国内设计和生产的工业机器人普遍存在性能不高、运行不稳定以及重复精度低的问题。为了有效地解决这些问题，必须在机器人设计时采用更为先进的机械结构和更轻、更高强度的材料，并对机器人建立精确的运动学模型，采用更可靠的控制系统结构以及做好底层的轨迹规划算法。本文针对研发的四自由度平面关节型SCARA机器人，采用自末端向基座方向的设计方法对SCARA机器人的机械结构进行设计，并运用D-H法对其建立了准确且简洁的运动学模型。基于遗传算法对影响机器人运动学和动力学性能的驱动系统的减速器的减速比进行了优化，充分发挥交流伺服电动机的性能，从而有效降低系统成本。基于ADAMS平台的虚拟样机技术对所建立的SCARA机器人实体模型中的机械本体结构的运动学和动力学方面的性能进行合理性的评估，对SCARA机器人研究结果进行先期校验。机器人控制系统采用基于工业PC的开放式运动控制系统架构，设计了组成控制系统的硬件和软件。运动控制部分采用基于PCI总线的高性能多轴运动控制卡。整个机器人的控制系统软件采用Windows XP环境下的Visual C#语言来开发，从而使得机器人的功能扩展和升级变得很容易。本文在四自由度平面关节型机器人的轨迹规划方法已经被详细研究过的基础上，着重讨论了笛卡儿空间中的复杂路径轨迹规划方法，并给出了基于非均匀有理B样条曲线（NURBS）的复杂路径轨迹的高精度插补算法，并且详细阐述了机器人复杂路径轨迹在笛卡尔空间中进行轨迹规划的细节问题。最后，本文分别使用五角星形和蝴蝶形非均匀有理B样条曲线（NURBS）为例，将轨迹规划的结果在研制出得机器人物理样机上进行实验。实验的结果分析表明，本文研制的机器人及其控制算法和系统在连续的复杂路径轨迹运动中，明显的降低了轨迹误差，并有着良好的运动学和动力学性能。同时也指出了今后的研究中有待进一步解决的问题。