工業機器人是匯集機械、材料、電子、控制和計算機技術等一系列學科形成的高新技術集合體，已經廣泛應用于機械制造、化工生產、道橋施工、礦物開采、國防軍工、太空探索等領域。工業機器人代替人類從事繁重單一的工作，在減輕人類勞動強度、提高生產自動化水平、提高生產效率等方面意義重大。近年來，工業機器人的輕量化技術已經在國際上受到越來越廣泛的關注。在滿足工業機器人高速度高精度等基本性能要求的基礎上，通過輕量化設計，可減小工業機器人自重，提升機器人整體動力學性能，同時可以降低能耗，減小環境污染。上臂是工業機器人主要執行機構之一，也是機器人的主承力構件，對機器人整體性能有著顯著的影響。本文以工業機器人上臂為研究對象，采用有限元方法對T700碳纖維復合材料工業機器人上臂進行了優化設計。論文研究工作表明使用碳纖維復合材料機械臂替代原有鑄鐵機械臂能滿足工業機器人在噴涂、焊接等輕載荷工作情況下的性能要求，可為下一步進行的碳纖維復合材料工業機器人整體的設計優化提供了理論支持和實驗指導。

　　本研究主要內容包括：⑴對鑄鐵工業機器人上臂在不同工況下進行有限元靜力分析，得到上臂在實際工作情況下的最大主應力以及應變，驗證了鑄鐵上臂設計的合理性，為后續碳纖維復合材料工業機器人上臂設計提供參考準則。⑵以工業機器人上臂剛度為標準對碳纖維復合材料上臂鋪層進行優化設計，采用有限元軟件對碳纖維復合材料上臂進行強度校核，確定了碳纖維復合材料機械臂的合理性與安全性。⑶對碳纖維復合材料工業機器人上臂進行動力學分析，根據前10階模態振動特性和振型，與鑄鐵上臂動態分析進行對比分析，研究了碳纖維復合材料上臂振動特性，進一步確定碳纖維復合材料機械臂的合理性與安全性，為避免其發生共振提供了優化設計參數依據。⑷對碳纖維復合材料上臂進行了成本估算，與鑄鐵上臂制造成本對比分析，分析了復合材料上臂的應用潛力。