在弧焊、喷涂这些机器人大量应用的领域,机器人运动轨迹不平滑会导致加工缺陷,降低轨迹跟踪精度,造成关节的冲击和振动,加快传动元件磨损。为提高轨迹规划算法的平滑性,本文以六自由度协作机器人UR5为研究对象,在建立其运动学模型的基础上,对机器人空间直线的速度规划、姿态规划和自由曲线的速度规划进行研究,旨在设计开发出一套兼顾平滑性和运动效率的轨迹规划算法,主要研究内容如下:首先,针对直线速度规划计算量大、平滑性较差和运动效率低等问题,提出了加加速度连续的改进S曲线速度规划算法。基于S曲线模型和正弦曲线模型构造了加加速度连续的正弦S曲线,并提出了正弦占比系数用来确定正弦相位的比例,以简化曲线的确定过程。通过分析四种可能轮廓的临界约束条件,对正弦S曲线的构造进行了详细的分析并给出了各运动学参数的完整解析解。同时,针对时间周期误差问题,分析了正弦S曲线的特性和各参数间的单调性关系,并据此提出了基于时间向上圆整的周期圆整方法。通过不同的运动学参数调整策略,实现了周期误差的补偿,保证了运动的平滑性。其次,针对姿态变换运动不自然且运动速度存在突变的问题,提出了一种基于球面线性插值和正弦S曲线的姿态规划算法。通过对单位四元数空间与欧式空间的映射关系的分析,建立了两个姿态间的球面线性插值算法。针对等参数插补存在的角速度突变问题,基于正弦S曲线速度规划算法对插补参数进行计算。并对机器人的位置姿态同步规划算法进行了讨论,以满足始末位姿要求,保证了位姿运动的同步性。再次,针对自由曲线中传统非均匀有理B样条规划难以满足全曲线轮廓误差约束的问题,提出了基于双向插补思想和正弦S曲线的规划算法。通过对插补参数计算误差的分析,给出了一种具有预估校正思想的精确求解方法,并在速度前瞻阶段对速度极值点进行正反向修正。完成前处理后,在双向速度规划过程中基于正弦S曲线自适应地调节进给速度,并对正反向插补的会合进行了详细的分析,满足了全曲线轮廓误差的约束。最后,基于以上研究,在Matlab中编写算法程序进行仿真测试,并将规划的轨迹数据通过机器人操作系统框架传输到UR5的控制器,对提出的平滑轨迹规划算法进行验证。结果表明,本文提出的改进S曲线速度规划相比S曲线平滑性得到了提高,非均匀有理B样条的双向自适应正弦S速度规划满足全曲线轮廓误差约束且平滑性较好。