随着我国注塑工业的高速发展,注塑产品的应用越来越广泛,对产量、质量和技术的要求也越来越高,传统人工操作难以保证产品质量,不利于生产效率的提高。自动化、智能化技术助力注塑生产过程变革,注塑机器人犹如雨后春笋般出现在混料、上料、抓取、嵌入、检测、去毛刺、回收废料及换模等注塑生产过程,是注塑行业发展的必然趋势。结合企业生产实际需求,本文在有限空间约束下存在多个不规则障碍物的复杂环境中,针对注塑机器臂的结构设计、结构动力学和控制系统运动学、注塑机器臂关节运动轨迹规划和优化、注塑机器臂关节运动控制器参数整定和优化等关键共性理论和技术展开研究,为注塑机器人路径优化提供参考和借鉴。本文主要研究内容如下:第一章,剖析世界各国工业机器人发展计划和机器人市场规模及需求,介绍国内外注塑机器人研究和应用现状及发展趋势,立足我国注塑机器人研究和应用实际,阐述本文的研究意义、研究难点和研究内容。第二章,研究基于齐次变换矩阵的三维空间点位置描述和连杆坐标系变换关系,采用D-H参数法和Lagrange平衡法建立注塑机器臂运动学和动力学模型,研究注塑机器臂的实时逆运动学封闭算法。第三章,运用结构表达式驱动建立基于NX的注塑机器臂参数化模型和基于NX/Motion的注塑机器臂机构运动仿真模型并进行结构动力学分析,采用link函数建立基于MATLAB/Robotics Toolbox的注塑机器臂控制系统运动学模型并进行运动学和动力学分析,在有限空间约束下,提出一种基于结构动力学和控制系统运动学协同仿真的轨迹规划与优化方法。第四章,应用基于三次样条曲线插值构造插值关节角度——时间序列,考虑有限空间约束的注塑机器臂运动轨迹由三次插值的关节空间关键点序列连接组成,采用基于自适应惩罚函数的粒子群优化算法插值拟合三次样条曲线获得注塑机器臂运动轨迹关键点的最优时间矢量。第五章,分析交流伺服电机驱动、标准PID控制器及控制器优化方法,建立基于MATLAB的注塑机器臂关节电机PI和PID控制器仿真模型,整定和优化注塑机器臂关节控制器参数。第六章,概括本文主要贡献和创新点,展望注塑机器人的研究和发展方向。