工业机器人在实现制造过程自动化、提高劳动生产率中占有重要的地位。由于工业机器人轨迹规划的好坏直接影响能耗的高低,因此,如何合理规划工业机器人能耗最优的轨迹问题受到了许多学者和机器人生产商的重点关注。本文以LR4-R560型六自由度机械臂为研究对象,首先建立运动学与动力学模型,为轨迹规划的研究和优化能耗的问题提供基础。其次在各关节角度、角速度、角加速度的约束条件下,将能耗最少作为机械臂的运动轨迹的优化目标,利用双种群布谷鸟算法(DCS)结合五次多项式插值法规划一条能量消耗最优的运动轨迹。主要研究内容如下:(1)针对机械臂运动学正、逆解求解问题,首先依据机器人运动学数学基础与D-H法建立LR4-R560机械臂连杆坐标系;其次结合LR4-R560机械臂各连杆相关参数建立运动学正、逆解模型。仿真结果验证了正向运动学的正确性与逆向运动学最优解的有效性,为机械臂轨迹规划运动提供了实践基础。(2)针对机械臂运动过程中各关节力矩求解问题,首先根据建立动力学模型常用的三种方法的特点,选用拉格朗日方法建立动力学模型的方程,该方法的优点是建立方程的过程相对比较简单,易于理解;其次结合LR4-R560机械臂各连杆相关参数,计算出方程中主要系数,建立动力学模型,求出各关节力矩值,为机械臂的能耗优化奠定了基础。(3)针对机械臂运动过程中电机不平稳的问题,首先研究了关节空间的轨迹规划与直角坐标空间的轨迹规划的特点及方法,为了防止出现奇异点,选用关节空间的轨迹规划方法进行机械臂轨迹的规划;其次对三次多项式插值法与五次多项式插值法进行仿真实验对比。实验结果表明,运用五次多项式插值法使得各关节角度、角速度和角速度均保持连续,保证了机械臂平稳运动。(4)为了解决机械臂运动过程中降低能耗的问题,提出基于双种群布谷鸟算法求解能耗最优轨迹的方法。在满足各关节角度、角速度和角加速度的约束条件下,以能耗最优为目标函数,使用双种群布谷鸟算法结合五次多项式插值法对机械臂的运动轨迹进行目标优化。实验结果表明,双种群布谷鸟算法能够有效的规划出一条能耗最优的运动轨迹。与标准的布谷鸟(CS)算法相比,总能耗优化约11.7%。与粒子群(PSO)算法相比,总能耗优化约18.2%。