近年来,七自由度冗余机械臂的研究受到国内外学者的广泛关注。在冗余机械臂中,七自由度机械臂具有冗余机械臂的共同特性,如具有良好灵活性,容错性、奇异位形回避等优点,而且由于关节较少,具有良好的刚度性能,在工业生产、喷涂、焊接和人机协作方面得到广泛应用。本文针对一种典型七自由度冗余机械臂结构进行了分析,并对该机械臂的碰撞检测和运动规划进行研究。针对一种典型的七自由度机械臂分析该机构的运动特点和运动学特性。对该机械臂的自运动进行分析以及杆长条件和机械臂末端位置对其影响;通过确定自运动位形,结合位姿分离法求出冗余机械臂的解析解;提出一种关节极限优化指标,通过优化冗余角避开关节极限;对逆运动学、避关节极限和轨迹跟踪进行仿真验证。对该冗余机械臂的奇异位形和回避进行了研究。证明了坐标系选择和初等变换不会影响雅克比矩阵行不满秩的条件;选择合适的坐标系建立简化的雅克比矩阵并利用矩阵的初等变换和矩阵分块思想推导出奇异位形条件;对奇异位形特征进行分析并映射到笛卡尔空间,提出利用冗余角优化进行奇异位形回避的方法;对所提出奇异位形判别条件和回避方法进行验证仿真。对这类构型的机械臂的碰撞检测进行了研究。将复杂的机械臂模型进行胶囊体简化,根据机构的运动特性,提出利用辅助平面的方法快速进行碰撞检测;将机械臂与障碍物之间的碰撞检测转化为胶囊体与球体、盒体的碰撞检测,机械臂自身碰撞检测转换将胶囊体之间的碰撞检测;对简单几何体如平面、线段、球体和盒体之间的最短距离求解;对所提出的碰撞检测进行仿真验证。对通用七自由度机械臂的避障运动规划进行了研究。对于路径约束下避障运动规划,提出一种利用冗余特性,将任务中的障碍物、奇异位形和关节极限映射到二维平面内,利用启发式搜索算法搜索出具有避障、避奇异和避关节极限的变化曲线的方法。对于点位工作任务的避障运动规划,提出一种工作空间划分的避障规划算法,将工作空间根据障碍物情况分为自由空间和障碍空间并分别进行规划,最后得到一条避障运动轨迹。对这两种不同任务下的运动规划算法,进行了仿真验证。