随着人工智能化和生产工业化发展,工业机器人和康复医疗机器人越来越普及,机械臂作为主要的执行机构,对重量、负载能力、灵活性,仿人运动,规避障碍,完成复杂任务等方面提出了更高的要求,因此七自由度机械臂控制系统的设计与研究成为该领域重要的研究方向。本文结合实验室的机械臂项目,研制七自由度机械臂控制系统平台,实现对七自由度机械臂的运动控制和路径规划。针对本文所研制的七自由度机械臂,设计一种基于CAN总线通讯的控制系统。通过Denavit-Hartenberg参数法构建机械臂的数学模型,推导正运动学公式,设计基于牛顿迭代法的逆解算法,解决逆运动学的数值解法多解性问题,获取最优解。在此基础上,在关节空间设计了三次插值和五次插值算法进行路径规划,实现对机械臂的点到点的运动控制；在笛卡尔空间,设计空间直线轨迹和空间圆弧轨迹规划算法,实现机械臂直线和圆弧运动。设计机械臂控制系统的硬件框架,包括微处理器系统电路和传感器模块电路设计、通讯总线与各元器件的选型。编写机械臂控制软件,包括PID控制器、人机交互软件和下位机角度获取模块程序,制定系统通信协议,实现用户对机械臂的各种操作和设置。为验证七自由度机械臂控制系统的性能满足设计要求,进行试验,第一,验证基于牛顿迭代法的逆解算法的准确性,对机械臂逆解结果进行分析测试。第二,在机械臂安装过程中,需要对安装的部件进行测试,以确保安装部件可以正常工作,当单个关节安装完毕时也需要进行测试,保证每安装新的关节之前系统是正常的。第三,对机械臂各关节尺寸进行标定实验,计算机械臂建模所需要的关节参数,为后续的误差优化处理做准备。第四,实现用户通过软件准确地控制机械臂,对系统的通讯进行测试,计算总线负载率,保证各关节可以正常通讯；对控制界面的各功能测试,保证每个按键实现其对应功能。第五,系统测试保证机械臂可以完成用户指定动作,设计多种动作,测试机械臂是否可以完成指定动作。第六,测试机械臂的精度和误差,设计机械臂运动路径点的坐标,测量实际坐标系所经过点的坐标,分析计算误差。