由于市场的需求和自动化领域的迅猛发展,工业机器人的使用和进步在控制行业已经是不可避免的潮流。但是相对于国外的发展情况,我国在这方面有着不小的差距,主要是国外垄断着他们的完整的控制产业链,并且企业和机构研发的工业机器人控制系统都采用专用的控制器,使系统缺乏通用性、灵活性。这两个主要因素直接导致了我国工业机器人的提高举步维艰。所以,设计一种具有可重构性的、开放性的控制系统具有重大科研意义和广泛的市场价值。在这个背景下,本文将使用PLCopen标准对六自由度工业机器人控制系统进行分析与设计,并实践了机器人所需的基本功能模块,为之后的相关性研究和探索提供了部分基础。主要研究内容如下:在MATLAB仿真平台上传入六自由度机器人的结构参数并使用D-H方法进行建模,之后推导其正逆运动学矩阵和位姿表达式,并采用数值解法求解机器人六轴的关节角度,最后验证了推算结果的正确性。对运动产生的轨迹进行规划,首先分析和推算了传统的多项式插补算法,以及提出一种基于分段的拟合轨迹优化算法,在仿真和误差分析之后,结果表明上述算法均基本达到设计的目标。基于市场情况,分析总结出机器人控制系统的设计方案。本文主要以实验室已有的六自由度工业机器人为实验主体,基于嵌入Twin CAT（The Windows Control and Automation Technology）的visual studio编程环境并采用基于PLC控制的解决方案,配合使用德国倍福CX2020系列控制器以及传动科技公司旗下的CDHD伺服驱动器产品,对机器人系统进行设计和实现。对于硬件PC机、控制器、伺服驱动器之间采用一主多从的控制方式,并且为了后续的维护和检修设计了它们的电气接线图。而对于软件方面,为了发挥运动控制程序的封装性、可重构性和通用性,在编写机器人功能程序时主要采取模块化的设计思想和ST（Structured Text）的文本编程语言,程序设计包括有正逆运动学、单轴运动、直线运动、圆弧运动、通讯模块等等。之后结合实物,并且为了保障上下位机的及时、准确通信,采用了工业以太网Ether CAT通讯协议,最后通过实际上机调节和操作成功实现了上下位机的通讯。本文在最后对设计的控制系统进行功能实践,验证内容主要为机器人正运动测试、回零运动测试、点动测试、直线运动测试、圆弧运动测试。测试结果基本达到预期目标,总体设计的机器人控制系统功能较为完善。