机器人的出现,一定程度上将人类的双手从枯燥的重复工作中解放,工业机器人则是机器人领域中发展最快的,她可完成如搬运、喷漆、焊接、涂胶、码垛等重复性工作。虽然工业机器人技术已经很成熟了,但是依旧存在许多问题,智能化程度越高的机器人,导致人类参与其工作的时间越少,所以对机器人的运行稳定性、使用寿命、维护周期等要求会相应提高。工业应用的串联机械臂是由电机和机械臂本体组成,电机的选型与机械臂结构的匹配问题就会凸显,需要深入研究,为机器人满足工业需求提供技术支持。本文以串联型机械臂为研究对象,对机械臂运动学快速建模、逆运动学求解、机械臂动力学建模基于机械臂动力学的轨迹规划、机械臂机电耦合特性等研究,并通过仿真与实进行验证。主要研究内容如下:(1)机械臂运动学分析。在Solidworks中建立机械臂三维模型,通过与MatLab无缝连接建立机械臂的机械-电气控制系统与运动学模型,并在MatLab中设计人机控制界面用于机械臂的运动控制和机械臂的可视化仿真。根据Piper三轴汇交原则,机械臂具有封闭解,对机械臂逆运动学进行求解,编写程序进行计算,对计算结果与实际情况进行比对,验证了计算模型的正确性。(2)机械臂动力学分析。根据拉格朗日方法建立机械臂的动力学方程,对机械臂的逆动力学进行求解,得到机械臂的力或力矩矩阵方程。根据运动学建立的模型基础,在ADAMS中建立机械臂可视化动力学模型,给机械臂各关节施加力或力矩,联合MatLab利用经典PID控制策略建立控制系统,对机械臂的轨迹进行规划,在ADAMS中绘制机械臂末端执行器的运动轨迹,证明了该动力学模型的有效性。(3)机械臂机电耦合仿真研究。以Clark和Park变换为基础,在MatLab中建立机械臂关节的机电耦合模型,采用空间电压矢量控制技术(SVPWM)搭建机械臂关节伺服控制系统,通过改变电机固有参数,仿真分析机械臂关节的运动性能。根据仿真结果分析电机参数与机械臂本体的匹配程度对机械臂运动性能以及动态响应特性的影响,为电机的选型提供理论基础。(4)机械臂机电耦合实验研究。虚拟仿真实验完成之后,以Dobot为实验对象,搭建实验平台,完成了机械臂的实时运动控制和可视化监控,验证了运动学模型的正确性。与广州数控生产的RB型工业机械臂为对比,对机械臂的机电耦合进行实验,绘制机械末端的运动轨迹,以轨迹的平滑度为性能参考指标,实验验证了电机参数对机械臂运行性能的影响,为机械臂的进一步改进的设计提供实验数据。