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基于六自由度工业机械臂的运动学建模与仿真性能分析

基于六自由度工业机械臂的运动学建模与仿

真性能分析

黄琳茹，黄雪涛，郭荣春，姜凯

（山东交通学院汽车工程学院，山东济南250300）

[摘要]为优化六自由度机械臂的动态性能，减少因角速度和角加速度急剧变化而导致的关节不稳

定性和运动轨迹偏差的现象，本文采用七次多项式插值算法规划各关节轨迹。首先运用标准D-H参数法

对六自由度机械臂仿真建模并分析其正逆运动学问题，其次机械臂采用蒙特卡洛法进行空间可视化仿真，

从而精准确认机械臂运动时可以到达的空间位置，并结合机械臂的运动时间、位置、速度、加速度，选

用七次多项式插值算法规划其运动轨迹，结果得出机械臂关节轨迹平稳光滑，有效解决速度、加速度乃

至更高阶动力参数的突变点，提升了机械臂的运动准确性，降低了硬件损耗，具有实用价值。

[关键词]六自由度机械臂；运动学分析；七次多项式插值算法；轨迹规划

[中图分类号]TP241.2[文献标识码]A[文章编号]1006-7523（2025）02-0074-09

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2025.02.011

迹规划过程中，运动耗时长的问题，提出一种基

引言

于改进自适应遗传算法，通过MATLAB仿真实

随着科技的不断发展，机器人技术已经广泛验验证，该算法能够有效地加快轨迹的运行时间，

应用于各个领域。在工程领域，经常借助机械臂提高了机械臂的工作效率，但该方法在成本方面

来实现搬运物品的工作。其中，六自由度机械臂相对较高，计算过程较为复杂。刘汉强[4]等针对

以高度的灵活性和准确性，成为机器人搬运技术传统粒子群算法运行效率低的问题，提出一种改

中的重要组成部分。且随着自动化水平持续攀升，进自适应遗传粒子群算法[5]，并进行仿真实验，

机械臂作业时的精准抓取与稳定运行成为关键挑实验结果表明，改进后的算法有效提高了运行效

战[1]。其中机械臂稳定运行的关键是选择最优轨率，但该方法当受到重物冲击时，不能保证其轨

迹算法，因为轨迹规划作为机械臂运动学的基石，迹的准确性。

[6]

对提升其工作精度、平稳性和工作效率有至关重国外，HaohaoMa等针对机械臂在复杂环

要的作用[2]。境中的轨迹规划问题，提出了一种改进的蜣螂优

国内，郭北涛[3]等针对传统工业机器人在轨化器算法，采用最小加速度优化轨迹，实验证明

[收稿日期]2024-09-11

[基金项目]山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目：玉米茎穗兼收收获机关键技术研究与性能优化（2022TSGC2502）。

[作者简介]黄琳茹（2001—），女，山东交通学院汽车工程学院，硕士研究生；黄雪涛（1978—），男，博士，山东交通

学院汽车工程学院，教授；郭荣春（1977—），女，硕士，山东交通学院汽车工程学院，教授；姜凯（2000—），男，山东

交通学院汽车工程学院，硕士研究生。

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山东工业技术2025年第2期(总第322期）

该轨迹可以更平滑、更高效，但该方法容易造所需参数相对较多，获取较为困难。T矩阵法的

成机械臂抖动和冲击，从而影响工作稳定性。理解和应用相对复杂，需要一定的数学基础和编