冗余机械臂具有高度的灵活性、容错性与可靠性,利用它的自运动特性可以完成躲避障碍物、躲避奇异点、躲避关节限位、优化关节力矩等性能指标。本文以一种七自由度冗余机械臂为研究对象,研究了冗余机械臂的运动避障与路径规划问题,将为我国空间站机械臂技术的发展提供理论支持,主要研究内容如下:首先,本文对其七自由度冗余机械臂进行运动学建模和正逆运动学分析。运用蒙特卡洛方法求解其工作空间,为后面进行避障分析做铺垫。并在Matlab中对建立的七自由度冗余机械臂的运动学方程进行验证,验证了运动学方程的正确性。其次,针对基于附加速度背离法避障过程中产生的震荡问题进行了改进。对于多个杆件同时靠近同一个障碍物时造成的震荡问题,这里采用多个连杆避障求解按距离进行加权平均,然后通过添加两个参数调整主运动和附加运动的优先级,使之平滑过渡以增加避障过程中的平稳性。以Matlab为仿真平台对平面冗余机械臂对单个障碍物和多个障碍物避障分别进行仿真验证以及对本文研究的七自由度冗余机械臂钻孔避障作了仿真分析。再次,为了解决RRT*算法规划成功率低、收敛速度慢的问题,在RRT*算法的基础上,引入一种能够智能选择最优树的双向搜索策略和基于三角不等式的路径优化算法,提出了一种改进的RRT*算法。针对规划路径不光滑问题,运用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。仿真结果表明,无论在低维空间还是高维空间,在相同的规划时间内,改进的RRT*算法具有更高的规划效率,能够更快收敛于最优路径;经贝塞尔曲线平滑处理的路径,不仅能保证机械臂与障碍物之间无碰撞,而且能使路径更平滑,机械臂的运动更平稳。最后,以本文研究的七自由度冗余机械臂为实验平台,验证了机械臂避障算法和改进的RRT*路径规划算法的有效性。