机器人技术是当今高技术研究的一个重要方向,普遍受到各国政府的关注。随着机器人应用在广度和深度上的发展,迫切需要解决其产业化前期的基础技术研究。本文在学习研究了现有机器人技术基础上,以我们设计的四自由度写字机器人为例,针对工业机器人的运动控制系统关键技术,如运动学方程的正解、运动学方程的逆解、工作空间分析、运动轨迹规划,作了较深入的分析和研究。本文的研究内容包括以下六章: 1. 介绍机器人运动学分析、工作空间分析和轨迹规划的现状和发展趋势,提出了本文的研究内容。2. 本文总结分析了现有机器人关节的传动机构,对我们提出的新型关节,从结构合理性和零件工艺性上进行了改进,讨论了特殊零件的加工工艺,并用其中的两种关节组成了一台四自由度的垂直多关节型写字机器人。3. 在机器人学的理论基础上,建立了机器人模型的D-H 坐标系,并对相邻坐标系间的变换矩阵作了改进,使D-H 方法更具有通用性。根据变换方程推导出一组简单实用的方程来实现运动学方程的正解,运动学逆解较为复杂,因为它实质上是解一个非线性方程的问题,目前尚没有通用的解法,本文采用代数法来求解运动学方程的逆解,并在数学软件matlab 里编程验证了改进后的D-H 方法的正确性。4. 机器人工作空间是从几何方面讨论机器人的工作性能,工作空间的大小、奇异位形和灵活性分别反映了机器人位姿输出空间运动学性能的不同侧面。本文借助图解法作出了实际工作空间的轴截面,提出一种以旋转变换理论和极值理论为基础的新方法求解定方向空间,即机器人灵活性分析,并分析了各连杆长度对它们的影响。5. 机器人轨迹规划在机器人的控制中具有重要的地位。本论文根据机器人轨迹规划的要求和约束,在笛卡尔空间用误差极限法求解中间点,用运动学逆解将这些中间点映射到关节空间,在关节空间用多项式插值,求取控制点,这种规划方法综合了笛卡尔空间轨迹规划和关节空间轨迹规划的优点,满足实时性和精确性的要求。6. 总结了本文取得的主要研究成果。