铝是我国消耗量位居第二的金属材料,对我国的经济发展与国防建设具有极其重要的作用。在铝的制造过程中需要实时清除铝液表面的杂质,该环节具有环境温度高、粉尘大、噪声严重以及工作强度高的特点,人工作业会损伤工人身体健康诱发特殊职业疾病,而机械臂可以很好的避免上述问题。机械臂在铝液清渣作业时,既要避免与周围物体产生碰撞,又要具有合理的作业轨迹,以保证安全、高效的完成清渣任务,因此,本文重点对机械臂清渣时的安全与效率展开研究。首先,针对机械臂的避障问题,介绍了层次包络盒检测法,并采用球包络体对障碍物进行替换,分析了机械臂不相邻连杆之间的碰撞检测以及机械臂与球包络体的碰撞检测,在此基础上在三维空间中建立障碍物的模型,通过改进的快速搜索随机树算法在障碍物空间中搜索,最终得到一条无碰撞的清渣作业路径。其次,针对机械臂的轨迹规划问题,通过建立机械臂的连杆坐标系得到MDH参数表,根据该表推导了Fanuc机械臂的正逆运动学方程。接着对笛卡尔空间规划与关节空间规划做了对比说明,选择更符合清渣轨迹特性的关节空间进行规划。在关节空间中以多项式对型值点进行插值,根据仿真结果与实际作业状况,在清渣准备与结束阶段选用3次多项式,清渣阶段选用5次多项式,即采用3-5-3分段多项式作为轨迹插值算法。最后,针对机械臂的清渣效率问题,由于传统方法优化3-5-3过程过于繁杂,因此采用目前广泛应用的智能算法进行优化。首先采用粒子群算法进行优化,仿真显示其优化结果波动较大且难以获得整体最优解,对此文中选择最新提出的海洋捕食者算法进行优化,其优化结果较为理想,相较于粒子群算法运行时间平均减少2秒,并且在时间减少的情况下其加速度仍符合清渣作业要求,验证了该方法更适用于机械臂的时间优化。通过上述研究可知,RRT*可以得到一条无碰撞的作业路径,在此基础上使用3-5-3进行轨迹插值,并采用MPA进行优化处理,最终保证了机械臂清渣时的安全与效率,这为进一步提高机械臂的清渣效率及作业质量提供了重要的理论参考与工程指导。