空间多关节串联机器人操作臂由于运动灵活、通用性强等优点,在工业生产,农业采摘,航空航天等领域中获得较为广泛的应用。在操作臂使用中,路径和轨迹规划是其运动控制的关键技术,也是机器人研究领域的重要热点之一。在运动规划中需要解决两个重要问题:一是工作空间在由二维平面到三维空间的维度变化时,路径搜索空间的尺度增大;二是,工作环境中如存在障碍物,需要进行高效的避障运动规划。本文以多自由度串联操作臂为研究对象,在二维和三维的障碍物工作空间内,针对避障路径规划和关节空间轨迹规划算法进行研究。首先,在串联操作臂运动学基础上,分别构建一个3自由度（DOF）平面和一个3自由度三维空间机器人数学模型,并在MATLAB Robotics Toolbox中对其进行建模。基于Monte Carlo（蒙特卡罗）点云法和计算机图形学得到二维和三维的避障工作空间数学几何模型,为后续运动规划打下基础。其次,在避障工作空间中,根据障碍物形态和机器人的工作要求,提出两类规划算法,即针对简单障碍物和短距离操作的几何图形路径规划算法,及针对复杂障碍物和长距离操作的改进Dijkstra算法,并得到相应的无碰撞规划路径。在MATLAB环境中对两类算法的原理和对应的路径从搜索效率和实用性等多个尺度进行了详细的对比分析及仿真实验。最后,在得到机器人末端执行器的运动路径之后,根据笛卡尔空间与机器人关节空间的映射关系,得到操作臂每一个关节的运动轨迹。在上述避障工作空间的搜索路径上选取若干路径点,并通过运动学逆解计算出该点各关节的关节角。为了使轨迹连续且光滑,分别应用三次和五次多项式插值函数,对平面和三维两种操作臂的运动进行轨迹规划和仿真,获得各个关节在不同路径下的角度、速度和加速度曲线图,并进行对比分析。通过操作臂运动建模和仿真结果分析,本文提出的规划算法具有可行性,对操作臂运动控制具有一定的理论意义和实际应用的参考价值。