随着我国科学技术的稳步发展以及“中国制造2025”计划的深入推进,工业生产正朝着智能化的方向飞速前进,工业机械臂作为实现智能化道路上重要的一环,已被广泛地应用于许多场合。机械臂应用场景的不断深入使其工作环境也变得愈加开放化和复杂化,因此在执行工作任务时可能与障碍物发生碰撞。本课题依托自研的五轴串联机械臂在避障路径规划算法及轨迹跟踪控制技术两方面展开研究。考虑算法耗时及轨迹平滑等需要,完成Bi RRT-APF避障路径规划算法设计,同时结合模糊原理与基于模型的控制方法对模糊自适应力矩控制器实现机械臂高精度轨迹跟踪控制进行了深入研究。首先根据五轴串联机械臂的关节类型及结构尺寸参数基于标准D-H法进行运动学建模,通过齐次变换矩阵得到正逆运动学解析解。随后基于牛顿-欧拉方程建立机械臂动力学模型,并对动力学方程进行变换,给出一种惯性矩阵、哥氏力离心力矩阵加重力矩阵的数值计算方法,便于后续进行机械臂控制算法设计。针对机械臂复杂工作空间内的避障要求,基于快速随机探索树和人工势场法提出一种Bi RRT-APF算法,在算法中加入引力函数和路径修剪策略以保证机械臂能够以渐进全局最优路径完成避障。在MATLAB和Coppelia Sim/EDUTM平台进行的联合仿真实验表明,与传统RRT及其衍生算法相比,Bi RRT-APF算法能够以更高的效率获取更优的无碰撞路径。同时为解决RRT类算法所规划路径不能直接用于机械臂关节运动的问题,提出改进S型曲线规划算法对离散路径点进行平滑处理,在满足机械臂关节角度、角速度和角加速度约束的同时获得连续平滑且时间最优的轨迹。将多自由度关节时间同步规划策略引入改进S型曲线算法,保证机械臂各关节运行的一致平稳性。与三次及五次样条优化轨迹进行的对比证明所提出改进S型曲线在计算效率和连续性方面具有优势。研究了基于计算力矩法的比例-微分轨迹跟踪控制算法并完成控制器设计。针对计算力矩控制器难以解决动力学建模误差及外部扰动影响机械臂系统轨迹跟踪控制精度的问题,提出一种模糊自适应计算力矩控制算法,引入模糊自适应控制律实时优化控制器的比例-微分增益。在MATLAB/Simscape的仿真结果表明与计算力矩控制器相比,模糊自适应力矩控制器能够减小角度跟踪误差并提高收敛速度。最后通过搭建五轴串联机械臂实验样机平台对Bi RRT-APF算法的性能进行实验验证,在真实环境下的避障路径规划实验证明该算法在保持较高计算效率的同时能够规划一条平滑的运动轨迹,可以满足五轴机械臂避障运动规划的需求。