喷涂机器人由于具有喷涂质量高、工作柔性好以及工作效率高的特点被广泛应用于喷涂作业。在设计时,除了要满足工作空间、防爆性等基本要求之外,对机械本体的性能也提出了较高的要求,以利于离线编程、运动加减速以及降低能耗等,最终满足漆膜厚度及均匀性等涂装要求。因此,开展喷涂机器人整机刚度性能分析和结构优化设计研究具有十分重要的意义。本文以自主研发的7R 6-DOF喷涂机器人为研究对象,根据其关节结构进行了关节刚度的计算,得到了机器人各关节的等效刚度值;建立了所有杆件的三维有限元模型和整机有限元模型。根据机器人的不同安装方式,分别进行了工作空间内相关位置点的静态变形计算,得到了喷涂机器人在整个工作空间内的静态变形图谱;根据机器人静态变形规律及其特点,初步提出了离线编程式喷涂机器人的刚度设计原则。此外,还对机器人变形较大的位置点分析了机器人各部件的变形贡献率。论文接着分析了机器人重力方向的变形对漆膜厚度的影响,根据旋杯的二次函数沉积模型推导出了喷涂距离与漆膜厚度的函数关系式,进而根据汽车漆膜厚度精度要求初步推导出了用于评价机器人变形范围的K值指标,为后续的机器人本体拓扑优化改进提供了依据。为了改善喷涂机器人大臂的静、动态特性并进一步降低能耗,根据典型喷涂轨迹对自主设计的7R 6-DOF喷涂机器人进行了动力学分析,获得了大臂多工况下的关节负载;在满足装配边界条件下最大限度地放开了大臂初始模型的优化区域,并运用有限元软件ABAQUS和拓扑优化软件TOSCA实现了大臂的外轮廓优化设计;基于外轮廓结构设计得到二次拓扑优化模型,在约束外轮廓的基础上实现了大臂内腔结构的优化,最终获得了大臂新结构方案。