随着制造业与信息化水平不断提高以及劳动力成本的增加,世界各国都将工业智能化机器人列为主要发展方向,智能机器人产业化发展越来越受到世界各国的高度关注。自主移动焊接机器人作为一种新型的智能化制造装备,广泛应用于大型钢结构制造现场,特别是造船业。本文针对大型船舶焊接工作中存在的格子型焊接构件,包含大量平面直角焊缝,焊接工作量大、自动化程度低、工作环境恶劣且空间狭小等特点,基于旋转电弧传感器和虚拟样机技术设计一种自动化移动焊接机器人,可提高船舶焊接自动化生产水平。首先,根据焊接机器人国内外研究现状,总结焊接机器人机构特点以及焊缝传感类型,根据旋转电弧传感器设计了一套基于二级跟踪策略的小型化移动焊接机器人运动机构,包含轮式移动平台和二维精确定位平台,并通过数学建模开展研究。其次,针对现用旋转电弧传感器振动大的缺点,运用动平衡理论分析其结构特点后,基于虚拟样机技术建立参数化模型并进行优化分析,最终应用动平衡设备对物理样机进行实验测量,完成优化设计并保证机器人在焊接工作时不受振动影响,提高了焊接质量。再次,应用机器人运动学原理,建立直角转弯移动焊接机器人的运动学模型,对其进行偏差分析。对机器人在直角转弯过程中的不同阶段进行分析并完成运动学规划,为实现高性能控制算法和控制策略提供理论依据。最后,应用ADAMS建立直角转弯移动焊接机器人虚拟样机模型,并进行仿真分析。基于仿真分析建立物理样机焊接系统,完成跟踪实验并在船体焊接现场进行实际生产焊接,结果表明移动焊接机器人各性能指标达到设计要求并满足实际生产的需要。