摘要：针对4DOF车载空调码垛机器人的运动学特性及其工作空间进行分析，以实现其在动态环境中快速、精确地达到预定姿态。采用D-H参数法建立了机器人连杆坐标系，并推导出相关运动学方程，从而完成正运动学和逆运动学的分析。为验证模型的准确性，使用MATLAB软件进行模拟测试，确保机器人在设定关节角度下能够准确实现目标姿态。此外，利用蒙特卡洛算法成功模拟了码垛机器人的实际工作空间，并得到了工作空间的云图和投影图，直观展示其运动能力和可达工作空间。最后，采用五次多项式插值法进行轨迹规划仿真，并与三次多项式插值法的结果进行比较。结果表明，五次多项式插值法生成的运动轨迹更加平滑且无突变，保证电机的平稳运行，能够有效满足车载空调码垛机器人的作业需求。
关键词：码垛机器人,D-H法,轨迹规划仿真,正逆运动学
0引言
随着物流和制造业的快速发展，自动化技术的应用愈加广泛，码垛机器人作为实现高效自动化的重要设备，正在慢慢成为现代生产和仓储体系中重要的一部分[1-2]。它可以快速将物料进行装箱、堆垛，从而提高生产效率，降低人力成本[3-5]。在此环境下，研究码垛机器人的运动学及轨迹规划就显得尤为重要，因为这不仅能够提高生产效率，确保产品质量，还可为其他生产线的自动化改造提供借鉴[6-8]。张程等[9]针对关节轨迹规划法与笛卡尔空间规划法进行对比，验证了关节空间规划法具有更好的平稳性。徐志祥等[10]则在关节空间下采用基于傅里叶级数展开的轨迹规划方法，该方法高效稳定。陈华等[11]
利用五次多项式插值法，对机器人轨迹规划问题展开研究。徐尤南等[12]应用粒子群算法（PSO）对轨迹规划的最优时间求解问题进行了研究，解决了多项式轨迹规划中存在的高阶和运算量大的问题。万琴等[13]利用七次多项式插值算法，得到了更加平滑的运动曲线，减少末端执行器在运行时所受到的冲击。
本文以车载空调码垛机器人为研究对象，通过D-H法[14-16]推导出了该机械臂的正运动学齐次变换矩阵，并通过对齐次变换矩阵中各个元素的比较，推导出机械臂的运动学逆解。此外，利用机器人工具箱[17-19]对机械臂的工作空间进行了仿真，进一步确认了所建立模型的准确性。最后通过五次多项式插值算法[20]对它在关节空间下的任意起始点位置和目标点之间进行轨迹规划仿真实验，结果表明，五次插值多项式算法规划的运动轨迹平滑、无突变，可以很好的满足车载空调码垛机器人的工作需求。
1码垛机器人运动学分析
1.1结构组成
码垛机器人由执行器和腰关节、肩关节、肘关节和腕关节4个旋转关节组成。腰关节为旋转关节，其他关节为弯曲关节。其结构如图1所示。
3结束语
本文以4DOF码垛机器人作为研究对象，首先通过4DOF码垛机器人模型参数，采用了D-H法研究了机械臂与各关节之间的关系，建立机械臂模型，利用运动学方程研究了码垛机器人运动过程的正逆解，并通过使用机器人工具箱对正运动学和逆运动学模型进行了验证。其次利用MATLAB对机器人工作空间进行仿真，采用蒙特卡洛方法来计算工作空间，从而得到了三维工作空间及机械臂在各个坐标平面上的投影图。最后通过对比三次和五次多项式插值算法，发现五次插值算法在运动过程中，各关节角度与时间之间的关系曲线展现出连续和平滑的运动特性，各个关节的角速度和角加速度变化平稳，没有出现突变现象，同时在起始点和终止点的速度与加速度均成功限制为零。这些结果显示，机械臂在实际工作中，各关节和运动部件能够保持平稳运行，从而保证操作的安全性和精确性。
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