孫　亮，馬　江，阮曉鋼
北京工業大學電子信息與控制工程學院，北京

摘　　　要：針對六自由度鏈式機械臂在進行正運動學、逆運動學以及軌跡規劃仿真時，不易直觀地驗證運動學算法的正確性和軌跡規劃的效果，在正確建立機械臂數學模型的基礎上，重點分析了機械臂在關節空間中軌跡規劃的兩種實現方法，并采用三維運動仿真進行了驗證。開發了一套六自由度機械臂三維仿真軟件，該仿真軟件在ＶＣ＋＋６�保伴_發平臺上，首先利用分割類將基于ＭＦＣ框架的窗口分割成為控制窗口和視圖窗口兩部分，然后利用ＯｐｅｎＧＬ的圖形庫對機械臂進行建模，首次將正運動學、逆運動學以及軌跡規劃算法融入其中開發而成。該仿真軟件有效地驗證了機械臂運動學模型建立的正確性，同時也對三次多項式和五次多項式兩種軌跡規劃方法做了直觀的比較，結果表明后一種軌跡規劃效果明顯優于前一種。

關　鍵　詞：機械臂；運動學分析；軌跡規劃；運動仿真

１　引　言
六自由度鏈式（６Ｒ）機械臂的軌跡規劃既可以在關節空間，也可以在直角坐標空間中進行。由于在關節空間中進行軌跡規劃是直接用運動時的受控變量規劃軌跡，有著計算量小，容易實時控制，而且不會發生機構奇異性［１］等優點，所以經常被采用。但是這種方法難以確定各桿和末端抓持器位置，所以開發一套能夠直觀地監視機械臂各個部分運動的三維仿真軟件變得極為重要。文獻［２］在Ｍａｔｌａｂ平臺下開發了Ｒｏｂｏｔｉｃｓ工具箱，能夠通過函數實現對機器臂進行正、逆運動學以及軌跡規劃分析，實現了簡單的運動學仿真。文獻［３］基于ＯｐｅｎＧＬ圖形庫開發了一套機械臂仿真系統，實現了機械臂的正、逆運動學仿真。文獻［４］利用文獻［３］的方法，且通過定時器，不斷刷新視圖，達到了動畫的效果，但是并沒有提供具體的軌跡規劃算法。本文首次將軌跡規劃算法融入開發的六自由度機械臂三維仿真軟件中，有效直觀地驗證了兩種插值函數軌跡規劃的效果。

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