焊接是当代加工制造业中最重要的组成部分。随着焊接技术的发展,冗余自由度弧焊系统的应用越来越广泛。利用其冗余特性可以实现机器人避障碍物、避奇异位形、防止关节运动范围越限等多种优化,从而提高弧焊系统的操作性能和灵活性。本文以十一轴冗余自由度弧焊系统为例,开发弧焊作业规划系统,主要研究冗余自由度弧焊系统中的运动规划、过渡路径规划和焊缝序列优化等问题。本文以船型焊为最佳焊接姿态,在综合考虑关节运动位置指标、焊接姿态指标、焊枪姿态指标、运动平稳性指标、灵活性指标等多项指标的基础上,为保障机器人与环境之间的安全距离,引入基于伪最小平移距离的最近距离指标,可以将机器人各杆件与周围设备简化为凸多面体,再通过线性规划的方法计算两个凸多面体之间的相对距离。然后采用多性能指标融合控制法对运动规划问题建立数学优化模型,并运用新兴的差分进化算法对其进行了求解。最后在十一轴冗余自由度弧焊系统中进行了运动规划仿真实验,实验结果表明机器人及其外围设备能够同步协调平稳地运动,机器各杆件与周围设备保持一定的距离并能保持较大的灵活性,焊接位姿和焊枪姿态都满足焊接工艺要求,保证了焊接质量,提高了焊接效率。另外,本文研究了焊缝之间过渡路径规划问题。本文将工件STL文件作为数据源,首先在工件表面上方自动生成一系列直角空间位置节点,采用几何的方法检测任意两个节点构成的边与工件表面三角片是否相交,由此构建一张连通的无碰路径网络。然后采用A*算法在该路径网络中搜索一条从当前焊缝的末点到下一条焊缝的起点之间的最短路径。最后对生成的过渡路径进行了二次优化,优化之后的过渡路径节点数更少、路径长度更短。为了减少变位机的运动量,本文根据焊缝处于船型焊焊接姿态时变位机关节位置的不同将焊缝划分为多个子集。充分考虑了系统运动约束和焊接变形约束,以弧焊作业时间最优为目标评价函数,建立了弧焊序列优化模型,并采用离散粒子群算法求解。通过粒子间的相互协作和信息共享来迭代产生最优解,具有算法概念简单、容易实现、需要调节的参数偏少、收敛速度快等优点。仿真实验证实了离散粒子群算法求解广义旅行商问题的优越性,其收敛速度比广义染色体遗传算法更快。最后开发了弧焊作业规划软件包,包括运动规划、过渡路径规划、弧焊序列优化等功能模块,并集成到ROBOLP离线编程与仿真通用平台中。经过仿真验证,弧焊作业软件功能满足项目需求。