国家对航天科工的日益重视促进了空间技术的发展,使得空间站、空间机器人等的应用成为现实,而作为其关键技术的空间机械臂同样拥有巨大前景,受到人们广泛关注。第二代加拿大臂因具有冗余特性成为人们关注的重点。因其具有灵活性高、结构互换性强、容错性好、避障能力高等优点,使其在空间的应用越来越受到科研工作者的重视,它不仅可用于实现避奇异和任务空间避障,还可以用于针对特定任务的最小化关节力矩、最小化能量消耗。目前文献中所研究的冗余机械臂多为7自由度,本文创新性的以9自由度超冗余机械臂为基础进行深入研究。相对于7自由度机械臂来说,9自由度机械臂的容错性更强,即使在工作时有一两个关节出现问题,也不会对工作情况造成太大影响,仍旧可以继续工作。本文主要围绕以下几部分进行叙述。首先概括的介绍了九自由臂冗余的特性,分析了国内外串联臂和避障路径规划的发展状况,对串联臂的关键技术进行了归纳总结,并分析了串联臂的发展趋势。以九自由度串联臂为基础,建立了机械臂的正逆运动学模型和障碍物模型,详细的介绍了坐标系、坐标系变换、连杆变换矩阵,为机器人运动学的阐述奠定基础,分别进行机械臂正逆运动学的求解,并利用Matlab中的工具箱Robotics Toolbox进行正逆运动学的仿真验证。然后针对机械臂静态位姿精度建立相应的误差模型,由于静态因素导致末端精度产生误差,其主要的研究方法为传递矩阵法;再以可靠度为基准采用蒙特卡洛法衡量机械臂末端位姿精度是否满足指标要求;在符合指标要求的基础上对九自由度串联机械臂的工作空间进行研究。最后基于bi_RRT(双树快速扩展随机树)算法提出了一种改进算法-intree_RRT(保存初始树),即在创建搜索树之前先保存一条完整的无障碍路径,再对9自由度臂的避障进行研究。首先建立了正逆运动学模型和障碍物模型;然后在二维平面机器人和9自由度超冗余臂中分别使用bi_RRT算法与改进算法进行避障仿真测试。通过仿真测试验证了改进算法相对传统算法在高维空间下避障效率的高效性。仿真结果表明改进算法运用在9自由度机械臂中的平均迭代时间由一小时缩短为十分钟。