本论文课题以江苏省科技成果转化专项资金项目“高速重载工业机器人核心技术的研发及产业化”为背景,针对华恒焊接股份有限公司自主研发的150kg重载机器人,对其液气平衡系统进行了数学建模及参数优化,并研究了面向搬运作业的重载机器人运动规划方法,开发了相关应用软件包。论文首先对液气平衡系统的工作原理进行了深入研究分析,在此基础上建立了该重载机器人平衡力矩的理论模型;对机器人二关节轴所受的偏重力矩进行了推导计算,由此建立了重载机器人液气平衡系统的数学模型。通过华恒150kg重载机器人平衡系统实验,验证了所建模型的正确性。为了得到平衡力矩理论模型的更为准确的参数,对平衡力矩理论模型进行了参数辨识,取得了较好的辨识结果和模型精度。在分析现有的重载机器人平衡系统平衡效果的基础上,为进一步提升平衡效果,对平衡系统参数进行了优化,为重载机器人平衡系统的优化设计提供了依据。其次,本文研.究了面向搬运作业的重载机器人运动规划问题。针对重载机器人点到点搬运作业任务,为了避免重载机器人高速/变速运动时末端产生明显的谐振和冲击,本文采用关节空间五次多项式插值方法进行轨迹规划,以保证规划轨迹的平滑性及速度、加速度的连续性。同时,为了提高机器人的作业效率、控制机器人的作业能耗及保证机器人运动的灵活性和轨迹的精度,在运动规划时综合考虑了时间、能耗、条件数和末端轨迹偏差等性能指标,采用多目标加权法对重载机器人运动规划问题建立数学优化模型,并运用遗传算法对其进行了求解。在规划出重载机器人搬运作业的运动轨迹后,本文进行了重载机器人运动规划仿真与实验。首先基于Matlab软件进行了运动规划仿真,验证了运动规划方法的有效性。为了验证该运动规划方法的实际效果,针对昆山华恒焊接股份有限公司研制的重载机器人,进行了点到点搬运150kg负载实际作业实验,分析实验数据显示,机器人按多目标优化轨迹运动比按时间单目标优化轨迹运动的能耗、条件数和末端轨迹偏差分别减少24.85%、2.02%和15.94%。实验结果表明本文研究的重载机器人运动规划方法不仅能够使机器人快速平稳的运动,还能使机器人保持较好的灵活性,并且机器人处于重负载下的末端轨迹偏差也较小,机器人消耗的能量能够得到有效控制,满足了重载机器人实际搬运作业的运动要求。最后开发了面向搬运作业的重载机器人运动规划软件包,此软件包含机器人运动参数设置、轨迹规划、搬运作业仿真与实时监控等功能模块。并实现了软件包与离线编程与仿真通用平台ROBOLP的集成。最后,进行了软件测试和重载机器人搬运作业应用仿真实验,初步验证了软件设计的正确性及合理性,达到了预期的开发目标。