针对所设计的5-DOF机械手,使用D-H参数法建立正运动学模型,并利用反变换法结合几何法得到了逆运动学的封闭解表达式。通过求解目标轨迹上路径点的逆解,利用MATLAB软件进行了逆运动学仿真,分别对两组逆解进行轨迹规划,得到相同的末端轨迹,验证了关节角逆运动学方程关系及其正确性。在此基础上,对符合关节转角范围的一组逆解进行多项式拟合,并采取分段拟合的方法,降低多项式次数并减小了误差,得到关节变量关于时间t的显示解析式,拟合结果精确,便于实现对输入舵机的实时控制。最后,利用机构测量仿真,证明了拟合解析式的准确性。

针对基于运动学正解的蒙特卡罗法在求解机械手工作空间时,难以得到包域边界特征,而偏置型机械手的工作空间及未包域空腔形状直观性不强等问题,建立了基于连杆长度及关节角范围的包域边界点模型,得到所研究偏置型机械手的工作空间内、外边界曲线表达式,并描绘出直观、精确的工作空间透视图。通过对两种方法的理论分析及仿真求解,验证了运动学正解及蒙特卡罗法所求工作空间的正确性,并可直观看出其工作空间存在曲面包络的内未包域空腔,最后通过对内未包域空腔、工作空间体积及性能的分析,证明该偏置型机械手具有良好的工作空间性能,对偏置型机械手工作空间的研究具有理论指导意义和实践应用价值。