随着控制技术和微电子技术的快速发展,工业机械臂凭借着它的灵活性与准确性在很多领域得到了越来越广泛的应用。对工业机器人运动学进行研究,有助于改善机器人的性能。对机械手进行有限元分析,有助于机械手的轻量化,降低机械手的成本。而机械臂的逆运动学求解是机器人控制理论、机器人运动学、机器人动力学的基础。本文以两种六自由度串联工业机械臂为研究对象,对机械臂的工作空间、动力学和轻量化方面进行建模和分析。首先,基于MATLAB建立两种六自由度串联机器人的运动学模型,分析对比两者的工作空间。利用D-H参数法建立了工业机械臂的数学模型,运用空间矩阵变换推导出机器人的正运动方程。利用机器人的正运动学方程,基于蒙特·卡罗法用点云的形式展示出两种机器人的工作空间。通过点云图,可对比两个机器人工作空间的大小以及在各个区域的灵活性,为后来机器人的轨迹规划和求机器人逆解打下坚实的基础。其次,利用SolidWorks设计机器人本体结构,并对机器人进行优化设计和轻量化设计。利用ANSYS Workbench的优化设计模块Design Explore对机器人本体进行参数化建模与多目标优化,在保证机器人的质量不上升的前提下,提高了六自由度串联工业机器人的工作精度。最后,用ANSYS Workbench优化后的结构,基于机械动力学仿真软件ADAMS,对六自由度串联偏置机器人进行动力学建模,针对机器人末端执行器的末端点任意轨迹求机器人逆解的方法进行研究,并验证该方法的正确性。