随着经济发展,机器人在各行各业的应用越来越广泛,各国都在大力发展机器人技术,机器人应用的环境也趋复杂化,为了满足各种复杂环境的要求,机械臂的性能和轨迹规划越来越受到科研人员的关注。本文在构建的模块化六自由度机械臂的基础上用有限元法进行静态分析,对结构进行优化,使机械臂整体性能提高;对其运动轨迹规划进行研究,降低各关节运动时所受的冲击力和机械磨损;对其在有障碍的工作空间中进行避碰规划,使其能够在更为复杂空间中运用。本文主要工作内容如下:(1)模块化六自由度机械臂系统构建。介绍了机械臂构成的模块元件,并对关节模块和手爪模块的尺寸参数、结构特征等加以说明,设计了用于不同模块连接的连接件模块,并完成模块化六自由度机械臂的构建,最后在Solidworks中按照与实物等比例建立三维模型。(2)机械臂的静力学分析。在ANSYS中对机械臂进行有限元静态分析,得出仿真结果分析图,根据仿真结果,指出机械臂存在的薄弱点,对其进行优化改进,优化后的仿真分析图与优化前对比,机械臂的整体性能得到提高。(3)机械臂的运动学研究。用标准D-H法对六自由度机械臂的结构参数进行描述,在此基础上求解机械臂的正、逆运动学方程;导入三维模型并结合机器人工具箱和matlab的GUI设计功能在matlab中搭建一个开放式的3D虚拟仿真平台,并验证正、逆运动学方程。(4)机械臂的轨迹规划及仿真实现。在关节空间中,分析三次多项式至高次多项式插值方法,最终选择低次多段的“535”类型的插值,从而得到连续光滑的关节轨迹曲线。在笛卡尔空间中进行直线和圆弧轨迹规划,并在搭建好的3D虚拟仿真平台中验证。(5)遗传算法的避障路径分析和实现。分析了各种算法的优缺点,并介绍了椭球包络法的碰撞检测,随后对机械臂动力学进行分析得出各关节的最大力矩,在仿真平台中基于GA算法对机械臂进行避碰实验,得出一条避开障碍物的轨迹路径。本文实现了对机械臂结构的优化和基于路径规划系统的仿真,实验结果表明机械臂性能、稳定性、精度均有所提高,能够完成避碰任务。