冗余机械臂在操作灵活性、避奇异、避障和关节力矩优等方面具有较大优势。避障路径规划是冗余机械臂智能操作的重要部分,有利于提高机械臂的环境自适应能力,减轻操作人员工作负担。本课题围绕冗余机械臂自主路径规划算法展开,重点研究静态环境下机械臂最优路径规划、动态环境机械臂路径重生成以及时间最优的离线轨迹生成技术,提高规划算法寻找全局最优解能力,提升冗余机械臂智能化操作技术的发展水平。具体研究内容如下:提出了静态环境下机械臂渐进最优的路径规划方法。当规划问题目标是一个确定构型时,提出了多启发RRT算法,在双树相向生长优化的基础上,引入启发式采样子空间、路径收缩和随机树修剪等方法,以便在复杂环境约束下更高效的规划可行路径。当规划问题的目标是末端位姿时,提出了重叠子空间采样RRT算法,在重叠启发式采样子空间采样并优化路径的同时实现在线筛选最优目标构型,避免随机选择目标构型导致规划不合理,确保返回给定环境约束下的全局最优路径。在离线规划出全局路径的基础上,研究了动态环境路径规划技术。对运动障碍物的运行轨迹进行预测,提前预判可能发生的碰撞并做出反应。为了快速判断全局路径被阻断的情况,提出基于简化碰撞模型的快速最近距离计算方法,当最近距离小于检测距离时才开始沿着全局路径进行进一步碰撞检测,确定是否发生阻断以及阻断位置。之后利用原始全局路径的已有信息,在阻断位置前后分别离散化多个起始根节点和多个目标根节点,进行基于多根节点双树相向生长的局部路径生长重连接,快速规划出新的无碰撞全局路径。研究了运动学约束下机械臂离线时间最优轨迹生成。采用基于圆弧过渡的路径预处理措施,使原始路径光滑可微。提出了一种抑制路径参数速度、加速度突变的路径参数自动离散化方法,能够选择合理数量的离散点。使用基于可达性分析的时间最优轨迹生成算法,建立了以路径参数加速度和路径参数速度平方为决策变量的线性约束方程,给出了从相平面曲线提取轨迹方法。最后,通过仿真和实物实验验证了本文所提静态路径规划算法的高效性以及轨迹生成算法的有效性,通过仿真实验验证了本文所提动态环境路径规划算法的有效性,并给出了下一步的工作展望。