随着社会的不断发展,机器人在人类社会中的应用也越来越广泛,机器人机械臂轨迹规划是机器人控制中最重要的内容之一,研究机械臂轨迹规划对机器人的研究和应用有着重要意义和价值。本文以服务机器人中的六自由度关节型烹饪机器人为研究对象,以烹饪机器人完成提菜、运菜、倒菜、刷锅等动作时的轨迹的平滑度和所用的时间为主要目标,对烹饪机器人的轨迹规划进行研究。本文首先论述了机器人及机器人轨迹规划的研究现状;然后在不考虑第四个关节的前提下,建立烹饪机器人的空间连杆坐标系;确定了烹饪机器人的D-H参数,使用D-H法求得连杆坐标系之间的齐次坐标变换矩阵,建立烹饪机器人的正运动学方程,并对烹饪机器人的逆运动学解进行推导;在MATLAB环境中建立烹饪机器人数学模型,仿真验证了所求正运动学方程与逆运动学解的正确性;建立烹饪机器人的雅可比矩阵;使用蒙特卡洛法对烹饪机器人的工作空间进行求解,得到烹饪机器人的工作空间;给出了三次多项式轨迹规划与五次多项式轨迹规划的解析式,构建了过中间点的“3-5-3”混合多项式轨迹规划的表达式,给出了笛卡尔空间轨迹规划中的空间直线插补、平面圆弧插补以及空间圆弧插补的插补过程,并对上述插补轨迹规划算法进行了仿真;由于笛卡尔空间坐标系轨迹规划算法的实时性要求比较高,因此,选用了实时性和加速度连续性表较好的S型速度控制算法;为了进一步优化机器人的性能,在“3-5-3”算法的基础上,使用一种改进的粒子群算法对“3-5-3”算法进行时间优化,得到在最大关节角速度和最大角加速度限制下的各关节最优时间,并在此基础上提出了一种快速收敛的粒子群算法,将全局学习因子和局部学习因子联合起来,通过调整比例系数和全局学习因子的比重获得更快的收敛速度,从而大大减少了算法的迭代次数,提高了算法的执行速度。最后,开发了一套基于FPGA与MFC的烹饪机器人控制实验平台,实验结果表明文中所述轨迹规划方法能够实现很有代表性的提篮、运菜、倒菜和刷锅动作。