焊接是船舶制造过程不可或缺的工序,由于目前的人工焊接存在焊接效率低和焊接质量不稳定等弊端,焊接机器人代替人工应用到船舶焊接领域成为主要发展方向。然而,由于船舶复杂构件品种多样、结构不同、焊缝空间分布复杂、对应的工艺约束较多等特点,需要对焊接机器人的焊接路径进行智能规划,以提高船舶复杂构件的焊接效率与质量。目前的焊接路径规划方法不能满足对复杂船舶构件焊接场景的应用,故本课题针对机械臂在船舶复杂构件焊接过程中的碰撞检测以及路径优化问题进行研究。主要内容如下:(1)运动学模型。针对课题中机械臂的结构特点,利用传统的D-H参数方法对机械臂进行正逆运动学分析。在此基础上对焊枪的空间位姿进行描述,通过坐标变换将机械臂以及焊枪的工作空间进行转换,形成了机械臂、焊枪、世界坐标系三者完整的运动链。(2)工艺研究与建模。阐述了船舶焊接中的相关工艺,研究引起船舶焊接变形的原因以及对应的防止变形措施。然后对不同类型的焊缝进行数学模型提取并进行焊缝坐标系建立。(3)机械臂碰撞检测研究。针对机械臂和焊接构件组成的焊接系统存在的碰撞问题,详细讲解分离轴理论,并在此基础上介绍包围盒碰撞检测方法。根据机械臂和焊接构件的特点,采用圆柱包围盒和立方体包围盒建立碰撞模型,并提出几何距离测量法对系统的碰撞进行分析。(4)焊接路径规划与仿真。在考虑焊接方向性,焊接空间约束等工艺的基础上,对焊接路径规划问题进行建模描述。提出优化的蚁群算法,改进路径选择方式使得算法更有针对性的解决本课题的路径规划问题。最后以V-REP(Virtual robot experimentation platform)平台进行仿真实验,以有向性和顺序性为主要目标通过仿真验证算法的有效性和碰撞检测方法的可行性。