伴随着工业4.0时代的到来,机器人成为未来“智能工厂”的主要角色。在机器人制造的所有核心技术中,运动控制方法对机器人性能有着重要的影响,其中机器人末端执行器轨迹规划算法的优劣直接关系到机器人作业的精度和效率。本文针对轨迹规划中的姿态轨迹规划进行研究,考虑到欧拉角、旋转矩阵、RPY等方法具有姿态插值困难等问题,本文基于单位四元数进行姿态插值,并利用四元数球面线性插值和四元数样条曲线进行姿态轨迹规划。由于单位四元数属于三维旋转群空间下,并不能直观的利用单位四元数对机器人进行姿态轨迹规划。本文提出一种单位四元数可视化方法,将姿态轨迹曲线投影到单位球面上,利用可视化原理对姿态轨迹进行构造、分析。为了实现机器人多姿态的平滑过渡,首先通过球面线性插值构造相邻示教姿态间的姿态轨迹,然后根据平滑过渡等级的需要确定姿态平滑过渡曲线起始与终止点的位置,最后以C2连续为约束求取姿态轨迹曲线的完整表达式。考虑到速度规划的需要,根据单位四元数导数与角速度的关系,利用复合牛顿科特斯公式对角速度求积分实现单位四元数向角度的转换;然后利用三次厄尔米特插值对姿态轨迹曲线表达式进行反向拟合,实现角度向单位四元数的转换。最后对拟合后的姿态轨迹曲线进行速度规划,完成整个姿态轨迹规划过程。通过MATLAB中的Robot Toolbox工具箱对算法进行验证分析。本文分别从几何、物理层面上去验证该姿态轨迹曲线的C2连续性以及姿态速度、加速度变化特点。最后在基于Roboworks的机器人仿真平台上按照该姿态插补算法实现多姿态平滑过渡,进一步在应用层面上论证该算法的合理性。