非典型肺炎(SARS)和高致病性禽流感使得政府和国人都认识到我国在生物安全领域面临的严峻形势;2014年世界卫生组织(WHO)发表数据显示埃博拉出血热疫情肆虐西非三国,引发全世界对生物安全前所未有的高度重视;以肠出血性大肠埃希菌为代表的食源性病原微生物引起的食源性疾病成为全球食品安全的核心问题,换言之,生物安全问题已经成为人类不容忽视的身边问题。而上述问题关键的病原体分离检测信和息获取就需要在生物安全实验室进行,但目前固定建筑式生物安全实验室存在无法及时机动抵达现场、第一时间原位开展病原体分离检测,更难以避免样本转运过程中可能污染等问题;移动生物安全实验室可以避免上述问题,但是基于保障操作人员安全面设计的防护措施导致其体积庞大、功耗过大、工作时间短、造价昂贵、机动性差等缺点。综上,本文基于机器人和人工智能技术开展"移动无人生物安全实验室"研究。本文旨在满足高致病性微生物现场检测的实际需求、在广泛查阅了国内外相关生物安全实验室的设计规范的基础上,创造性地采用无人智能系统设计理念开展了移动无人生物安全实验室的设计,并重点针对无人生物安全实验室复杂操作的主要执行机构多自由度(不小于6)高可靠性工业级机械臂的运动规划和在线避障技术进行研究。本论文主要研究内容和创新点如下:1.提出了基于生物安全实验室的设计规范、采用无人智能系统设计理念的移动无人生物安全实验室的设计方案,研究了基于D-H模型的机械臂运动学正解、适配于生物安全实验的内部仪器布局的优化设计方法。2.建立了无人生物安全实验室机械臂和仪器设备的包围盒树包络模型,进行复杂环境的碰撞分析,提出了基于包围盒树包络模型的碰撞判定算法。3.提出了约束机械手姿态的随机概率路图(CMO-PRM,Constrained Manipulator Orientation-Probabilistic Roadmap)机械臂运动规划算法,完成了基于CMO-PRM算法的机械臂运动路线规划程序编写。4.提出有限退避快速扩展随机树(RL-RRT,Retreating Limited-Rapidly-exploring Random Tree)机械臂在线避障算法。