随着工业自动化的进步和全球产业结构的改变,各国都在推进智能制造和产业升级,工业机器人作为制造业自动化的基础,显得愈发重要。加上当前工业生产的工况越来越复杂,对工业机器人的性能要求也越来越高,但国产工业机器人在核心技术方面相较于国外还有一定差距。轨迹规划是机器人运动控制的核心,直接决定着机器人的作业精度、运动方式与使用寿命;运动仿真技术则能借助仿真系统来模拟实物做研究,大大削减研发成本。本文以IRB2400型6-DOF工业机器人为研究对象,在机器人运动学建模分析的基础上,依照不同的任务要求在MATLAB中设计轨迹规划算法,并对算法进行验证,然后借助ROS仿真系统对工业机器人运动仿真进行了研究。主要内容如下:本文首先介绍了空间描述和坐标变换原理,研究了六自由度工业机器人的建模方法,根据标准DH参数法建立IRB2400机器人各连杆坐标系,结合机器人各项参数完成数学模型的搭建。然后采用齐次变换矩阵对机器人正运动学方程进行求解,得到末端相对于基座的总变换矩阵。采用代数解法计算机器人逆向运动学,分别求解出各个关节角度。最后使用MATLAB的Robotics Toolbox里的函数完成正逆运动学验证,且在此基础上做了运动学仿真,进一步证明建模的正确性。其次,研究了笛卡尔空间的轨迹规划算法。先对常用的位姿插补方法进行了介绍,然后主要针对工业机器人在笛卡尔空间的多轨迹规划问题进行了研究,由于喷涂等加工场景对轨迹有特殊要求,基于S型速度曲线改进设计出一种连续多路径平滑过渡算法。采用单位四元数对姿态进行插补,再根据路径点坐标、转接速度和半径调节参数在相邻轨迹段建立圆弧衔接模型,对空间直线与圆弧进行位姿插补。最终在MATLAB平台上与首末速度为零的传统S型加减速算法进行了仿真实验对比。结果表明该算法的执行效率与传统S型速度曲线轨迹规划相比大幅度提升,并达到了相邻轨迹平滑过渡的效果,机械冲击也得以减小。再次,研究了关节空间的常用轨迹规划算法,接着主要针对工业机器人工作效率、能量消耗以及启停时的柔性冲击问题,提出了一种时间-能耗最优5-3-5分段插值关节空间轨迹规划方法。关节轨迹采用3次非均匀B样条和5次多项式混合插值构造,与经典B样条插值进行了对比。然后在考虑运动学约束的情况下,以时间和能耗为目标,利用CMOPSO算法对工业机器人的轨迹进行优化,获得帕累托最优解集,并建立归一化权重目标函数选取期望解。最后MATLAB仿真结果表明:优化后的分段插值轨迹能有效避免启停时的柔性冲击问题,大大提升工业机器人的工作效率,同时大幅减少能量消耗,实现时间-能耗的综合最优,验证了该轨迹规划方案的有效性。最后,研究了基于ROS系统的笛卡尔空间和关节空间轨迹规划仿真。先完成IRB2400工业机器人URDF模型的导出和创建,借助ROS可视化平台Rviz对模型进行了验证。之后利用Move It软件包对工业机器人进行可视化相关配置并测试,实现对各关节的运动控制后,再联合Gazebo搭建仿真平台,对相关的工业机器人控制器进行设计和参数设定,编写launch文件实现对仿真平台的启动,完成Move It-Gazebo联合仿真平台的搭建。随后在ROS的仿真平台上分别对本文的机器人进行了关节空间与笛卡尔空间的轨迹规划仿真,使用Move It规划控制Gazebo里的模型完成运动任务,验证了ROS系统轨迹规划仿真的有效性。