工业机器人以其灵活性高、成本低等优点,在自动化生产、智能化制造中扮演着重要的角色。在进行复杂曲线、曲面加工时,通常将路径离散成由小线段拼接而成的线性路径,小线段运动是机器人进行复杂曲线运动的基础。小线段路径只有G0连续性,沿小线段运动时必须在路径点连接处停止,导致加工效率低和运动稳定性较差,为此需要对小线段路径进行光顺处理。机器人小线段路径包含位置和姿态,通常通过路径光顺得到的位置和姿态路径是耦合在一起的（姿态路径的形状由位置路径确定）,导致在某些特殊路径（小位移大姿态运动与大位移小姿态运动的衔接）上姿态运动稳定性较差。为此,本文提出一种位姿同步算法——虚拟直线拟合法,确定位置和姿态路径的运动同步关系（以下简称位姿同步）。机器人的运动约束本质是由电机、减速器等物理设备共同决定的,表现为各关节角速度、角加速度的限制。然而,为了保证运动路径的精度要求,在实际应用中通常在笛卡尔空间进行轨迹规划。笛卡尔空间到关节空间运动约束呈现出一种依赖位姿的多轴耦合关系,为此,本文提出一种数值方法用于求解笛卡尔空间路径点的限制速度。此外,本文还提出一种改进式双向扫描算法,通过回溯和前瞻对小线段进行合并,解决了传统算法使加速度频繁变化的问题,并较好地发挥了机器人运动性能。工业机器人在运动时通常需要与外部环境进行交互,例如等待传送带到达指定位置等,部分路径点可能需要在运动过程中被获取甚至调整,给传统的运动插补算法带来挑战。为此,本文提出一种基于浮动窗的动态规划与插补策略,实时拟合小线段路径和调整轨迹规划结果,提高了整体运行效率,减轻了控制器的计算和存储压力,保证了机器人运动的实时性。最后,基于HSR-JR605机器人,搭建仿真平台和实际测试环境,验证本文提出的算法的有效性。