在工业4.0与中国制造2025的背景下,机器人技术蓬勃发展,已成为了智能制造业中的关键力量。随着机器人不断的参与到工业生产的过程中,其工作空间与执行的任务越来越复杂,并且个性化定制生产的需求也越来越多样化,传统的六轴机械臂存在着灵活性较差的缺点而导致其不能够很好的满足柔性生产线的需要。七轴冗余机械臂较之传统的六轴机械臂更加灵活,它所具有的自运动特性可以使得该机械臂实现躲避障碍物、避奇异位置、关节力矩优化等任务,更加符合企业在工业生产中的需要。因此,本文以SRS（Sphere-Roll-Sphere）构型七轴冗余机械臂作为研究的对象,对七轴冗余机械臂的运动学以及避障运动规划进行研究。本文的主要工作如下:首先分析了七轴冗余机械臂的运动学。根据DH（Denavit-Hartenberg）建模方法建立七轴冗余机械臂的运动学模型并推导出正向运动学。基于冗余机械臂的自运动特性,在机械臂目标位姿矩阵外,定义臂角作为冗余度参数,利用目标位姿矩阵和臂角共七个约束条件推导出七轴冗余机械臂逆运动学的一种解析解求解算法。其次分析了七轴冗余机械臂与其工作环境中存在的障碍物之间的碰撞检测问题。为了减少碰撞检测过程中的繁琐计算,采用OBB（Oriented Bounding Box）方向包围盒建模方法对冗余机械臂以及环境中的障碍物模型进行了简化,将七轴冗余机械臂与其工作环境中存在的障碍物之间的碰撞检测问题简化成空间中线与线、线与面之间位置关系的几何问题。根据上述的几何问题,引入了基于圆柱体包络碰撞检测算法、基于长方体包络碰撞检测算法以及基于球体包络碰撞检测算法这三种常见的碰撞检测方法,并进行了详细的分析与对比。然后着重研究了冗余机械臂在其工作空间中存在障碍物情况下的避障规划问题,提出了一种改进的RRT*（Rapidly-exploring Random Tree Star）零空间避障算法。针对给定机械臂末端轨迹的某些特定任务过程中的避障问题,根据七轴冗余机械臂所具有的冗余特性,介绍了基于零空间自运动的避障算法。此外,介绍了几种现有的基于快速随机搜索树的避障规划算法,并对它们的优缺点进行了详细的分析。针对RRT*算法存在的不足,结合零空间自运动与启发式偏向采样策略,对RRT*算法作出了改进,提出一种改进的RRT*零空间避障算法,提高了算法的规划速度。最后进行了七轴冗余机械臂的运动学以及避障运动规划的仿真实验。详细介绍了如何由七轴冗余机械臂的Solid Works模型转化Matlab中能识别的模型文件,建立机械臂的三维仿真模型;进行七轴冗余机械臂的运动学仿真实验,对其运动学算法进行验证;对七轴冗余机械臂的避障运动规划问题进行仿真验证,仿真内容包括零空间避障算法与改进的RRT*避障算法的仿真验证,仿真结果表明了算法的有效性。