奇异位形(singular configuration)是机构的一种特殊位形,从人类发明了机构之初,奇异问题就已经伴随而生了。不论在机器人作业空间边界或者作业空间内部一些区域,都会存在奇异位形。因此奇异位形是对机器人机构运动学性能评价的一个重要指标。对奇异问题的解决对于提高工业机器人作业的稳定性、动力学性能及应用推广都具有重要意义。本文将以六关节串联机械臂为原型,围绕工业机器人的奇异位形问题,主要的研究工作包括以下几个方面:分析了通用四元素DH法存在的缺陷,给出了对DH法的改进和详细分析,并运用该法建立了运动学模型。利用MATLAB实现了对该运动学模型的图形和数值仿真,验证了建立的模型的正确性。基于雅克比矩阵给出了两种奇异位形识别方法:代数法和几何法。对这两种方法做了详细的推导和对比分析。利用最近研究较热的螺旋理论,给出了利用螺旋运动方程求解雅克比矩阵的详细分析。利用几何法从奇异位形的本质着手,从运动副线性相关性角度对机器人的奇异位形进行了详细的分析,并将分析结果与用雅克比矩阵求得的结果进行对比,表明几何法分析的正确性,同时也对这两种方法的利弊进行了分析阐述。对于奇异位形的处理,基于目前关于奇异位形处理的两大主流方法,从空间规划角度,提出了一种机器人基于奇异区域限定的避免算法。最后从理论和实验数据仿真两个方面,对该算法进行了验证,结果分析表明了该算法的正确和可行性。