冗余双臂机器人是机器人研究领域中的一个前沿课题。特别是随着单臂机器人在操作能力、控制等方面的局限性不断凸显,拥有协调操作能力的冗余双臂机器人的研究受到了越来越多的关注。然而由于协调操作的双臂之间存在着复杂的运动学和动力学约束关系,冗余双臂机器人的控制和分析具有相当的难度。本文针对冗余双臂机器人的协调作业任务,系统地研究了冗余双臂机器人运动学和动力学的相关问题,主要包括以下五个方面内容:(1)针对单个冗余机械臂的避障规划问题,提出了基于主从任务转化的避障算法。该方法将冗余机械臂避障运动的3维操作空间缩减为1维的运动空间,引入了2个转换变量,可以根据得到的实时最小距离的变化,实现机械臂末端的轨迹跟踪运动和避障运动之间的主从任务优先级转换。通过仿真实验证明了该方法在冗余机械臂的避障规划中具有良好的效果,不仅能实现冗余机械臂的避障,而且能避免任务之间的冲突。(2)对冗余双臂机器人协调操作的运动学规划问题进行了研究,引入了用于描述协调操作任务的绝对位姿变量和相对位姿变量,构造出了对应于协调操作任务的雅可比矩阵,得到了冗余双臂机器人的运动学逆解,使得冗余双臂机器人能够实现协调操作任务。结合单臂机器人的避障算法原理,提出了冗余双臂机器人协调操作的避障规划算法。通过仿真验证了冗余双臂机器人协调操作的避障规划算法的有效性。(3)利用基于解耦的自然正交补的动力学递推建模方法,对多自由度机器人的动力学建模问题进行了研究。通过引入解耦的自然正交补的概念和方法,消除了牛顿-欧拉动力学方程中的约束力项,并利用旋量来表示相关的运动学和动力学变量,提出了一种基于解耦的自然正交补的高效率反向动力学递推建模方法。针对单臂冗余机器人系统和冗余双臂机器人的开环系统,分别编制了反向动力学建模程序,并与仿真软件ADAMS得到的仿真结果进行了对比,验证了该方法的可靠性和高效性。(4)研究了构成闭环系统的冗余双臂机器人协调作业系统的载荷分配问题和动力学优化问题。利用机器人双臂之间的运动学和动力学约束关系,提出了一种无内力的载荷分配方法。通过机械臂的动力学特性,并利用冗余双臂协调系统的自运动特性,以驱动力矩的优化为目的,实现了系统的动力学性能优化。(5)根据冗余双臂机器人系统的三维结构模型,采用多体动力学仿真分析软件ADAMS建立了系统整体的虚拟样机系统。面向协调搬运任务和协调装配任务,对与双臂协调操作有关的任务分解,双臂的任务分配等问题,在虚拟样机系统中进行了数值仿真和分析,为物理样机的设计和操作提供了参考。本文所研究的避障规划、双臂协调操作、双臂机器人的动力学建模、载荷分配和力矩优化以及任务分解和分配等内容涵盖了冗余双臂机器人协调操作环境中所涉及到的关键问题,不仅为冗余双臂机器人的协调操作控制问题提供了理论支撑,而且对其他多臂、多足等复杂机器人系统的研究也具有重要的参考价值。