本研究聚焦于六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真分析，探讨其在精确操控和路径规划中的应用潜力。
本段落主要开展了以下几方面的工作：
首先，在研究机械臂抓持器在工作空间内实现任意位姿至少需要六个自由度的基础上，采用了六自由度链式关节的结构，并根据自平衡机器人的尺寸设计了一套机械臂方案。通过各连杆的质量进行静力学估算以确定各个关节所需的力矩，从而选择匹配电机。此外，采用基于CAN总线分布式的控制策略将工控机和关节控制器连接到同一网络中；其中，工控机主要负责监控关节控制器，并执行运动学及轨迹规划算法的实现任务；而关节控制器则使用TI公司的TMS320LF2407 DSP来完成位置、速度和力矩伺服控制。
其次，利用标准D-H建模方法建立了机械臂数学模型。对正向运动进行了分析并采用解析法解耦运算得出逆向运动的封闭形式解析解，并以最小能耗作为性能指标确定唯一解；同时使用基于Matlab平台下的Robotics Toolbox机器人工具箱验证了推导过程和仿真结果。
再次，研究了关节空间中轨迹规划的两种方法：三次多项式与五次多项式的路径规划。结果显示三次多项式计算量较小但不能保证角加速度连续性，而五次多项式虽然计算量较大却能确保角加速度平滑变化；此外，在笛卡尔坐标系下也进行了机械臂轨迹规划研究并采用空间直线和圆弧插补算法实现，并通过仿真实验验证了这些方法的有效性。
最后，基于六自由度构型的机械手臂设计了一套三维仿真工具。该工具利用MFC框架类及OpenGL图形库在VC++6.0开发平台上完成；这套仿真系统将运动学与轨迹规划整合在一起可以有效检验数学模型、正逆向求解过程以及四种路径规划方法的效果，解决了实际操作中难以验证和高昂成本的问题。
5星
