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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着机械臂技术研究的深入，机械臂在各个行业应用日益普遍，但对机械臂的要求也变得复杂多样化。本文针对常见的三自由度关节机械臂进行研究及仿真分析，设计的机械臂在结构上有一定的通用性，所以对这款机械臂研究中所用到的分析方法和研究手段可以为今后类似结构的机械臂的优化提供参考依据。使用软件进行机械臂建模与仿真，也可以避免实体机械臂开发等问题。

国内外研究现状

机械臂研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，机械臂的发展取得了惊人的进步，诸多学者的不懈努力也推动着机械臂系统的研究一步步前进。

梁天培、冯海堃在1987年3月利用汇编语言与微处理器研究和设计了五自由度机械臂，通过比例积分调节，消除了由负荷产生的偏差。1989年5月又通过继电式控制设计了一种三自由度机械臂^[1]。1995年，史福元研究并论述了机器人控制系统的受力分析，设计了一种低成本、有效降低噪声和发热的理想机械臂受力缓冲离合器^[2]。2003 年，徐本连通过动力学仿真软件adams建立动力学模型，对工业机械臂系统的基本动力学原理作出阐述，并对其动力学特性进行了分析和计算^[3]。2012年，王从庆采用拉格朗日法等对平面三连杆自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂系统进行研究，实现了基于最小关节驱动力矩的优化^[4]。2016年，李程程对7自由度机械臂进行了建模与仿真，基于牛顿迭代法求解运动学正逆解算法，在笛卡尔空间设计连续路径的运动轨迹规划算法^[5]。

目前，工业机器人先进技术还掌握在部分工业发达国家手中，相对而言，中国的机器人技术起步较晚，发展相对缓慢，但随着研究的深入，我国机器人技术有着明朗的未来。

2. 研究的基本内容

一、用动力学方程对机械臂建模；

二、设计控制器，并用matlab编程、仿真；

三、用SolidWorks软件对机械臂装配、仿真和演示。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

以三维机械臂作为载体，应用solidworks软件完成各组成零件的建模及装配，并用matlab进行运动仿真，完成该机械臂的工作工程的动画演示。

进度安排：

4. 参考文献

[1] 梁天培，冯海堃。三自由度机械臂的继电式控制[j]。控制理论与应用，1989,(02)：17-24。[2] 史福元。机械臂力控制系统的分析与设计[j]。机电工程，1995，(03)：38-40。[3] 徐本连，侯保林，陈庆兰。机械臂的设计及其动力学仿真[j]。起重运输机械，2003，(10)：26-28。[4] 王从庆，吴鹏飞，周鑫。基于最小关节力矩优化的自由浮动空间刚柔耦合机械臂混沌动力学建模与控制[j]。物理学报，2012，(23)：81-88。[5] 李程程。七自由度机械臂控制系统设计与研究[d]。东南大学，2016。[6] 李海涛等编著。matlab程序设计教程[m]。北京：高等教育出版社，2002。[7] 吴硕，吴桐。五自由度机械臂运动学系统建模与仿真[j]。自动化与仪器仪表，2017(02)：26-28 32。