自工业革命以来,工业生产在不断发展,工业机器人能够长时间准确的执行重复工作的优势,使得工业机器人在大型工业制造行业扮演着不可或缺的重要角色。工业生产制造工艺同时在不断发展与进步,焊接工艺逐步成为最重要的工艺之一,在各个领域中有着不可取代的作用与地位。焊接机器人是工业机器人的重要组成部分,主要是在机器人的末端法兰盘处连接焊枪以实现机器人焊接的目的,从而代替工人在不良环境下进行繁重的体力劳动,使工人得到很大的解放。越来越多的领域采用焊接机器人代替工人进行焊接加工,很大程度上实现了行业的自动化发展,获得良好的经济效益。工业生产的不断发展,对工业机器人的工作要求也大大提升,在焊接行业,对焊接机器人的技术要求也随着生产制造行业的发展不断提高。使用焊接机器人进行焊接工作时,对于焊枪端头的运动轨迹以及焊枪姿态的要求极为严格,保证焊接路径准确无误运动的同时不能使机器人的某些轴或关节达到其运动极限而被锁死,因此在焊接机器人生产线系统中,机器人的路径规划是机器人研究的重要内容,正确的路径规划是保证机器人正常工作完成任务的重要前提。因此,本文重点研究了焊接机器人路径规划和优化方法,并进行虚拟仿真验证该规划的正确性与现实意义。本文以箱体零件的焊缝作焊接轨迹规划研究,并以ABB IRB4600工业机器人为研究对象,以得到良好的轨迹跟踪曲线为目标,展开了有关运动学和动力学的研究。要描述机器人的运动,需要一定的数学基础,本文简单介绍了这些数学基础,通过标准D-H参数法和机器人杆长等参数建立了IRB4600机器人的连杆坐标系和运动学模型,从机器人运动学基础出发,推导了机器人运动学方程,接下来便可以完成机器人的正运动学计算和求解,利用解析法对逆运动学求解分析,得到本文所需要的机器人D-H参数状态下的逆运动学解析解。之后通过MATLAB Robotic Toolbox建立机器人可视三维模型,机器人的正运动学的理论推导和逆运动学的解析解求解的正确性通过该模型进行仿真验证,最终验证了理论结果的正确性和机器人参数模型建立的正确性。机器人运动学的分析为接下来的机器人轨迹规划提供了理论基础。以工业机器人运动学为基础,对工业机器人的关节速度以及角加速度、线加速度进行分析,之后利用牛顿-欧拉方程法建立机器人动力学方程,根据动力学方程得到各个关节的驱动力矩表达式,建立机器人动力学仿真模型,以给定规划轨迹作为输入进行机器人多体动力学仿真,得到各关节力矩变化曲线,动力学仿真的完整性与可行性验证了该机器人虚拟样机模型能够按照指定的关节驱动进行运动,可用于后续轨迹跟踪研究中的仿真验证。考虑到IRB4600焊接机器人焊接的实际工作情况,进行焊接机器人的焊缝路径规划。通过对箱体零件的焊缝进行分析,并建立合理的数学模型对焊缝进行描述,方便通过该焊缝对机器人进行焊接路径规划。通过采用蚁群算法,对焊缝进行路径规划优化,选出历遍所有焊缝并且不重复的最短路径,作为焊接机器人焊接时焊枪的行动轨迹,之后通过将该优化路径作为机器人末端执行器的工作路径,通过运动学基础对机器人进行运动学分析,得到机器人经过该路径过程中机器人各个关节角度参数变化,验证该优化路径的正确性。接下来搭建联合仿真模型,选择独立PD控制的关节位置控制策略,机器人的本体部分采用Adams环境下的模型,通过MATLAB/Simulink模块搭建机器人控制模型,进行轨迹跟踪控制的联合仿真研究,结果表明焊接机器人关节具有良好的轨迹跟踪特性,同时也证明了独立PD控制策略控制机器人系统的可行性及有效性。本文重点研究内容是六轴串联工业机器人的运动学、动力学以及焊接轨迹的规划与仿真验证,并研究通过独立PD控制策略控制机器人时的焊接工业机器人的轨迹跟踪特性,最终实现具体工况的焊接路径规划并验证其正确性以及良好的机器人轨迹跟踪特性。