高精度、智能化以及柔性化是我们在实际生产过程中对机器人工作性能指标衡量的标准，当我们要提升机器人的性能指标时，对于工业机器人它的工作效率有一定的要求[1]。而六自由度的机械臂则是我们工业机器人中代表性的机电设备，被广泛运用于各行各业，例如工业，医学，娱乐业，太空探索及军事等方面，由此可以看出它的产业附加值极大，有着深厚的潜力，所以，对六自由度机械臂的研究具有广泛的意义[2]。

本文中具体提到的机器人为abb1410，主要应用于焊接工作，传统的水火弯板手工加工工艺已经无法满足现代造船工业的需求，由于每天工作需要面对水枪和乙炔喷枪，工人的工作环境差，对工人的身心健康有影响，工人的工作经验需要一点点积累，熟练的技术工人需要长时间的学习和实验，人工操作对工作精度难以准确的操作，工作精度波动大等等问题都限制了造船的效率[3]。使用机械臂则不然，首先机器代替了人的工作，将工人从笨重的工作岗位中解脱出来。其次，使用机械臂的精度高、效率快。第三，使用机器代替人工能够大幅度减少资源的浪费与污染，体现了绿色造船的理念。现如今世界各国之间船舶市场的竞争日趋白热化，世界各国在寻找提高生产力的契机，争夺市场，而使用机器人进行水火弯板加工是提高造船效率、造船精度，提高企业竞争能力重要的一步[4]。

1.2国内外轨迹规划研究现状

1.2.1国外轨迹规划研究现状

1.2.2国内轨迹规划现状

1.3课题研究目标及研究内容

1.3.1课题研究目标

本课题要求规划出一条水火弯板机器人的运动轨迹，根据任务书要求选定机械臂，建立运动学模型和运动学方程，以能量优化为条件优化该轨迹，并进行仿真实现。

1.3.2课题研究内容

本文选定abb1410为研究目标，用D-H方法建立机械臂运动学方程，以能量作为优化目标来优化轨迹，最终得到机械臂末端轨迹。

1.建立运动学模型和动力学方程机械臂运动轨迹规划属于逆运动学问题的实际应用，所以需要进行运动学分析。第一步，对整体机械臂的几何模型进行简化，建立它的连杆坐标系，使用D-H方法建立机械臂的坐标齐次变换矩阵，通过机械臂参数和运动学理论建立机械臂的正运动学方程组，进一步推算运动方程逆解，为机械臂末端轨迹规划作基础。介绍了常用的几种建立动力学方程的方法，着重讲解了拉格朗日方程。经过计算得到机械臂的动力学方程。

2.机械臂运动轨迹规划常用的机械臂轨迹规划的方法，包括关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划，给定轨迹上插值得到中间插值点，通过逆运动学计算将插值点转换到空间关节从而得出关节角度值，仿真获得各关节角位移、角速度、角加速度变化曲线。

3.以能耗为准则优化轨迹机械臂轨迹规划的常见优化目标有时间最优、能量最优、冲击最优以及这些优化目标的综合最优，本文选用遗传算法来优化机械臂整个轨迹运行所需的能量，进而得到满足条件的能量优化轨迹。

1.4本章小结

本章说明了课题的研究背景和研究的意义，提及了本课题的具体研究方案与研究目标，谈到了轨迹规划的相关概念，并重点分析了国内外研究现状。

第二章运动学分析

2.1位姿描述及齐次变换

确定刚体构件的空间状态就要确定它的位姿，位姿描述描述的是刚体构件位置和构件姿态。要确定空间状态就要先确定位姿。