随着自动化技术的不断进步和市场需求的不断扩大，作为机器人领域的杰出

代表，工业机械臂的应用越来越广泛，作为机械臂核心模块的运动控制系统，其

重要性不言而喻。各大自动化生产厂商与系统集成商的大规模投入和各国政府的

政策导向，预示着针对工业机械臂及其控制系统的研究仍会进一步深入。

本文以自行设计并装配完成的XIOPM 六自由度机械臂作为研究对象，采用

Denavit-Hartenberg 标准建模方法，计算得到机械臂的D-H 参数表与运动学方

程，运用解析解法推导出其运动方程的逆解，基于拉格朗日功能守恒法推导出机

械臂的动力学方程。在此基础上，从结构设计入手，分析论证了机械臂各项关键

指标，据此完成了机械臂关键电子学部件的选型与采购，设计了以PC/IPC+运动

控制器（PMAC）+驱动器+直流电机（带减速装置和编码器）为框架的电控系统。

在MATLAB/Simulink 中进行了多项仿真实验。采用Robotics Toolbox 编程

实现机械臂的运动学建模，验证了运动学正逆解，完成了关节空间的轨迹规划；

在Simulink 中根据各轴直流伺服电机的电气参数建立其数学模型，加入闭环PID

控制器，利用pidTuner 工具整定得到符合要求的三环参数；使用SimMechanics

Link 工具将ProE 中建立的机械臂模型导入MATLAB 中，采用随机数输入的方法

得到机械臂工作空间，随后将设计好的直流电机控制模型作为机械臂模型各关节

的驱动输入，自行设计简单的GUI 控制界面，对机械臂进行更为真实的可视化仿

真。各项仿真实验均得到较为理想的效果，可以为机械臂的实际调试提供理论依

据，具有较高的参考价值。

配置好各驱动器和PMAC 参数并与PC 通讯正常后，对机械臂的单轴定位重复

性进行测试，得到优于0.04mm 的重复定位精度；对机械臂进行关节空间的轨迹

规划，利用全站仪对机械臂末端进行定位测试，得到其重复定位精度为0.67mm，

绝对定位精度为3.45mm。