船用吊运机械臂作为货物转运与海洋施工的重要设备,受风浪等海上恶劣环境影响,其末端会出现定位失准和载荷摇摆等问题,严重影响了海上作业的效率以及操纵安全。本文以此为出发点,结合校企合作项目“海洋物流装备智能控制平台研究”(编号2016-WS301),在实验室环境下搭建了近海船用吊运机械臂的工况模拟与运动补偿平台,并对船舶运动工况模拟与吊运机械臂补偿控制进行深入的研究。首先,本文以六自由度并联平台作为船舶运动工况模拟平台,将六轴工业机械臂改装为吊运机械臂,设计与搭建了吊运机械臂工况模拟和运动补偿平台。其次,建立了海浪谱和船舶刚体运动模型,通过Unigine软件仿真生成船舶模拟平台运动的横摇、纵摇、升沉信号。为实现船舶模拟运动平台控制,建立了六自由度平台正逆运动学模型,其中正运动学采用牛顿-拉夫逊迭代法求解,并通过实例进行解算验证。在平台的单支链电动缸控制方法上,提出了前馈补偿PID位置控制算法,并通过控制理论以及Matlab仿真分析了前馈补偿PID控制算法相对于PID控制在跟踪和响应性能上的优越性。然后,建立了整个系统平台的全局坐标系,通过正运动学齐次变换描述全局坐标系下工况模拟平台激励引起的吊运机械臂末端位置、速度与加速度变化。在此基础上提出了基于逆运动学的吊运机械臂末端位置补偿控制算法,并使用Matlab搭建仿真模型验证了该补偿算法的正确性。最后,本文基于Visual Studio 2013编写C++程序,采用分层思想设计了整个平台的控制软件框架,完成了UI交互界面、控制策略、数据通讯、伺服驱动等模块的编程实现。在此基础上,设计了吊运机械臂工况模拟与机械臂运动补偿的控制实验,对于工况模拟平台单支链电动缸位置控制实验结果表明,相对于传统的PID控制算法,前馈PID控制算法在电动缸运动的跟随、响应性方面性能更佳,其跟随性能提高了20.47%,且能满足海上船舶运动模拟的要求;在吊运机械臂补偿实验表明,吊运机械臂末端在三个方向的运动补偿效果明显,静态补偿平均误差为12mm,动态补偿平均误差为23mm,该补偿精度解决了吊运机械臂末端的定位摇晃问题,验证了吊运机械臂逆运动学补偿控制算法的正确性。