近年来,柔性化与智能化是机器人发展的趋势。机器人路径规划是提高机器人柔性化与智能化的重要环节,对制造业的生产结构改变和生产效率的提高有重要意义。本文主要基于约束分析来对机器人路径规划进行研究,提出了基于约束分析的采样单查询路径规划算法框架,并以焊接场景作为其应用示范。本文首先提出了一种基于约束分析的采样单查询路径规划算法框架,用于处理多约束多目标路径规划问题。对框架中涉及到的约束处理、规划空间和局部路径生成进行分析,其中,约束处理使用了节点的约束标志位,实现对多个约束的动态处理;规划空间给出了通用工作空间的描述,并使用可达性图来对其可视化;对局部路径生成过程中的机器人常用插补算法和双机器人协调运动原理进行阐述。基于该算法框架,对单一避障约束路径规划和任务约束路径规划进行研究。在单一避障约束路径规划中,使用该算法框架对常用的RRT和RRT-CONNECT进行描述,针对RRT-CONNECT采样随机性导致陷入局部搜索,提出了结合RRTCONNECT和OB-RRT算法,对算法的采样过程进行策略控制,以提高路径求解的效率。由于采样的随机性,需要对求解的路径进行路径后处理,本文比较了路径剪枝法、捷径法、局部捷径法和自适应局部捷径法,选择平衡了优化效率和优化效果的自适应局部捷径法作为后处理算法。针对仿真环境与实际场景的偏差,为获取安全的避障路径,给出了路径中转点的搜索方法,设定安全距离来提高避障路径的安全性。任务约束路径规划中以焊接作为任务场景,将基于约束分析的采样单查询路径规划算法框架用于焊接场景中的离线规划和在线规划。分析焊接场景中的跟踪约束、焊接约束与代价函数、焊缝位置约束与代价函数、传感器约束与代价函数以及路径长度代价函数。使用“以直代曲”的思想对路径进行预处理,将问题转化为多约束多目标的定长路径规划问题。针对每一个路径点对应的规划空间不同,提出了分层搜索树的概念。在离线焊接过程中,在从机器人规划空间求解过程中使用了带可达性球的分层搜索树。在离线扫描过程中,对激光平面感兴趣区域进行离散化,将面对点的跟踪问题转化为多个离散点对点的跟踪问题。在线规划过程中,使用了带标志位和可达性球的分层搜索树来处理传感器约束与其余约束不同步的问题。实验证明,本文的方法能够有效完成非标工件的自动焊接。