随着中国制造业升级,工业机器人被越来越广泛地应用于生产实践中,代替人类完成码垛、喷涂和焊接等各类工作。但在实际生产应用中,工业机器人运行时存在运行效率低下、运行精度不高的问题。其中,对已规划的轨迹没有进行时间优化,关节摩擦的存在是主要原因之一。本课题为解决以上问题,开展了六轴机器人运动学与轨迹规划、动力学与关节摩擦补偿等的研究。本文以六轴关节型机器人为研究对象,以标准的D-H参数法建立机器人的运动学模型,推导运动学方程得出正解。利用代数法求解得出逆解,并利用MATLAB机器人工具箱对正逆解算法进行仿真验证。利用蒙特卡洛法和极限定步距角法分析其工作空间。在运动学分析的基础上,围绕所规划的码垛轨迹的实现展开。对关节空间下的轨迹,规划所用的光滑函数为三次样条函数,采用遗传算法来求解符合运行时间最短且符合速度约束方程、加速度约束方程、冲击约束方程这3个约束条件的优化问题,得出时间最优轨迹。对笛卡尔空间下的轨迹,采用梯形加减速控制算法结合三次样条曲线完成直线、圆弧插补。机器人在MATLAB中仿真实现码垛轨迹时,运行平稳无振动且时间最优。考虑关节摩擦补偿的力矩控制是提高运行精度的有效方法。基于拉格朗日法建立六轴机器人的动力学模型和确定动力学方程相关参数,再在ADAMS和ANSYS中,进行动力学仿真分析与模态分析。依据上述建立的动力学模型就可以为后续的力矩控制奠定基础。在动力学分析基础上,介绍多种摩擦模型,通过比较确定采用Stribeck模型作为关节摩擦的补偿模型。随后在MATLAB中进行恒速跟踪实验,从而获取实测摩擦力矩值。基于Stribeck摩擦模型利用遗传算法完成摩擦参数辨识,验证所建立的摩擦模型的准确性。随后,在MATLAB的Simulink模块中完成末端关节的摩擦补偿仿真实验,比较只采用PD控制与基于Stribeck摩擦补偿的前馈PD控制两者的实验结果,表明机器人采用后一种控制方法,很好的消除“平顶”现象与“低速爬行”现象,跟踪误差更小,运行精度更高。本文给出了控制系统的软件设计部分。在分析Keba、安川等机器人公司的示教编程资料基础上,归纳出“示教再现”流程,利用QT开发出一款简单、易行的示教盒控制界面。随后,结合固高运动控制器的API函数,成功地在六轴机器人平台上进行直线、圆弧等轨迹规划实验,验证所开发算法的正确性。