随着工业的发展和机器人技术的进步,传统的单机器人系统已不足以胜任当今日益多样化的柔性自动化生产需求。为适应任务复杂化、操作智能化及系统柔性化等要求,多机器人协作系统已逐步被推广和应用在工业环境中。多机器人协作系统与单个机器人相比,具有更强的作业能力、更大范围的工作空间、更灵活的系统结构和组织方式,是目前的研究热点之一。本文以多机器人协作在焊接领域中的应用为背景展开研究,以协作完成空间复杂焊缝焊接为任务目标,重点研究多机器人协作焊接过程中的关键性研究问题。相比于传统的焊接机器人+变位机组成的焊接工作站或由两台工业机器人组成的协作系统,多机器人(三台或三台以上)协作焊接具有更多的优势,但是也带来了更为复杂的控制问题。本文针对这些难点问题展开研究,研究的主要内容和成果如下:(1)在连续焊接过程中为满足复杂焊缝焊接的任务约束和焊接工艺要求等诸多因素,搬运机器人必须不断的变换夹持工件的位姿以保证焊点始终处于理想的焊接位姿,焊接机器人也必须不断调整焊枪的位姿以保证焊枪满足焊接要求,此过程要求搬运机器人间、搬运机器人与焊接机器人间均满足一定的位姿约束。除此之外,在协作焊接过程中还需考虑初始焊接位置的布局问题,若初始焊接位置选取不当,可能导致整个焊接过程无法顺利进行。针对上述难点问题,本文提出了一种面向被操作对象“分层规划”的多机器人规划方法,并且首次考虑了初始焊接位置的最优布局,根据多项性能指标建立求解最优布局的数学模型,通过优化算法对其进行最优求解,并将其求解结果融入到“分层规划”中,最终求解得到各机器人的运动轨迹。所提的规划算法不仅解决了坐标系变换复杂等难点,而且同时考虑了焊接工艺要求和位姿约束。(2)随着焊接过程的进行,搬运机器人夹持的工件逐渐被焊接为一体,此时搬运机器人与工件形成一个闭链系统。在实际的控制系统中往往存在标定误差或外界干扰,这些因素会导致机器人末端在协作运动中存在时变的轨迹偏差,而动态变化的轨迹偏差会使得机器人与工件、机器人与机器人间产生巨大的内力作用,控制不当可能导致待焊工件或机器人的损坏。针对上述难点问题,本文提出了面向被操作对象的对称式内外阻抗策略,并且首次考虑了实际控制系统中外部干扰和标定误差所导致的动态变化且未知的轨迹偏差,提出了自适应变阻抗的控制策略来补偿动态变化的轨迹偏差导致的未知干扰广义力。(3)为系统地研究多机器人协作焊接过程中的关键性研究问题和验证相关理论研究成果,采用嵌入式PC+伺服总线架构自主研发了多机器人协作控制系统,进一步搭建了典型的多机器人协作焊接系统,对所提的多机器人轨迹规划算法和双臂位置力协调控制算法了进行了仿真和物理实验的验证。在此基础上,将上述算法应用在多机器人协作焊接实验中,首次在由三台工业机器人组成的协作焊接系统上顺利地完成了管管相接马鞍形曲线焊缝的焊接实验。总之,针对多机器人协作焊接过程中的难点问题,本文从多机器人协作焊接过程中的轨迹规划和双臂位置力协调控制两方面开展深入研究,在理论上提出了面向被操作对象且考虑最优初始焊接位姿布局的多机器人轨迹规划方法和基于对称式自适应变阻抗的双臂位置力协调控制方法,在实现上基于自主研发的开放式多机器人控制器完成了空间复杂焊缝的多机器人协作焊接任务。