机械臂是机器人同外界环境进行交互的一个重要组成部分,可以模拟人体上肢完成各项操作,是机器人领域研究中的一个前沿课题。为了使得机械臂可以更加高效快速的完成指定的操作任务,一般都需要对机械臂进行更加合理的轨迹规划。本课题在对各种类型的典型机械臂进行了广泛了解的基础上,自行建立了一款拥有六个自由度的机械臂三维模型,通过经典的D-H参数法建立该六自由度机械臂的运动学方程,研究该机械臂的雅克比矩阵、运动学正解和运动学逆解。基于MATLAB2017b的Robotics Toolbox工具箱与D-H参数法,建立该机械臂的数学以及仿真模型,然后采用调用相关函数的方法分别对其进行正向运动学仿真与逆向运动学仿真。在MATLAB2017b环境下采用蒙特卡罗法分析了该机械臂的可达工作空间,同时采用高次多项式和粒子群优化的方法对机械臂的关节空间完成了轨迹规划,并编程进行了仿真。以更加直观的方式展示了机械手臂的各关节运动情况。本课题的研究对象是实验室的六自由度机械臂,对该机械臂涉及到的模型的建立、运动学分析以及对该机械臂的轨迹规划、以及在速度约束条件下优化运行时间等问题分别进行了深入的研究。论文的主要内容如下:首先,采用标准D-H(Denavit-Hartenberg)参数法对实验室的六自由度串联型机械手臂建立其数学模型,求解了其正、逆运动学。然后基于MATLAB平台采用蒙特卡罗算法进行该机械臂可达工作空间点云图的仿真。在以上基础上将接下来对机械臂的轨迹规划划分为两类:笛卡尔空间轨迹规划、关节空间轨迹规划。然后对所得的结果求解。最后,为了使机械手臂在速度约束下实现运行时间最短,采用粒子群算法优化速度约束下的时间最优3-5-3次多项式插值轨迹规划方法。通过仿真得到六自由度机械手臂在限速条件下的最短运行时间,在MATLAB环境下的仿真平台上利用机器人工具箱进行实时实验,从而得到各个关节运动的位置、速度和加速度的曲线,对比传统高次多项式运行效果,证明了该方法能够有效的优化任意关节速度约束下的轨迹运行时间。