工业机器人市场蓬勃发展,据估计,全球工业机器人市场仍然有1.2～1.5百万台市场空间,然而,在这巨大的市场中,中国工业机器人产品不足1%。因此,对工业机器人的通用共性技术和关键技术的深入研究不仅对我国机器人技术发展意义重大,更可为我国机器人产业带来极大的经济利益。本文对6R型串联弧焊机器人的结构优化和控制方法进行系统深入研究,主要研究内容如下:第一章,在查阅国内外相关文献的基础上,综述了本课题的相关研究背景及意义,介绍了机器人特别是工业机器人的国内外研究现状和产业现状,探讨了工业机器人研究的关键技术,总结了工业机器人发展趋势,提出了本课题的主要研究工作。第二章,设计并研制了六自由度串联关节型弧焊机器人—一钱江Ⅰ号,建立了钱江Ⅰ号运动学正解模型,提出了一种用于计算多自由度串联旋转关节型机器人最大工作空间的曲面包络叠加计算方法,该方法将多自由度机器人分为几个少自由度部分,选取各部分的工作参考点并用曲面包络法计算各参考点的边界曲面,然后,将各部分的边界曲面相互叠加以获得最终完整工作空间,在钱江Ⅰ号上的仿真结果表明,该方法可有效计算机器人工作空间,建立其三维模型,方法简单、直观。第三章,研究了串联机器人结构优化通用性能指标,针对工业机器人长期重复执行单一轨迹规划任务的工作特性,提出了基于工作空间和能量消耗综合最优的机器人结构优化性能指标,采用实数编码遗传优化算法对钱江Ⅰ号结构进行了优化,得到了优化后机器人连杆设计参数。优化结果表明,基于工作空间和能量消耗综合最优的结构优化方法不但能够满足机器人原有工作空间特性约束,同时还能减小运行能量消耗以降低机器人运行成本。第四章,提出了一种机器人关节位置反馈空间校正法,设计了空间校正滤波器模型对各关节位置反馈进行滤波,以消除机器人结构误差,并通过运动学正解得到机器人末端参考点真实位置反馈,研究了基于最小均方值自适应算法的空间校正滤波器权值矩阵优化求解方法及基于分段样条曲线的关节校正权值拟合方法,得到了各关节校正权值分段多项式样条函数。在钱江Ⅰ号上的仿真结果表明,文中提出的空间校正滤波器权值矩阵求解方法可有效得到关节校正权值,由空间校正滤波器得到的机器人工作参考点校正轨迹与其真实轨迹相吻合。第五章,实现了钱江Ⅰ号机器人关节位置闭环控制系统,利用递归广义最小二乘算法辨识了钱江Ⅰ号关节速度闭环控制系统模型,并在此基础上采用改进的实数编码自适应遗传优化算法对钱江Ⅰ号关节位置闭环控制参数进行了优化,得到了各关节控制参数优化结果。实验结果表明,优化后的关节位置闭环控制系统在响应、超调、稳态误差等方面较优化前都有明显改善。第六章,针对串联机器人时延响应问题,提出了自适应实时预测补偿控制方法,建立了基于神经网络的关节速度闭环控制系统预测模型,推导了模型层间权值修正公式,建立了钱江Ⅰ号自适应实时预测补偿控制模型并对其进行了实验。在钱江Ⅰ号上的轨迹跟踪实验和焊接试验结果表明,应用自适应实时预测补偿控制后,机器人工作参考点轨迹跟踪更加平稳,精度更高,弧焊焊缝更均匀且连续无断点。第七章,总结本论文的主要工作,阐述研究结论和创新点,并对串联机器人的后续研究动作作出了展望。