模块化机械臂具有以下特点:各模块之间采用电气结构进行连接,通过改变中间杆件可以构成不同自由度、不同尺寸、不同工作空间与不同功能的机械臂。一个完整的模块化机械臂由众多个独立的模块组成,其中模块与模块之间的尺寸可以不尽相同。与传统的机械臂相比较,采用模块化设计的机械臂在成本、使用维护、应用范围等方面都具有明显的优点,可以极大的满足人们在各方各面上的需求,模块化机械臂的研究越来越受到各国专家学者的重视。本论文研究来源于安徽省高校自然科学研究重点项目,编号:KJ2016A200。本文以该项目所研究的服务机器人模块化机械臂为研究对象,对安装于该服务机器人上的机械臂进行了运动学方面的相关研究,主要包括模块机械臂的正运动学、逆运动学、雅克比矩阵计算、工作空间可视化及轨迹规划与仿真等方面,主要内容如下:(1)机器人系统的构建。介绍了本论文所研究的模块化机械臂,主要包括机械臂的结构形式,各模块之间的参数,各模块的物理性能与整体架构,还有用SolidWorks建立的模型。(2)机械臂运动学模型建立和分析。采用标准DH法对机械臂进行建立正运动学模型,而对于逆运动学,将几何法以及分离变量法相结合,完成了对机械臂的逆运动学的求解。而后,采用数学软件MATLAB,对模型的正确性进行了验证。(3)机械臂灵活性指标分析和工作空间的求解。本文使用TOMM指标中的求解椭球相交体积的方法,在几何层面上对灵活性的优劣作出直观上的表示;关于工作空间的求解和计算,使用的是蒙特卡洛法,对运动时的点云图以做了数据上的分析和图形的绘制。(4)机械臂奇异性的分析。本部分主要研究机械臂的奇异性,首先对运动学以及雅克比矩阵进行了数学上的计算求解,经过一系列的分析,得出了θ2=±π/2,θ3=0,θ5=0这三种情况下,机械臂会发生奇异性,之后用MATLAB验证了推理,最终证明了求解的准确性。(5)机械臂的轨迹规划。本文对于该种构型的模块化六自由度机械臂轨迹规划方面,为了使得机械臂在运动过程中轨迹连续平滑,在关节空间采用三次和五次插值法进行轨迹规划,并在基于MATLAB构建的仿真平台上完成了仿真验证,之后对直线和圆弧的轨迹规划做了具体的介绍。本论文主要针对模块化机械臂其特殊构型下的相关的研究,为后续机器人轨迹优化、动力学及相关控制等方面具有一定的参考意义。