2024年第五届“华数杯”全国大学生数学建模竞赛赛题.zip

2024 年华数杯全国大学生数学建模竞赛题目

（请先阅读“华数杯数学建模竞赛论文格式规范与提交说明”）

A 题 机器臂关节角路径的优化设计

机器臂是一种由多个连杆和关节组成的自动化装置，广泛应用于工业生产、

精密操作、危险环境作业和物流等领域。其主要作用包括提高生产效率、执行精

密操作、适应恶劣环境以及优化物流流程。当前有关机器臂的研究重点包括运动

学与动力学建模、关节角路径的优化设计以及路径规划等。这些研究旨在提升机

器臂的性能和应用范围，确保其在各种复杂任务中的高效性和精确性。其中，关

节角路径的优化设计尤为重要，它直接影响着机器臂的精度和能效。

通过调整关节角度来完成任务。而在调整关节角度的过程中会由于关节转动、机

器臂克服重力势能做功等产生各种能耗，如何在末端误差允许的范围内使得能耗

最小化，是另一个研究重点。例如，在机器臂拾取货物的过程中，末端不一定要

精准地到达目标位置的正中心，如果对于关节角路径的优化能减少能耗，微小的

误差是被允许的。

在工业、服务业等各个领域，机器臂通常需要执行多次任务。比如，在工业

生产线上，机器臂需要对在不同位置的货物依次完成抓取；为了更好地完成任务，

需要考虑末端误差和能耗，同时对底座移动路径和关节角路径进行优化设计。

六自由度机器臂在工业应用中因其极高的灵活性和多功能性而被广泛使用，

能够处理各种复杂的任务。本文中所有任务均依赖于六自由度机器臂的执行，需