协作机器人是一种能够在不需要外部防护装置或安全装置的情况下在人周围操作的机器人。随着我国经济的不断发展,诸如汽车、船舶、医疗等行业对协作机器人有了更高的要求,即增大机器人负载的同时提高机器人的灵活度。为了追求安全性,所以设计上尽可能的将质量极小化;这样在设计时就带来了若干约束。在降低质量的同时,使得机器人刚度下降,由此产生了弹性。由于弹性的存在,机器人在运动过程中势必会出现关节的抖动情况以及机器人在停止的瞬间会出现残余抖动现象,这必然会造成机器人精度下降,对于喷涂、焊接以及焊缝打磨等领域,机器人的使用可能会因此而受到限制,所以研究柔性大负载机器人具有非常重要的意义。本文的主要研究目的是设计出一款30kg轻型协作机器人,并研究提高机器人刚度的方法,因此本文的主要内容如下。首先,设计30kg轻型协作机器人结构。根据市场需求指定机器人设计指标与设计原则,选择合适的本体构型,利用模块化设计思想将机器人进行模块划分,设计不同关节的关节模块,通过计算完成模块电机与减速器的选型,并完成机器人模块的壳体、底座即机器人大小臂的设计设计。根据轻量化设计原则,使用ANSYS Workbench软件对机器人大小臂进行有限元分析,在满足强度和可接受的最大变形量的前提下,通过有限元分析结果对大小臂进行优化设计。其次,建立正确的柔性关节等效模型。计算机器人臂杆的刚度系数,与关节减速器的刚度系数进行对比,计算臂杆柔性在机器人柔性中所占比重,并忽略影响系数较小的因素。通过拉格朗日方程,求解机器人动能和势能（包括弹性势能）,最后建立准确的机器人柔性关节动力学方程,作为后续动力学仿真的基础。然后,建立机器人虚拟样机。先根据机器人D-H参数利用Solid Works对机器人实体模型进行仿真流程简单化处理,再导入到ADAMS软件中并附上关节质量、惯性张量等参数进行逆动力学仿真实验,观察机器人在不同指标下的关节角速度、角加速度以及关节力矩的变化情况。最后,研究提高关节刚度的方法。通过设定不同大小的关节阻尼参数进行实验,可以得出提高阻尼系数在一定程度上可以抑制关节抖动同时可以提高机器人运动刚度的结论。再者,通过ANSYS Workbench对机器人的大臂和小臂进行前14阶的模态分析,通过仿真结果得到大臂和小臂在不同阶模态下的振型图以及固有频率参数,为避免机器人产生共振提供一定的理论参考。