针对当前绿篱修剪机器人难以在复杂、非结构环境下进行养护作业问题,受连续型机器人和仿生学原理的启发,提出一种具有更强环境适应性、更高自由度的冗余线驱动绿篱修剪机器人。本文建立了绿篱修剪机械臂运动学与动力学的数学建模,对机械臂末端展开了路径规划研究。进而利用仿真软件对绿篱机械臂模型进行仿真验证,对绿篱修剪领域新型机器人的研发起到一定的指导意义。本课题源于重庆市城市管理科技计划项目“城市道路绿篱修剪机器人研发与应用”。论文的主要研究内容包括:(1)根据城市道路绿篱带的各项指标和设计要求,对绿篱修剪机器人的总体布局和线驱动机械臂、移动机构等关键部件进行设计,利用SOLIDWORKS三维建模软件设计了绿篱修剪机器人的各个零部件并搭建了样机模型。(2)基于坐标分析法建立了单关节的运动学数学模型,求解了每组驱动绳长与相对应两关节转角的函数关系,基于D-H参数法分析了10-DOF机械臂的正向运动学数学模型并在MATLAB中编程用逐点法绘制了机械臂的作业范围,运用遗传算法以关节转角最小和末端位置精度作为约束条件搜索了绿篱修剪机械臂各关节转角的逆向解。揭示了绿篱修剪机械臂每组驱动绳索间的长度耦合关系,并推导了其解耦公式,最后通过仿真验证了机械臂正向、逆向运动学模型以及解耦数学模型的正确性,为绳驱动绿篱机械臂的全遍历路径规划提供了理论依据。(3)基于Lagrange法对线驱动绿篱修剪机械臂进行动力学数学建模,采用ADAMS后处理模块绘制了各驱动关节的驱动力矩曲线图,作为驱动绳索和驱动电机的选型依据。(4)针对绿篱修剪机械臂的作业环境,分析碰撞条件并提出一种基于截面的碰撞检测法。采用最小二乘法对机械臂的作业环境和障碍物点云数据进行拟合建立作业环境模型。根据分流模型提出考虑机械臂中间连杆避障的执行机构末端全遍历路径规划方法。利用MATLAB编写程序计算各栅格活性值,并绘制机械臂末端全遍历路径图,验证所提全遍历方法的有效性。最后选取栅格地图中的一条直线路径对其进行轨迹规划,得出各关节转角与时间的关系曲线图。并在MATLAB中进行仿真验证。