机构的可行性及所建模型的合理性,为其后续深入的动力学研究、参数优化设计及运动精度分析等提供可靠基础。