1. 研究目的与意义

自20世纪中叶至今，机器人技术的产生和发展是人类科技发展史上取得的重大成就。近些年，工业机器人发展非常迅速，并已经成为了现代化生产制造中不可或缺的一部分。工业机器人主要通过各关节的连续运动来控制末端执行器完成各种复杂工作，所以对其进行运动学分析和轨迹规划是非常必要的。当前，工业机器人的研究多以轨迹规划和控制系统为重点，基于数学建模软件（如MATLAB）、机械系统动力学自动分析（如ADAMS）与代数学的发展，我们可以对机器人的运动轨迹进行合理的优化，来增加机器人运行过程中的稳定性并提高其工作质量；同时与有限元分析软件（如ANSYS）的联合仿真，可以对机器人进行动力学分析，引入惯性力与结构等因素，研究其强度与刚度，使分析结果与系统的真实情况更加接近，从而验证其设计的可靠性与合理性。

2. 课题关键问题和重难点

轨迹规划是机器人平稳运行的先决条件，本课题针对智能制造生产线中工业机器人的运动，对机器人进行动力学分析，建立机器人模型，并运用ADAMS软件对其运动学进行仿真分析，通过当下较为成熟的机器人空间轨迹规划方法，对其各关节角位移、角速度以及角加速度进行规划，使所设计机器人关节的运动轨迹曲线平稳变化，轨迹平滑连续，角速度和角加速度曲线平滑，达到降低机械臂运动时产生的震动以及速度突变，提升运动的稳定性和精确性的目的。同时，利用ANSYS机器人进行力学分析，得到机器人零部件上应力和应变的变化规律，分析并找到危险位置和薄弱环节，对于机器人结构设计与优化具有一定的意义。本课题的难点在于建立机器人的运动学模型，确定一种或多种轨迹规划的方法，通过对机器人末端执行器经过的参考点进行曲线拟合，并用数学方法反解出各关节的角速度、角加速度等，在ADAMS中对各关节进行驱动，最终得到完整的拟合曲线，进行运动学分析。而对于ANSYS有限元分析，难点则在于如何对机器人以及机器人基本零件进行高效的网格划分，并对机器人在特定位置时进行静力学仿真、在承受一定载荷运动时进行动力学仿真。

3. 国内外研究现状（文献综述）

近半个世纪，机器人技术高速发展，在全球领域内的应用变得越来越普遍。当前，工业机器人的研究多以轨迹规划和控制系统为重点，合理的轨迹规划可以增加机器人运行过程中的稳定性并提高其工作质量。近年来，工业机器人轨迹规划研究成果层出不穷，国内外学者针对不同作业特点设计了各式各样的规划方法。

郭勇等人对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。简述了关节空间轨迹规划算法，指出多项式插值是主要方式，且b样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势，并指出优化目标的确定以及算法的还需要改进的问题［1］。

heng wang ，jiahai huang等人提出了一种用于工业机器人的平滑点对点轨迹规划方法，将关节运动分为加速、等速和减速三个部分，采用具有根多重性的四阶多项式规划加速度。然后通过在运动学约束下最大化恒速部分可以获得近时间最优轨迹。与经典描述相比，可以消除求解大量多项式系数的困难阶段［2］。

4. 研究方案

设计方案：

现阶段，如何将已有理论不断完善、优化并运用到特定的机器人上去，是很具有现实意义的课题。根据对本课题的了解，初步设计用多项式插值法对ur3机器人空间轨迹进行规划，用matlab/adams联合仿真，并绘制位移、速度和加速度曲线来对结果进行验证，从而达到使轨迹曲线平稳变化，轨迹平滑连续，角速度和角加速度曲线平滑、无突变的目的。后用adams/ansys联合仿真进行有限元分析，模拟机器人在实际生产中的运行条件，确保机器人不会因为受载过大、共振等问题而出现结构破坏。最后处理数据、图表，总结并整理资料，撰写论文。

5. 工作计划