机器人技术作为当代迅速发展的高新技术,成为推动我国第二产业发展与转型的重要力量。生产线中的工业机器人作为智能工厂的基础执行者,如何保证它们在生产工作中安全高效的运行成为工业机器人研究领域的重要课题。随着工业机器人技术的不断迭代更新,当前在制造业中广泛应用的自动化操作设备主要以六自由度串联结构的机械臂为主。该结构类型的机械臂具有环境适应性强、可操作空间范围广的特点,能够适应大多数的生产需要,因而具有较大的研究价值。本文以一种典型六自由度串联机械臂MOTOMAN-ES165D为研究对象,对其在有障碍工作环境中的避障路径规划问题进行了研究,研究内容主要包括:1)针对MOTOMAN-ES165D型机械臂完成了运动学分析并提出了一种用于机械臂避障路径规划的检测方法。利用旋量理论建立起了机械臂的运动学模型,并依靠科学计算软件Mathematica对建立的运动学模型进行了正、逆运动学的仿真验证,证明了所建模型的有效性,为机械臂的空间运动仿真奠定了数学基础。提出了基于机械臂各部件几何构型的凸包简化模型,并梳理出将机械臂末端执行器与膨化障碍物模型进行预检测的方法流程,该凸包简化模型及其碰撞检测方法在一定程度上提高了机械臂在避障路径规划中的路径探索效率。2)提出了一种改进天牛须搜索算法并将其应用于路径规划研究中。在天牛须搜索算法的基础上提出了局部变步长搜索与群体搜索信息导向的机制,分别用于改进原算法搜索步长适应性差,以及搜索方向随机性强、搜索精度低的问题。在改进天牛须搜索算法的路径规划仿真实验中,结合路径合理性检验与路径搜索空间的设计,分别验证了改进天牛须搜索算法在准确性、全局寻优能力以及稳定性方面的搜索能力。改进后的天牛须搜索算法有效地提高了在复杂多极值问题中的综合寻优能力,并实现了在二维平面和三维空间中的路径规划。3)将改进后的天牛须搜索算法应用于机械臂的避障路径规划研究中,提出了初始路径生成算法与路径优化算法用于机械臂运行路径的求解。初始路径生成算法利用工作空间中的三维坐标信息指导关节空间中的角度变换,实现了在有障碍的工作环境中获得一条有效无碰撞的机械臂运行路径。路径优化算法继续优化获取的路径中机械臂各关节角度,进一步平滑了机械臂的运行姿态。将机械臂的真实三维模型经过Solid Works软件处理后,利用Mathematica软件建立起机械臂的避障路径规划仿真实验。仿真实验结果表明,提出的机械臂路径规划算法能够完成六自由度串联机械臂的避障路径规划任务,满足了机械臂的避障路径规划要求。