随着全球能源消耗的增加,液化天然气运输船的制造业得到了飞速发展,薄膜舱技术作为液化天然气船的核心技术,一直以来都是世界船舶制造领域的重点研究内容。液化天然气船薄膜舱建造的难点之一在于,薄膜舱主屏壁层不锈钢波纹板结构尺寸不规则,厚度小而热膨胀系数较大,且焊接工况十分特殊。国内多采用手工钨极氩弧焊进行焊接制造,不仅过程复杂、效率低下、危险系数高,也难以保证质量。因此,研究适用于薄膜舱不锈钢波纹薄板自动焊接的设备和控制方法具有重要的意义与应用价值。首先,对本课题所设计的机械结构、控制系统硬件和软件进行介绍。基于薄膜舱不锈钢波纹薄板的焊接工况和工艺需求,设计了一种串-并-串混联构型的轻量型焊接机器人,通过行走和快速装拆机构的设计使机器人既具有平稳和越障的特点,又能够在不同焊接工位快速切换,从而实现舱顶和舱壁等特殊位置的高效焊接;通过混联的构型设计使机器人具有良好的工作空间和运动学特性,实现转动和移动自由度运动的解耦;通过静力学分析验证了结构的强度和刚度,并进行了驱动系统计算和校核;在此基础上设计了基于上下位机的开放式控制系统硬件架构,完成了控制系统硬件的选型和搭建;在分析系统需求的基础上,采用多线程并发和模块化的设计理念进行了控制系统软件设计。其次,根据上述结构方案建立机器人的运动学模型并对系统的轨迹规划进行研究。基于螺旋理论量化了机器人的自由度并分析了并联机构的运动规律,实现对并联机构的等效处理;基于D-H模型研究了等效后的机器人运动学正逆解,在正解的基础上,通过对工作空间的研究证明了机器人对波纹板焊接的良好适应性,并在ADAMS中建立虚拟样机实现对上述运动学模型的验证;针对机器人焊接作业时的轨迹问题,推导了关节空间三次样条拟合算法,研究了笛卡尔空间直线和圆弧轨迹插补方法,提出了空间多段直线轨迹的过渡方法并基于S曲线实现插补,为自动焊接作业方法的研究提供理论基础。然后,研究了波纹形状焊缝的自动焊接作业方法。基于对波纹焊接难点的分析提出自动焊接作业方案,通过图像处理提取波纹轨迹轮廓线,基于前述轨迹规划方法实现波纹焊缝作业轨迹规划;针对波纹焊缝跟踪补偿系统非线性时变的特性,设计了焊缝误差动态补偿方案,将模糊控制用于传统PID参数的实时调整,设计了模糊PID控制器,在MATLAB中建立仿真模型并与传统PID控制器进行性能对比,结果表明模糊PID响应迅速且精度更高,验证了所设计模糊PID控制器性能的优越性,为自动焊接提供了保证。最后,建立波纹薄板焊接过程有限元模型,探究了不同参数下的瞬态温度场并进行实验。针对不锈钢波纹薄板易产生焊接缺陷的问题,基于Ansys建立了波纹板搭接自熔钨极氩弧焊的有限元仿真模型,研究了不锈钢波纹薄板在焊接过程中的瞬态温度场分布,探究了不同速度和电流对熔池特征的影响;基于所设计的自动焊接系统及控制方案进行运动学实验,验证了轨迹规划和跟踪补偿方案的可行性;基于仿真结果和不同工艺参数下的焊接实验获取最佳焊接工艺参数,通过焊接实验验证了所设计的不锈钢波纹薄板自动焊接系统的工作性能,结果表明,系统可以满足薄膜舱波纹薄板自动焊接的需求。