随着机器人工作环境复杂程度越来越高,七自由度机器人以其高灵活度和适应性在实际作业中显得更加重要。其中,能否准确求解机器人运动学是保证机器人达到作业要求的基础。运动学求解方法可分为数值解和封闭解两大类,但是数值解存在精度低和实时性差的问题,不适用于多自由度机器人求解;当前封闭解法求冗余机器人运动学主要为Paden-Kahan子问题法,但这种方法对机器人结构具有特殊要求,不具备通用性。本文给出一种能够对任意相邻两个关节角度进行求解的新型子问题算法,并用此算法对七自由度机器人进行逆运动学求解。基于此,首先将七自由度机器人前四个关节分解为两个二阶问题,然后运用新型子问题算法对这两个二阶问题进行计算,最后结合现有的Paden-Kahan子问题思想计算后三个关节便可完整求解七自由度机器人各关节角度。这样就将七自由度机器人逆解问题转化为了新型子问题进行求解,降低了计算量,使得计算结果更加准确。论文具体内容如下:首先,运用旋量理论建立七自由度带电作业机器人指数积(POE)模型,并求解机器人正运动学末端位姿矩阵。为了验证模型建立的正确性和所得正解的奇异性,对机器人单个关节运动以及连续关节运动时末端位姿变化情况进行了仿真。其次,根据七自由度机器人前两个肩关节和后三个腕关节分别交于一点,并且轴关节平行的特点,先利用消元法先将腕关节暂时消去,然后分别运用新型子问题对肩关节和肘关节进行求解,随后结合已知Paden-Kahan子问题的思想求出腕关节的三个角度,并对所求的解进行仿真验证。最后,将求出的逆解结果分别代入到插值法和组合正弦函数法中对七自由度机器人进行轨迹规划,通过MATLAB仿真验证可知运用新型子问题求出的逆解能够保证位置、速度、加速度、冲击曲线连续性和精确性,并能够满足机器人的强实时系统控制要求。