随着科学技术的进步,机械手越来越多的应用到工业生产中,发挥着越来越重要的作用。智能机器人技术的不断发展和其在生产生活中的广泛应用,不断地改善人民的日常生活,同时推动了社会生产力的提高并不断推动着社会生产的进步。开展机械手的相关研究具有重要的理论和现实意义。本文以三自由度关节式机械臂为研究对象,对其机械部分、运动学和控制部分进行设计和分析,主要做了如下工作:(1)设计了三自由度关节式机械臂的机械结构,主要包括传动方案的设计和主要零部件的校核。采用连杆机构实现大臂小臂的伸缩俯仰动作,采用双平行四边形机构保证末端执行器的水平,以及大臂与小臂的运动独立性。大臂小臂采用步进电机加减速器驱动连杆,机身直接与电机连接,实现旋转运动。利用有限元对机械臂的主要机械部件进行了受力分析和校核。(2)在笛卡尔坐标系下采用D-H参数法对每个连杆建立坐标系,根据两个相邻坐标系之间相对位置,采用姿态的齐次坐标变换对机械臂的运动轨迹进行描述,并建立了机械臂运行状态的运动学方程,进一步建立了机械臂的运动学模型,分析正运动学和逆运动学,求解机械手的雅可比矩阵。介绍了逆解的两种方法,代数法和几何法,重点讨论了基于三自由度三自由度关节式机械臂的几何解法和算法。(3)详细分析了机械臂的轨迹规划。根据通过齐次坐标变换建立的机械臂运动学方程和动力学模型,对机械臂的关节空间及笛卡尔空间中机器臂运动方式和运动轨迹进行研究,探讨了机械臂在空间中的逐点比较法直线插补,最后通过实验验证了基于插补轨迹控制算法的正确性。