随着我国经济的高速发展和工业制造智能化水平的不断提高,我国的机器人市场也进入到了高速生长期,年销量连续六年居世界首位。然而机器人的大量应用显示出其普遍具有负载自重比低的问题。机器人在大部分工作时间中承受的载荷要远小于其额定载荷,这就使机器人容易出现“大马拉小车”的能耗现象,不仅限制了机器人的工作能力,也造成了能源上的浪费。我国的可持续发展战略中明确提出要实现节能减排,发展绿色经济,因此,提高机器人的承载能力、降低其能耗成为了非常具有实际意义的问题。本文创新性的提出了以人体上肢省力运动特性为基础对机器人进行高载荷、低能耗轨迹规划的新思路,主要通过分析并借鉴人体上肢在搬运重物时的发力特点对机器人进行运动控制,从而降低其最大关节力矩和能量消耗。主要研究内容如下:首先,利用运动捕捉系统对人体上肢搬运重物时的运动轨迹进行采集,将其导入到人体力学仿真软件中进行仿真分析。通过分析整个运动过程中的人体用力情况,探寻人体省力运动的控制原理,为后续仿人轨迹规划方法的提出奠定基础。其次,对伺服电机的能耗特点进行分析。在人体省力运动控制原理中分析出机械臂可以借鉴的部分并综合考虑电机的能耗特点提出一种适用于机械臂的高承载、低能耗的轨迹规划方法,该种轨迹规划方法以动力学为基础通过模仿人体运动特点形成了一种新的机械臂运动轨迹。数学建模仿真和ADAMS建模仿真的结果验证了该种轨迹规划方法的可行性。然后,通过分析上述仿人轨迹规划方法的特点再次提出了一种对多项式运动曲线进行优化提高机械臂承载能力的轨迹优化法。该种轨迹规划方法采用五次多项式曲线作为运动轨迹,通过优化多项式曲线的参数使其载荷能力与仿人运动轨迹相接近,同样能够提升载荷能力。因为该种轨迹规划方法的最终结果具有明确的数学表达式,因而更加有利于机器人控制程序的编写。最后,在自行研制的仿人机械臂实验平台上进行了运动控制实验。通过对实验结果的分析与比较,验证了所提轨迹规划方法的正确性与有效性。