机器人如今已经在焊接制造中获得越来越广泛的应用。大多数焊接应用需要机器人跟踪焊缝轨迹进行焊接作业,如果机器人运动不平滑,不仅会导致焊接缺陷,影响焊接质量,还会降低轨迹跟踪精度,甚至会造成关节的冲击和振动,加快传动元件磨损,影响设备使用寿命。机器人运动轨迹规划和控制是一个复杂的过程,需要依次经过笛卡尔空间运动轨迹规划,关节空间运动轨迹规划和关节控制三个过程,任一过程设计不当都将影响机器人实际运动轨迹的平滑性。针对该问题,进行机器人平滑轨迹规划及控制方法的研究,并设计机器人轨迹规划和运动控制系统,依次实现笛卡尔空间,关节空间平滑运动轨迹规划和精确关节运动控制,以保证机器人实际运动轨迹平滑。针对六自由度工业机器人笛卡尔空间运动轨迹受焊缝形状约束,不能自由规划的问题,使用两自由度变位机对机器人进行自由度扩展,并进行机器人和变位机同步运动轨迹规划的研究。建立机器人和变位机的坐标系并进行坐标系标定,通过获取焊缝关键点坐标拟合焊缝参数方程,以变位机为主动,依据焊缝参数方程规划轨迹并插补,以机器人为从动,跟随变位机插补点运动。搭建由机器人和变位机组成的实验平台,将同步运动规划及插补方法编写成运动控制系统并进行实验,结果表明该方法可以得到平滑的笛卡尔空间运动轨迹。由于笛卡尔空间运动轨迹平滑不能保证关节空间运动轨迹也平滑,针对这种情况,进一步进行关节空间平滑轨迹规划方法的研究。对笛卡尔空间插补点求运动学逆解得到的关节空间关键点,依次使用四个关键点构造三次多项式曲线,分别求曲线一阶和二阶导数来估计关键点的角速度和角加速度,并以此为边界条件拟合五次样条曲线作为关节空间平滑运动轨迹。将规划方法编写入运动控制系统进行实验,结果表明该方法能有效减少加速度的突变量,能得到关节空间平滑运动轨迹。平滑的关节空间运动轨迹规划需要精确的关节控制实现,基于机器人动力学模型的关节控制方法能有效提高关节控制精度。动力学参数辨识是基于模型控制方法的基础,其辨识准确性直接影响控制性能。使用递归牛顿-欧拉方程建立动力学模型,经过解耦和简化得到基本动力学参数,以优化后的有限傅里叶级数作为激励轨迹进行激励实验,采集数据并由基于半正定规划的物理可行性辨识算法计算得到基本动力学参数。利用辨识参数,分别进行基于动力学模型的前馈控制和力矩约束控制方法的研究,并进行实验,结果表明该方法可以有效提高运动轨迹跟踪精度,实现平滑运动。