随着我国园林绿化面积的不断扩大,绿篱及景观树木的修剪成为一项既繁重又费时的工作,用自动化机械设备代替人力来完成林业工作是未来的一个必然趋势。南京林业大学引进高层次人才和高层次留学回国人员科研基金项目“林业修剪机器人系统研究”就是针对修剪绿篱和草坪提出的,希望开发研制出一种机器人能代替人工自主进行绿篱和草坪的修剪。本文在分析前人研究的基础上,机器人执行机构采用四自由度的机械臂结构。建立四自由度机器人简化模型,利用D-H法建立机器人各关节坐标系,并求得机器人运动学方程和雅可比矩阵,针对作业对象和要求,在机器人末端实现直线和圆弧轨迹两种工况下,运用几何法分别求得其运动学逆解,为运动学仿真做了必要的准备。由于作业空间对于该机器人的设计很重要,本论文采用蒙特卡罗概率算法对机器人机械臂作业空间进行了求解,在MATLAB中输出机器人的作业空间图,结合实际作业目标,来确定机器人机械臂参数,如果作业空间不满足要求,则重新设计机械臂长度参数,直至最终满足要求。对于机器人模型的建立,本论文采用了用具有强大功能的三维设计软件ProEngieer建立该机器人的三维模型,通过Pro/E与ADAMS之间无缝接口软件MECHANISM/Pro,把三维模型导入ADAMS中。对于ADAMS中机器人模型各关节的驱动,本论文先是通过在MATLAB/SIMULINK中构建机器人运动学和逆运动学程序模块,得到机器人各个关节角随时间的变化曲线,然后把曲线导入ADAMS中用样条曲线来拟合,最后在ADAMS中用样条函数来作为机器人各关节的驱动函数进行运动学和动力学仿真。通过仿真可以清楚地看到机械臂运动情况,利用ADAMS强大的测量功能可以测得机器人运动的一系列运动特性参数,例如关节角位移、角速度、角加速度、驱动力矩的大小,从而可以确定机械臂各关节上所用电机的参数。运用拉格朗日法求解出了机器人机械臂各关节理论驱动力矩,通过与ADAMS仿真过程中测量得到的驱动力矩相比较,从来确定了该机器人动力学方程的正确性。本论文研究为机器人的下一步研究奠定了一定的基础,完成了林业修剪机器人的前期开发工作。