当前,我国机器人市场进入高速增长期,工业机器人连续五年成为全球第一大应用市场。然而工业机器人在使用中存在能量的不合理利用,造成大量的能源浪费,其能耗问题已上升到国家战略的高度。本文针对工业机器人生产中存在能耗较大、承载能力差、轨迹未优化、布局不合理等问题,以工业机器人为研究对象,以提升机器人负载能力与节能水平为目标,研究了基于仿生学的工业机器人能耗最优运动轨迹规划方法。(1)本课题利用运动捕获系统获得人体手臂在搬运物体时的运动轨迹,以及通过肌电信号采集系统获取手臂肌肉发力信息,综合分析得到人体手臂在搬运物体时的运动特征。约束人体手臂运动范围,对人体手臂模型进行简化,看似刚体进行分析研究。为后续仿生轨迹规划方法的研究奠定基础。(2)建立仿人三自由度机械臂模型,通过D-H法则进行运动学和逆运动学分析,以及通过拉格朗日分析法对其进行动力学分析并建立机械臂的有效工作空间。通过静力学,对机器人工作空间与工作载荷之间关系进行分析,得到两者之间存在的对应关系。为后续机械臂的轨迹规划方法研究奠定了基础。(3)通过对轨迹规划方法的简要分析,选取五次多项式插值法对轨迹进行规划并进行仿真分析,对比加入特征点信息和运动约束等的仿真结果,得出后者的规划方法使得机器人能量消耗有所优化,负载能力得到加强。(4)通过研制的机械臂进行实验验证。对比仿真和实验数据的结果分析,验证此基于仿生学的机器人运动控制方法的正确性和优越性。