伴随着工业生产过程中机器人作业空间复杂化和任务的多样化,传统的六轴机器人在个性化定制生产产能不足以及在柔性产品线上适应性较差,难以满足零部件精密装配、产品分拣、牵引示教和人机协作等任务需求,存在灵活性不足的缺陷。七轴冗余机器人构型因其操作灵活,可以利用其冗余特性实现类似干涉回避、圆周焊接和高密度摆放等任务。因此本文以七轴冗余机器人为研究对象,通过对七轴冗余机器人的运动学、碰撞检测和运动规划关键问题进行研究,为七轴冗余机器人的发展提供进一步的技术支持。本文的主要内容如下:首先,本文以苏州博众LR4-R850七轴冗余机器人为研究对象,建立机器人的运动学MD-H模型,对不满足Piper准则构型的机器人也有了良好的适用性。根据机器人运动学模型求解正(逆)向运动学方程,通过参考SRS构型机器人的运动学求解方法构建关节臂角,结合臂角雅可比矩阵和末端雅可比矩阵构建满秩的广义雅可比矩阵,然后迭代求解关节角度值。对七轴冗余机器人的广义雅可比矩阵进行分析,推导出奇异点产生的条件,包括运动学奇异和算法奇异两种形式。根据运动学求解结果建立冗余机器人的仿真实验平台,验证了运动学算法的准确性。其次,分析了七轴冗余机器人与任务空间中障碍物的碰撞检测。引入七轴冗余机器人的运动节点模型进而简化计算过程,将空间七轴冗余机器人与障碍物之间的碰撞检测问题简化为三维空间中线与线、线与面之间的几何问题。通过分析机器人连杆与障碍物之间的关系,建立障碍物的OBB包络模型。根据上述几何关系,引入基于圆柱体包络的碰撞检测模型、基于长方体包络的碰撞检测模型以及基于球形包络的碰撞检测模型,并进行了详细的分析对比。接着,着重分析了七轴冗余机器人避障运动规划问题。根据七轴冗余机器人的自运动特性,介绍了利用零空间运动完成避障的基本原理。此外,七轴冗余机器人在高维空间规划较为困难,引入C-Space构形空间,分析了基于随机搜索树的RRT算法、双向搜索规划的RRTConnect算法和最优规划的RRTStar算法。结合SolidWorks导出的LR4-R850机器人模型,在ROS下使用Moveit对七轴冗余机器人进行配置,在机器人任务空间添加障碍物并进行碰撞检测,对配置的七轴冗余机器人进行避障运动规划仿真实验。实验结果表明,基于零空间自运动算法和基于随机搜索树算法对解决七轴冗余机器人的避障问题具有良好的可行性及有效性。最后,详细介绍了LR4-R850七轴冗余机器人实体上的运动学实验,以及在仿真实验平台上的避障规划实验。运动学实验包括正(逆)向运动学的验证和零空间自运动的验证,避障运动规划实验包括零空间自运动避障实验和基于随机搜索树的避障规划实验。运动学验证结果表明了运动学算法的有效性,零空间运动结果证明了七轴冗余机器人的自运动特性在避障问题上的应用价值。此外,基于随机搜索树的RRTConnect和RRTStar避障算法对七轴冗余机器人避障问题同样具有良好的适用性。