超导托卡马克腔是能够产生大规模核聚变反应的装置,由于核聚变反应需要真空、高温环境,并且反应后会产生强辐射,所以对于腔内各种设备的检测与维修都需要机器人辅助,托卡马克柔性内窥机械臂就是针对腔内第一壁砖面的检测而设计的10自由度机械臂。机械臂的末端执行器为用于检测的工业相机,在机械臂运动时,相机的成像实时反馈给操作人员以判断第一壁砖块是否有损。由于相机成像的清晰度直接影响到操作者对第一壁的观测,所以针对机械臂的运动轨迹的规划,不仅要使机械臂能够在满足各种运动学约束的条件下尽可能快的完成任务,还要保证相机能够得到清晰的图像质量,这对于操作者判断托卡马克腔内设备是否有损具有至关重要的意义。根据这样的任务需求,本文基于托卡马克柔性内窥机械臂,对机器人轨迹规划进行了深入研究。首先,本文对课题研究的背景和意义进行了论述,全面总结了国内外有关机器人轨迹规划的基本方法和研究成果。其次,本文针对特殊的机械结构详细介绍了机械臂的运动学模型,并根据实际任务需求,为了保证相机的成像质量,在轨迹规划时除了考虑机械臂各个关节的速度、加速度、加加速度以外,还创新性地在机器人操作空间设计了相机观测距离变化率限制的约束条件,通过已知的操作空间环境模型,根据机械臂的末端位置,实时计算相机的观测距离,限制不同的观测距离变化率来改进机械臂的轨迹,从而改善相机的成像质量。另外,本文通过曲线拟合,创新性地得到机械臂的扫描速度与相机观测距离之间的关系,通过加入末端执行器的最大移动速度随观测距离变化的约束条件,进一步优化轨迹,使得相机成像质量更优。本文采用传统的三次样条插值函数得到机器人的运动轨迹,利用序列二次规划算法对最优模型进行求解,得到最小的轨迹运行时间,通过大量仿真和对比实验分析方法的可行性,并在托卡马克柔性内窥机器臂对第一壁的扫描中进行研究验证。通过属于边缘梯度检测类中的Laplace图像清晰度评价方法对相机得到的图片质量进行比较,证明采用本课题所研究的轨迹规划不仅使机械臂能够保证高效的工作效率,而且在与传统的轨迹规划的对比下,图像质量得到明显的改善。