机械臂是一种成功的并且被广泛应用的机械装置,它同时也被广泛地应用在机器人领域。工业上的组装、焊接、高温铸锻等繁重工作,很多都用机械臂辅助人工作业,减轻了劳动强度,提高了工作效率。机械臂除了用于工业制造上,商业农业、医疗救援、娱乐服务、军事保全甚至在太空探索等领域都可以发现其应用领域。多关节机械臂是由多个刚性连杆采用多个旋转关节连接构成的连杆结构。机械臂在某个关节处,与之相接的连杆以它为圆心做转动,多个关节的运动就实现了整个机械臂的伸缩、升降运动。这种关节结构与人臂类似,是由大臂、小臂、腕部和手部构成的,能实现人臂的运作,活动灵活性大。一般来说,机械臂只是载体,它的工作主要依靠安装的执行器来完成。多关节机械臂的每个关节既可以独立运动也可以同时运动,从前端安装的执行器来看,其运动就是一个合成效果,它的运动轨迹也是一个复杂曲线。如果机械臂自动操作的是一个重复性的动作,并不需要太多注意其运动过程的轨迹,那么控制相对容易。但如果机械臂是由人工操作,而且不是重复的工作,例如人们需要控制多关节机械臂的前端运动曲线,比如水平往前往后、垂直向上向下,如何有效的去操控,这就是本课题的研究目标。本文将以多关节机械臂为对象,结合目标问题展开研究工作。全文主要解决了多关节机械臂前端运动控制的理论分析和技术实现两个基本问题,主要研究内容如下：1、对多关节机械臂的关节、动力机构和手爪的结构及特点进行详细说明并分析各关节受力情况。2、机械臂运动学分析是实现对其运动控制的重要理论之一,运动学分正向运动学和反向运动学,前者是由各轴状态推导出前端位置,后者是由前端位置推导出各轴状态。文章借助机器人运动学相关数学知识和建模方法,建立了多关节机械臂运动学模型,为下文研究轨迹规划奠定基础。3、详细介绍了机械臂轨迹规划等相关问题,提出了5种不同的轨迹规划方法。分析了机械臂在未通过控制情况下,原本的运动轨迹、运动范围。为了使机械臂前端保持垂直上下运动或水平前后运动,在机械臂轨迹规划基础上结合机械臂关节结构特点,推导出机械臂前端垂直水平移位方程表达式,解决了本课题关键性的目标问题。4、对多关节机械臂控制系统的电路和程序进行设计和实现。电路部分的设计包括上位机和下位机处理模块的选定,上位机操作模块的电路设计,下位机的电机驱动电路,上下位机控制系统的电源模块设计,以及上下位机之间的通信设计。另外分别采用了VS2010和C++编程实现了上位机控制系统和下位机控制系统。5、设计针对性实验并分析。测试结果较好地验证了多关节机械臂各关节结构的可行性、控制系统的有效性。实现了机械臂前端在垂直水平方向上平稳移位的能力,从而验证了方程表达式的正确性。