当前，在冶金、汽车、物流码垛等众多行业中，重载工业机器人的应用越来越广泛。随着生产要求的提高和工作环境的复杂化，工业机器人必须具有更高的负载能力、更好的运动稳定性以及更佳的速度、加速度等性能。因此，需要根据相关性能指标对机器人进行结构优化。然而，以往在对工业机器人结构优化时将机器人的杆件和关节都认为是刚性的。但是，对于重载工业机器人来说，关节柔性十分明显。所以，在对重载工业机器人进行结构优化时必须考虑关节柔性特性的影响。本文主要研究在考虑关节柔性的影响下，对实验室自主研发的一款浇铸机器人进行结构优化设计，以提高机器人的振动性能指标和静刚度性能指标。首先在ADAMS中建立了纯刚体机器人仿真模型，采用添加虚拟物体、增加额外的转动副并定义力矩的方式表示出机器人的关节柔性特性；并和纯刚性关节机器人模型进行对比实验，验证了关节柔性对机器人运动性能的影响。建立了机器人的标准D-H坐标系，对机器人进行运动学分析，并推导出机器人的雅克比矩阵参数形式。其次，采用拉格朗日方法建立了含有关节柔性特性的机器人整体动力学方程，分别得到机器人的连杆动力学方程和电机动力学方程。并且推导得到连杆动力学方程中惯量矩阵的参数形式。根据多自由度系统的模态分析理论，推导出含有关节柔性的机器人系统振动方程。使用ADAMS/Vibration振动分析模块在频域内对机器人进行振动仿真分析，验证了机器人系统振动方程的正确性。然后，提出了衡量机器人振动特性的性能指标，并结合机器人的静刚度性能指标、速度综合性能指标建立了机器人的优化目标函数模型；通过对优化变量的灵敏度分析确定最终优化变量；考虑实际约束条件，建立完整的机器人结构优化数学函数模型。最后，通过对优化目标函数的耦合度分析，采用NSGA-Ⅱ多目标进化算法求解优化函数模型，分别对机器人大小臂的杆长参数和截面参数进行优化。然后对优化后的结果进行分析；根据目标函数的重要程度并考虑实际约束条件，确定最佳尺寸参数优化形式。通过仿真实验对比，验证了结构优化的有效性。