随着科学技术的发展,机器人的工作环境与工作任务愈加发杂,传统的非冗余机器人已经难以胜任这些复杂的工作。超冗余机器人具有较多的冗余自由度,能够适应各种复杂的工作环境和工作任务,具有广泛的发展前景。由于超冗余机器人结构复杂,其运动学和动力学求解难度大,给超冗余机器人运动规划这一研究问题增加了难度。因此本论文分别从超冗余机器人运动学、动力学、路径规划、轨迹规划以及轨迹优化这几个方面进行研究,论文的主要工作与成果如下:□ 对超冗余机器人运动学与动力学进行分析。采用脊线模态法构造一条满足超冗余机器人整体位姿的空间曲线,确定机器人各单元体之间的位置关系。通过对单元体的结构进行分析,运用闭环矢量法获得各单元体动平台与各运动支链的位置、速度、加速度以及跃度的函数关系。在此基础上,推导出超冗余机器人各部件质心的运动关系,运用虚功原理构造超冗余机器人各运动支链驱动力的理论模型,建立超冗余机器人动力学模型并通过数值算例对其进行验证。□ 利用DXF数据文件存储文件的特性,设计一种超冗余机器人路径规划算法。通过分析DXF文件中图形元素的类型,采用插值算法生成规划路径,并运用速度级超冗余机器人逆运动学算法解决超冗余机器人笛卡儿空间规划问题。结果表明该算法可以提取出DXF文件中的图元信息,并规划出相应的路径,有利于提升超冗余机器人的末端路径的规划效率,为实现超冗余机器人轨迹规划提供基础。□ 对超冗余机器人末端带路径约束的运动规划进行了分析。通过对各单元体动平台的运动进行分析,单独对其动平台的转动运动进行解耦处理。简要分析五次多项式与七次多项式函数的构造方法并分析其异同点。利用B样条的局部支撑性与高阶可导连续性的特点,采用七次B样条曲线构造超冗余机器人关节空间的运动轨迹,实现超冗余机器人末端带路径约束的多点连续规划。□ 对超冗余机器人时间-能耗-冲击的多目标轨迹优化模型进行分析。结合超冗余机器人运动学约束条件与动力学约束条件,以七次B样条曲线构造超冗余机器人关节空间的运动轨迹作为此次优化任务的优化对象,利用NSGA-Ⅱ算法优化求解出符合一系列符合约束条件的Pareto解,并建立相应的评估函数优选出一组符合任务需求的Pareto解。结果表明该优化算法能够综合考虑多个优化目标的比重,优化求解得到一组符合任务要求的最优解,并且最优解求解得到的各运动支链的位置、速度、加速度、跃度以及力矩曲线光滑连续,能够实现超冗余机器人在运动过程中性能的提升。