机械臂作为迄今为止人工智能程度最高的科技产品代表,其应用已经涉及制造业、医疗、农业等,机械臂的运动学分析与轨迹规划一直是科研工作者们的研究热点之一。本文以广州数控公司生产的六自由度工业机械臂作为研究对象,依据结构参数,建立了该对象的D-H模型,进行了正、逆运动学的分析,采用粒子群优化神经网络算法求解了机械臂的逆运动学解,在完成逆解求解的基础上,提出对称组合函数方法在关节空间下进行机械臂的轨迹规划。最终,通过在ROS、 MATLAB平台下搭建仿真模型,验证了所提方法的有效性。首先,为了对机械臂的运动学分析提供依据,介绍了机器人在空间坐标下的齐次变换等基本原理,分别阐述了ROS、 Robotics Toolbox仿真平台的特点,以及使用D-H标准方法进行建模的步骤和注意事项。其次,依据D-H标准方法和实际机械臂的结构参数,建立了六自由度机械臂的D-H坐标模型,确定了神经网络结构与优化流程,得到机械臂执行末端与关节变量之间的约束关系,使用粒子群优化神经网络算法求解了机械臂的逆运动学解。对比了不同算法进行逆运动学求解的优、缺点,分析了所提方法的优良性。并通过在ROS的rviz平台下搭建物理模型,设计通信GUI (Graphical User Interface,简称GUI),对所提算法进行了多平台物理仿真实验。最后,介绍了机械臂的轨迹规划原理,描述了各类轨迹规划方法在机械臂轨迹规划中的应用情况,分析了在机械臂轨迹规划过程中出现的问题,讨论了在关节空间、直角坐标空间下进行轨迹规划的方法与流程,对比了在不同坐标系下进行轨迹规划的优、缺点,为机械臂的运动仿真分析奠定了理论基础。着重介绍了在关节空间下使用对称组合函数进行轨迹规划的方法,通过逆运动学求得机械臂末端对应关节空间下的各关节角度(插值点),引入时间变量,使用对称组合函数对该关节运动的加速度函数进行插值,得到机械臂的各个关节位移、速度和加速度运动轨迹曲线。运用Robotics Toolbox工具箱验证了所提轨迹规划方法的有效性,并对比了不同轨迹规划方法,直观地反映出机械臂各杆件和末端执行器的运动状态,为机械臂的控制策略提供了理论依据。