本文结合“卫星在轨服务及遥操作的关键技术”项目,完成了机械臂/灵巧手的碰撞检测、障碍规避和运动规划等算法研究并进行了仿真演示。图形仿真可以直观地显示许多数据本身难以得出的信息,本文利用三维建模软件ProE建立了虚拟场景中各部分的模型,通过VC++与Open Inventor函数库建立了图形仿真系统虚拟场景。同时还运用解析法和几何法分析了机械臂、灵巧手正逆运动学模型。这些研究为后续的碰撞检测和运动规划等奠定了理论基础。碰撞检测和障碍规避是机器人运动规划的重要组成部分。论文运用蒙特卡洛方法确定了机械臂的操作空间,采用了AABB包容盒与空间线面求交法相结合的碰撞检测方法。将障碍物“膨胀”,再通过端点距离判断和包含性测试,实现了机械臂与静态障碍物的碰撞检测,通过搜索局部最优化路径点的方法实现了自动障碍规避。确定机械臂的运动路径后,运用三次多项式对关节轨迹进行规划。在速度、加速度、加速度变化率的约束条件下,使用二次规划法获得了运动总时间最短时的关节轨迹,将所用算法与现有算法对比表明了所用算法的优化性。考虑到加速度变化率对路径跟踪的影响,比较与加速度变化率相关的不同的优化目标函数时的路径跟踪性能,提出引入一个时间系数来修正运动总时间,获得跟踪性能良好的关节轨迹。最后对机械臂/灵巧手图形仿真系统进行了研究,对于碰撞检测、障碍规避和运动规划都运用Matlab语言编写了应用软件。论文还给出了VC++与Open Inventor相结合编写的图形仿真示例,通过对一些算法进行图形仿真研究,验证了提出的算法的可行性和正确性。对机械臂/灵巧手的碰撞问题和运动规划问题研究,不仅有助于卫星在轨自维护任务的顺利执行,对各种类型机器人的运动规划和计算机图形仿真技术的研究都提供了理论依据,具有重要的理论和现实意义。