随着工业4.0以及中国制造2025的提出,传统生产正在向集成化、智能化的方向逐渐靠拢,而工业机器人在其中具有举足轻重的作用,目前已经被应用在诸多场合,完成例如搬运、码垛、焊接、喷涂等多项任务。而同一工业机器人面对不同工作场景时,则需要考虑不同的规划重点。因此立足于机械臂基础理论,研究机械臂轨迹规划方法及优化方法,制定具有针对性的优化策略,有效减少运行时间及关节损耗,对工业机器人的适应性和整体性能的提升都有比较重要的意义。本文以经典的六轴机械臂PUMA560作为研究本体,针对轨迹规划、轨迹优化、联合仿真三个方面进行研究及实验分析:在轨迹规划方面,从计算复杂度等角度分析对比分段多项式、均匀B样条及非均匀B样条,并推导出均匀B样条中虚拟点角度计算公式,分析其对规划带来的影响。结合上述几种方法在关节空间轨迹规划中的优缺点及后续优化算法特点,最终选择非均匀B样条作为规划的基础模型。在轨迹优化策略方面,通过对六轴机械臂的结构及性能分析,提出了一种基于时间分组的轨迹优化策略,将六轴机械臂的前三轴与后三轴在不同时间维度下进行轨迹优化,并根据关节力矩特点进行具有针对性的目标寻优,以实现姿态调整时间缩短同时脉动降低的优化效果。通过分析基于时间的轨迹优化算法特点,将遗传算法的交换池引入粒子群优化算法中,改善多维信息迭代遗漏的现象,有效提升算法寻优效率。通过Matlab编写相应程序,完成实验仿真,并与其它优化策略及目标设置寻优效果进行对比,在姿态调整时间上平均减少15%左右,若采用进一步角度缩减,则姿态调整时间则会大幅度缩减。同时总脉动可以相应降低10%左右。在联合仿真方面,利用Solidworks绘制机械臂虚拟样机,利用Matlab和V-rep进行系统联合仿真,完成通讯连接及搬运场景搭建,达到可视化运行的目的,既可作为轨迹优化结果的验证及复现平台,同时又能为实际操作提供虚拟仿真演示,降低工艺设计成本,缩短算法向实际应用转化的周期。