工业机器人具有高精度、可重复性工作、高效率等优点,广泛应用于工件的表面切削、装配、焊接等场合以降低生产成本、提高生产效率和质量。同时工业机器人也是一种高能耗设备,随着不断增加的能源需求和更严格的温室气体排放政策的实施对工业机器人的能耗也提出了更高的要求。本文以KUKA KR60-3六自由度工业机器人为研究对象,首先分析机器人结构建立连杆坐标系并通过修改DH参数法建立工业机器人的运动学模型,其次通过牛顿-欧拉迭代法建立机器人动力学模型。以上两点为后续的轨迹规划和能耗优化问题的研究提供了基础。接着,针对工业机器人能耗的多源性问题,目前大多数关于工业机器人能耗的研究都是以加速度的平方和、扭矩的平方和、机械能等作为目标函数,但是这些函数在反映工业机器人真实能耗上并不准确。本文详细分析了工业机器人电气系统内部的能量流动,建立了准确的工业机器人能耗模型并作为后续能耗优化问题的目标函数。利用线性时间缩放方法和变时间尺度缩放方法对工业机器人参考轨迹进行规划,并提出了一种高效计算方法,在参数分离的基础上建立了基于变时间尺度缩放因子的能量特征参数模型,将状态转换过程中的能量消耗描述为时间缩放因子的函数。将能量特征参数模型作为目标函数,在工业机器人关节角度、加速度、角加速度和生产时间等条件的约束下,利用动态规划法求解能耗最优轨迹。通过这种计算方法有效避免了在动态规划算法中因为力矩和功率积分的重复计算带来的工作量。实验结果表明,本文提出的方法能明显的降低工业机器人能耗并且能大幅减少动态规划算法的运行时间。