随着制造业的转型升级,大量工业机器人的应用,使得工业产品的生产效率、生产成本及产品质量均得到明显提高,但是同时也带来了机器人运行时能量损失过大的问题。而且国家在节能减排方面的政策要求也为研究机器人提供了一个明确的方向,即降低机器人在作业过程中的能耗。本文以IRB140工业机器人作为研究对象,规划了能耗最优的运行轨迹。依据机械臂系统的能量流,综合考虑电机热损耗、关节摩擦损耗和机械运动能耗后,建立机器人系统总能耗模型。其中,根据电机耗能形式分别对铁耗、铜耗和机械损耗进行分析,以实现对电机热损耗模型的建立;利用D-H表示法对IRB140机器人的关节和连杆建模,并建立相应的运动学模型、刚体动力学模型和考虑关节摩擦的动力学模型。最后在ADAMS环境中进行运动学和动力学模型仿真分析以验证模型的正确性。针对机械臂关节摩擦力矩不易测量的问题,提出一种基于能量模型的关节摩擦辨识方法。利用遗传算法分别基于摩擦力矩值和能量值实现对单自由度系统中Stribeck摩擦模型参数的辨识,并通过辨识仿真结果验证两种参数辨识的准确性。辨识结果表明了在高速区间内基于能量模型辨识方法的可行性。分析设计测量机械臂能耗值的实验方案,得出在规定时间内IRB140机器人关节1以匀速条件运行时的不同速度与对应能量消耗数据。最后利用提出的辨识方法实现对IRB140机器人关节1的关节摩擦参数的辨识。分析建立了单关节系统的能耗模型,并根据选择轨迹空间描述的不同,分别在直角坐标空间和关节空间中进行最优能耗的轨迹规划。对于直角坐标空间的最优能耗轨迹,由于运动学逆解的多重性,使得相同的轨迹任务可以有不同的关节转角配置来完成。文中以直线轨迹为例,进行轨迹的数学表述,并寻得满足运行条件的最优能耗解集。对于关节空间最优能耗轨迹,通过规划方案比对分析,选取五次非均匀B样条曲线轨迹规划方法作为最优能耗轨迹规划的理论基础;建立以低能耗为目标的轨迹优化,利用含约束条件的遗传算法实现对给定数据点的五次非均匀B样条轨迹的优化;最终实现了低能耗轨迹优化的目的。