近年来,工业智能制造的飞速发展对现代产业产生了极大的推动作用,串联机械臂作为工业制造领域的关键载体对航天、汽车等制造领域正起着越来越重要的作用。尽管国外的机器人技术相当成熟,但国内在串联机械臂运动控制算法研究方面仍存在一些不足,距离实际工程应用还有一段距离。为满足高速高精度运动需求,本文从拐角光顺、奇异位形规避、位姿速度前瞻以及速度同步规划四个方面展开研究,提出了一套满足实际应用的位姿前瞻和速度同步规划的运动控制算法,能保证较高的运行效率和轨迹精度。在整个运动规划过程中,轨迹规划是机器人运动的前提,运动学建模是基础。本文以Elfin机器人为样机进行运动学建模,轨迹光顺选取运算简单且满足速度连续性的圆弧作为局部拐角光顺曲线,对可能出现的路径分别建立过渡模型,并判断路径中可能存在的奇异点,临近奇异位形时提前降速,并在关节空间中平稳通过奇异点,通过实验验证两算法的可行性。在机器人速度前瞻部分,分析线段衔接处的速度约束条件并建立修正约束模型。分析在前瞻时位姿速度约束计算不当导致位姿无法同步运动,提出了一种同步前瞻控制策略,在原有速度模型的基础上加入位移约束,适当调整本段末速度,使得当前段位姿的规划时间控制在可同步规划范围内,并通过一段轨迹验证算法的可行性和高效性。针对传统的加减速和周期误差圆整方法不能满足位姿同步规划的需求,以及现有的PVT算法存在中间不可控的情况,提出了一种PVT速度规划算法,在满足运动限制参数的范围内任意拉长缩短时间,在运动限制参数边界处采取变周期圆整的方式,在少量运动参数超限的情况下保证始末速度不变,并通过实验验证算法的可行性。搭建机器人运动控制平台,通过铣削轨迹对整套算法进行了验证。实验结果表明,本文提出的前瞻控制策略和PVT速度规划策略能够有效规划机器人位置和姿态路径,在满足运动限制参数的前提下提高机器人末端的运行效率。