冗余自由度机器人克服了一般机器人灵活性差、避障能力低、动力性能差等缺点，在航天、核电等特殊环境得到了广泛的应用；其特有的自运动引发的运动学、动力学及控制领域中的诸多难题，成为当今广泛研究的热点。本文针对空间冗余机械臂展开路径规划和避障控制算法研究，完成的主要工作如下：　　首先，建立了空间冗余自由度机械臂的运动学方程，并在此基础上完成了对冗余度、冗余空间及奇异状态的数学推导及描述，同时采用雅可比矩阵，得到了冗余机械臂的雅可比矩阵伪逆的求解算法及零空间运动的数学描述。在运动学正逆解模型基础上，对冗余自由度机械臂工作空间中直线或圆弧运动时进行位姿插补，完成沿预定轨迹的末端运动规划。　　其次，基于空间算子代数理论推导了空间冗余自由度机械臂动力学模型，并通过卡尔曼滤波及平滑方法完成了效率为O(n)的动力学正逆解算法，同时得到了用空间算子描述的雅可比矩阵及其求解算法；随后，引入PID控制方法对关节位置及速度进行伺服跟踪控制，完成关节空间的运动控制，同时引入分解速度控制，将笛卡尔工作空间末端的运动映射到关节空间中关节的运动，完成了对末端沿指定轨迹的跟踪运动控制。　　再次，通过描述障碍域，提出了障碍最小距离的计算模型，并定义避障点速度增益、齐次解的增益，利用冗余机械臂零空间自运动的特点建立了机械臂避障运动的数学模型，同时引入并推导了基于虚拟速度及虚拟力方法的运动控制模型，完成了末端跟踪预定轨迹的同时进行避障运动。　　最后，运用Matlab/Simulink实现了冗余机械臂运动学、动力学及控制算法，对基于虚拟速度和虚拟力两种控制模型在不同避障参数下进行仿真。结果表明，两种避障规划算法都能够在保持末端运动的同时，有效的规避任务空间中的障碍物；基于虚拟力避障能够更好的减少由避障引起的关节速度突变，减小对关节的冲击力，从而在实际工程应用中延长机械臂的使用寿命。