随着我国适龄劳动人口急剧减少,逐渐步入老龄化社会以及用工成本大幅上升的问题日益突出,对于传统制造业的升级转型需求日渐迫切。以工业机器人为代表的智能装备在提升设备自动化程度,提高生产效率,保证产品质量等方面表现出了传统生产设备难以企及的优良特性。突出的操作能力,使工业机器人被大量应用于工业生产中,并发挥着越来越重要的作用,对推动传统制造业的转型升级具有十分重大的现实意义。本文对机械臂的控制系统、轨迹跟踪方法进行相关研究,以期在提高机械臂的末端操作精度以及控制系统的稳定性方面取得进展。本文的主要研究内容如下:(1)硬件系统设计。搭建基于Ether CAT总线的四自由度机械臂的硬件系统和主从控制系统。硬件系统采用基于Ether CAT的ET1100从站控制卡组合DSP驱动直流有刷电机的方案,以提高机械臂控制系统的通信速度,为轨迹跟踪算法的验证奠定平台基础。(2)机械臂运动学分析与轨迹插补。采用齐次坐标建立了机械臂的正运动学模型,针对四自由度机械臂的设计构型,采用几何法求得机械臂的运动学逆解。然后在关节空间内对求得的逆解做了三次多项式插补,规划了机械臂点对点运动的平稳轨迹。(3)机械臂轨迹跟踪算法研究。本文采用了拉格朗日法建立了机械臂的动力学模型,并采用Solidworks和Adams进行联合仿真,以验证机械臂动力学模型的正确性。为提高机械臂轨迹跟踪算法的计算效率,缩短运算时间,将机械臂负载耦合最大的两关节简化为二自由度连杆模型,并采用RBF神经网络自适应控制对机械臂模型的轨迹跟踪进行仿真研究,以验证方法的可行性。(4)根据前述的硬件系统设计搭建了实验平台,并对伺服控制功能、通信速度、同步精度等关键功能进行了测试验证。