1. 研究目的与意义
机械臂在空间组装、维修等任务中有着广阔的应用前景，也是我国空间站建设的关键技术之一。并且，机械臂作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式以及将人从危险、恶劣、繁重的工作环境中解放出来等方面，显示出极大的优越性，属于机器人的范畴。当今世界以互联网、新材料和新能源为基础，“数字化智能制造”为核心的新一轮工业革命即将到来，而工业机器人则是“数字化智能制造”的重要载体。
本课题以解决空间机械臂的运动规划问题为目标，利用机械臂关节参数和关节变量，通过空间位姿变换，系统研究了机械臂相对于参考坐标系的位置和姿态；根据机械臂末端执行器相对于参考坐标系的期望位姿，计算机械臂各个关节的几何参数和关节变量进行运动方程求解，属于逆向运动学问题。基于数字控制算法设计一套多自由度轻型机械臂系统，该系统采用ardunio开源硬件控制，利用树莓派平台进行空间坐标监控和运动轨迹规划，共有六个自由度，具有质量轻、速度快、精确性高、空间运动灵活以及维护方便等优点，体现了机器人的运动学分析。
该课题的研究意义是:机械臂的结构使机械臂拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，使其能在更短的时间内，以更优的位姿完成更大范围内的任务。所以，研究机械臂在空间中的指定点移动、增量移动、跟踪移动和匀速移动等相关的数字控制算法对工业制造自动化领域和人工智能领域的发展具有重要的意义。
2. 研究内容和预期目标
本课题研究过程中需涉及软件和硬件两方面编程技术问题，需搭建机械臂软硬件平台，利用ardunio和树莓派平台，根据机械臂数字控制特性，研究机械臂在空间中的指定点移动、增量移动、跟踪移动等相关的数字控制算法。
研究六轴机械臂的空间运动，首先要研究机械臂的空间坐标算法。以机械臂的基座作为空间坐标的原点，利用右手定则确定x轴、y轴和z轴。建立如图的空间坐标系：
3. 研究的方法与步骤
1.底层模块
搭建机械臂软硬件平台，完成机械臂多轴移动的基本操作；搭建树莓派平台连接机械臂，使数据能够在树莓派和机械臂之间传输。
2.空间坐标与算法模块
4. 参考文献
[1] 李玉齐. 六自由度机械臂轨迹规划与协调仿真研究[j]. 电子测量技术, 2018.
[2] 韩峥, 刘华平, 黄文炳, et al. 基于kinect的机械臂目标抓取[j]. 智能系统学报, 2013, 8(02):149-155.
[3] 林海波, 梅为林, 张毅, et al. 基于kinect骨骼信息的机械臂体感交互系统的设计与实现[j]. 计算机应用与软件, 2013, 30(2):157-160.
5. 计划与进度安排
序号 起止日期 任务 工作内容
1、 2022-01-01~ 2022-01-31调研与数据采集 调研、撰写开题报告和前期数据采集
2、 2022-01-01~ 2022-01-31 平台搭建 搭建系统环境与基本框架
