服务机器人作为目前国内外机器人领域研究的重点之一,其研究水平在一定程度上代表着一个国家在机器人领域的发展水平。我国已把服务机器人列为未来十五年内重点发展的前沿科技。在服务机器人发展的同时,其应用环境也愈发复杂,为使机器人能够适应各种复杂环境,具有双臂和腰部多自由度机构的服务机器人越来越受到研发人员的关注。本文主要针对服务机器人的腰臂机构的运动学、工作空间、关节轨迹规划以及动力学问题进行研究,并采用计算机仿真实验对算法的正确性进行验证。论文主要内容包括:服务机器人腰臂机构三维模型的构建、腰臂机构正逆运动学的分析与仿真、工作空间与关节轨迹规划的分析与仿真、动力学模型的建立与仿真等四个方面的内容。论文的主要工作如下:(1)腰臂机构三维模型的构建。首先,对本文所研究的服务机器人腰臂机构的结构进行介绍,以及腰臂机构各组成构件的结构参数以及物理性能,然后运用SolidWorks三维建模软件按照实体尺寸绘制腰臂机构的三维模型。(2)腰臂机构的运动学建模及分析。首先,采用MDH法对腰部以及双臂各结构的参数进行描述,推导出机械臂的正运动学方程,并采用变量分离法和几何法相结合的方法来对双臂的逆运动学方程进行求解;然后,推导双臂与腰部耦合时的正运动学方程;最后将三维模型导入MATLAB中构建仿真平台对运动学方程的正确性进行验证。(3)腰臂机构工作空间的求解及轨迹规划。首先,利用集合的概念对工作空间进行分析,采用蒙特卡洛法对腰臂机构的工作空间进行求解,分析仅双臂运动以及腰臂耦合运动两种情况的工作空间,并对部分界面的边界进行对比分析;然后,分别采用三次和五次多项式插值法对其在关节空间内的轨迹进行规划并进行仿真验证;最后,采用直线及圆弧插值法对笛卡尔空间中的路径进行规划。(4)腰臂机构动力学模型的建立及仿真。首先,采用牛顿-欧拉法构建服务机器人腰臂机构的动力学模型,求解运动过程中各关节所需的力矩;然后,将服务机器人腰臂机构的三维模型导入Adams软件中构建虚拟仿真样机,并使用MATLAB控制其运动过程进行联合仿真验证动力学模型的正确性。本文针对服务机器人的腰臂机构的运动学及动力学作相关研究,为后续腰臂耦合运动时的灵活性分析、协同运动、轨迹规划以及力矩与角度的双控制等研究提供一定参考。