伴随全球自动化进程的加快,人们对机器人提出了更高的要求,而不仅限于在工业生产方面,更希望机器人能融入我们的生活,特别是在家庭服务行业,帮助老人减轻生活负担。相比于传统单臂机器人,冗余双臂机器人具有适用范围广、作业空间大、容错性好、可进行运动学及动力学二次优化等优点,因此其成为国内外学者研究的热点之一。本文以冗余双臂机器人为研究对象,主要进行了双臂松协调操作时间最优轨迹规划及双臂紧协调操作实时避碰轨迹规划两方面研究。首先,本文对课题组的冗余双臂机器人进行了运动学及动力学分析。依据冗余机械臂的连杆参数,利用D-H法建立了其运动学模型,在此基础上完成了冗余机械臂的正、逆运动学求解;通过Matlab/Robotic Toolbox建立了冗余双臂机器人的数学模型,并基于蒙特卡洛法对双臂协调操工作空间进行了分析;利用牛顿--欧拉迭代动力学算法建立了冗余机械臂的动力学模型。其次,针对双臂机器人松协调操作过程中,对于给定路径点的时间最优轨迹规划问题,本文采用基于杂交的粒子群算法对机械臂的轨迹进行了规划。利用五次多项式插值法对机械臂各关节相邻节点进行轨迹规划,以各段轨迹运行时间间隔之和最小作为目标函数,将机械臂各关节的角速度、角加速度及驱动力矩作为约束条件,采用基于杂交的粒子群算法对运行时间进行优化,从而规划出各关节的运行轨迹。然后,针对冗余双臂机器人在协调操作过程中存在的安全性问题,本文提出了一种基于冗余机械臂自运动特性的双臂机器人协调操作实时自避碰的同时兼具避环境障碍物的算法。根据双臂协调操作运动学约束关系,构建其运动学约束方程,采用胶囊体包围简化算法对双臂进行简化,利用梯度投影法实时获取环境障碍物中心与主、从机械臂连杆轴线间的最短距离以及主、从机械臂各连杆轴线间的最短距离。同时引入“门槛距离”评估障碍物与机械臂间发生碰撞的危险程度,从而实时改变机械臂上距离障碍物最近点的速度,使机械臂躲避障碍物的运动连续而平稳。最后,为验证本文提出算法的有效性,进行了实验平台的搭建,对冗余双臂机器人协调操作实时自避碰障的同时兼具避环境障碍物的算法进行了仿真与实验。