机械手如今广泛的应用于工业制造,地理导航,物料搬运,危险探测,资源采集等多个领域,给人们的工作和生活带来了极大的便利。然而机械手及其工作环境的复杂多变严重影响了机械手的安全并制约了机械手的应用与发展。因此,对复杂环境下机械手的避碰路径规划问题进行研究具有重要意义。避碰路径规划问题主要内容涉及环境建模、碰撞检测、规划方法等,现阶段的探索和研究取得了一些成果,但仍存在许多问题有待深入研究。本文以实验室已有的六自由度机械手为研究对象,对复杂环境下机械手避碰路径规划问题进行研究,具体研究内容如下:首先,对复杂环境下机械手及环境物体进行建模。针对机械手工作环境的复杂性,提出了一种基于树型凸多面体集的物体描述方法,该方法将多个凸多面体组合近似为单个刚体,然后利用多个刚体组合成单个子物体,再利用多个子物体递归组合成为树型结构物体,并且支持各级之间的自由度连接,基于该方法实现了树型结构物体中凸多面体的坐标变换,建立了树型结构物体的层次包围盒。其次,研究机械手与环境及自身的碰撞检测算法。基于本文树型结构物体的层次包围盒,提出一种新的基于棱线投影分离的凸多面体碰撞检测算法,实验证明了其有效性;针对机械手离散时间碰撞检测容易导致检测遗漏等不精确问题,提出对机械手的连续路径进行采样,并在相邻采样点之间构造近似轨迹包围盒,最终通过上述方法最终实现了连续运动状态下机械手与环境及自身的碰撞检测。然后,研究复杂环境下机械手避碰路径规划方法。推导了机械手的运动学模型,分析了避碰路径规划问题中各项优化指标,通过对各项指标进行加权建立了利于单目标优化求解的适应度函数;然后进行了路径编码和路径解码设计,其中采用关节空间内若干关键点对避碰路径进行编码,而路径的解码是对关键点进行线性插值;最后给出了关节空间内基于遗传算法的机械手避碰路径规划方法。最后,设计机械手避障作业系统并进行实验验证。建立了机械手避障作业综合控制系统,通过该系统进行了各种复杂环境下机械手避碰路径规划仿真和实物实验,证明了本文相关算法及避障作业系统的有效性和实用性。