在“工业4.0”和“中国制造2025”双重社会背景下,制造业成为立国之本、兴国之器、强国之基。虽然串联机器人操作臂在制造业领域里已经得到广泛的作用,但是传统串联操作臂的避障运动规划严重依赖人工示教,因此存在着工作量大、自动化程度低等问题。本文提出改进双树RRT(Rapid-Exploration Random Tree)算法与Dijkstra算法结合实现串联操作臂的快速避障运动规划,并以Dobot三自由度和PUMA560六自由度操作臂为研究对象,对模型构建与运动学分析、碰撞检测、路径规划以及轨迹规划等内容展开了研究。论文的主要内容如下:首先,通过操作臂正逆运动学方程和Denavit-Hartenberg(D-H)参数法,在MATLAB Robotics Toolbox(机器人工具箱)中构建了Dobot和PUMA560串联操作臂的三维数学模型。基于Monte Carlo(蒙特卡罗)点云法和计算机图形学生成了各自的工作空间模型,并对操作臂和空间障碍物包络模型的干涉关系进行了数学描述。然后,针对传统规划算法运算效率较低的缺点,提出改进双树RRT避障路径规划算法,引入了扩展目标点变更、极致贪婪策略和新的碰撞检测模型改善算法,并利用Dijkstra算法对改进扩展算法得到的规划路径进行二次优化,提高了路径平滑性。在二维和三维场景中对改进算法和传统算法进行仿真对比,结果证明了改进算法在避障路径规划时间和长度上具有优越性。最后,分别在笛卡尔空间和关节空间对两种操作臂进行路径规划,得到操作臂笛卡尔空间坐标路径点和关节空间关节角度路径点信息。为了进一步得到运动轨迹的时间信息,应用三次和五次B样条轨迹规划插补方法,分别对笛卡尔空间路径映射关节角度和关节空间规划关节角度路径点进行插补规划,获得各个关节关于时间的角度、角速度和角加速度曲线,并进行对比分析。通过对操作臂运动建模和仿真结果分析,本文提出的避障运动规划算法具有可行性,对操作臂避障运动控制具有一定的理论意义和实际应用的参考价值。