随着机械臂在制造和太空探索等领域的广泛应用,机械臂趋向复杂性、多样性等方向发展。随之产生的可重构机械臂,给机械臂运动学建模、规划及控制带来了一定的难度。传统的运动学建模及规划方法不能完全应对多样化可重构机械臂的建模及规划,因此,进行可重构机械臂的普适性运动学建模和任务规划研究,简化其建模、规划及控制过程,为其任务执行提供快速、有效、可靠的执行方案,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文面向可重构机械臂,重点对机械臂普适性运动学建模和任务规划关键技术进行深入分析和研究,本文的主要工作内容如下：1、可重构机械臂普适性运动学建模。通过研究机械臂运动副类型的描述及连杆运动的传递,引入“位置矢量”和“指向矢量”用于描述机械臂关节轴线上任意一点及其关节轴线指向,提出一种通用的运动学建模方法,解决可重构机械臂普适性运动学建模问题,为后续研究奠定基础。以8自由度可重构机械臂为研究对象,采用提出的方法对其进行建模,与其他建模方法的结果进行比较,通过数值计算验证该建模方法的正确性和有效性。2、可重构机械臂任务逆解研究。通过对机械臂速度级逆解方法进行研究,提出“任务位置”及“任务姿态”的概念以描述机械臂任务操作过程中的位姿约束,并将其相对于关节变量进行求解偏导数,得到对应的“任务雅克比矩阵”,进而在速度级逆解方程中实现机械逆解求解。另外,通过分析速度级逆解的迭代特性,提出一个变化上限处理因子,引入到迭代方程中,以减少逆解求解迭代次数,提高求解速度。通过8自由度可重构机械臂不同操作任务位姿约束情况下的逆解求解及路径规划,仿真计算验证该方法的正确性和实用性。3、可重构机械臂轨迹优化研究。在机械臂雅克比矩阵零空间中,引入优化指标的梯度投影函数,以实现机械臂轨迹优化。在此基础上,提出一个重复运动优化算子,解决可重构冗余度机械臂末端执行封闭轨迹情况下关节空间轨迹不封闭的重复性问题。另外,在机械臂关节空间规划过程中，由避障点位置、障碍位置、期望位置及机械臂根部位置确定避障方向,通过雅克比矩阵映射到机械臂关节空间,在关节空间中引入一个积分为零的函数,提出一程不影响机械臂终止构型的关节空间自主避障方法。4、可重构机械臂任务规划研究。开展机械臂典型任务操作的描述方法研究。分析机械臂任务操作的路径选择的相关依据条件,通过数学描述将依据条件进行公式化,引入到机械臂路径选择过程中,实现机械臂任务操作路径选择。着重开展路径最短、无碰撞路径选择研究,解决机械臂任务操作路径选择问题。5、可重构机械臂仿真软件开发及实验验证研究。通过分析机械臂的串联特性,基于VC++及OpenGL仿真技术,实现一套通用的机械臂三维可视化仿真软件。另外,在8自由度可重构机械臂系统上,设计重复运动、避障及任务规划实验任务,实验验证本文提出的相关理论的可行性。