新一代智能焊接机械臂要求在有障碍物的受限空间中从事焊接工作,而机械臂的避障路径规划和位姿规划是其中的关键技术,本文以六自由度焊接机械臂为研究对象,围绕机械臂的智能焊接问题,研究了机械臂的运动学建模、机械臂避障路径规划以及位姿规划。主要的工作如下:(1)六自由度焊接机械臂的运动学。采用标准DH法建立六自由度焊接机械臂的数学模型,在DH坐标系的基础上推导了机械臂的正运动学方程,针对工业上最常设计的球形腕机械臂,推导了一种位置和姿态分离的逆运动求解方法。(2)焊接机械臂避障路径规划。本文提出了一种改进RRT算法,该算法结合了bi-RRT与RRT*的优点,在起始位姿和终点位姿同时生成两棵路径树,在建树的过程中加入了父节点连接和节点重构策略,在此基础引入节点扩展、懒惰检测和路径优化策略来进一步提高规划速度和减少路径代价。对于RRT扩展中的碰撞检测问题,本文将机械臂与障碍物采用包围盒模型进行简化,推导了机械臂与各种障碍物的碰撞检测方法。(3)焊接机械臂位姿规划。针对普通S形速度曲线使用过程中的局限性,本文分析了所有约束条件,设计了通用的S型速度规划器,并将其应用于直线插补和圆弧插补算法中,得到平滑的运动轨迹。对于焊接过程的姿态调整,综合了碰撞避免、焊接质量和机械臂运动平稳性的指标,设计了动态规划算法搜索最佳的焊接姿态序列。(4)实验仿真。将本文提出的算法在MATLAB上进行仿真,对于机械臂的避障问题,通过与其他的RRT算法进行对比,验证了本文提出的bi-RRT*算法具有规划的时间短,成功率高,路径代价小等优点。对于位姿规划,仿真结果表明,插补算法得到的中间点位置正确,输出的速度曲线连续平滑,符合S形加减速控制的预期目标,搜索出来的焊枪姿态序列能够避免碰撞,同时综合性能较优。