随着工业化的快速发展，机器人被广泛应用到汽车、船舶以及军工等制造领域。专用汽车零部件的连接主要以焊接和铆接为主，而专用汽车的用途多样性导致了其零部件具有种类多、批量小的特点。目前专用汽车的焊接零部件主要还是以人工焊接为主。人工焊接存在效率低、良品率不稳定等缺点。将工业机器人应用到专用汽车的焊接工艺可以有效地克服人工焊接的缺点，具有重要的意义。在机器人自动化焊接系统中，焊接机器人不仅要能够完成焊接任务，还要在提升生产效率、降低能量消耗的同时保持运行平稳。因此，焊接机器人运动规划是实现高效、高质量自动化焊接的关键技术问题。
本文研究了焊接机器人的运动规划算法，采用ROBOGUIDE离线编程软件对焊接过程仿真，并进行了实验验证。主要内容包括：
（1）以随车起重机基座（简称基座）等立柱类部件作为研究对象，对基座的结构及生产过程进行分析，结合部件特征进行焊接制造单元的设计与选型。在参数化D-H模型的基础上建立机器人运动学模型，并对其进行运动学分析，完成正、逆运动学求解并进行仿真。
（2）使用蚁群算法对基座的焊接路径进行规划，将焊缝等效成节点，进而将弧焊问题转化成旅行商问题进行求解。通过仿真实验，确定了具有更好寻优能力的蚁群算法参数选取范围。由于算法中存在早熟收敛、停滞时间长以及易陷入局部最优等缺点，提出了结合信息素自适应更新策略和带随机扰动的最大最小蚁群系统的策略来改进传统蚁群算法。通过仿真实验对比，采用复合改进策略的蚁群优化算法在路径长度及收敛速度上均得到了提高。
（3）在确定焊接路径顺序的基础上，采用五次B样条曲线插值法对基座的焊接轨迹进行规划。建立时间-能耗-冲击的多目标焊接轨迹规划模型，采用非支配排序遗传算法求解焊接机器人的多目标优化轨迹。引入罚函数将多目标轨迹约束优化问题转化成无约束优化问题，仿真得到了Pareto解集并选取一组最优Pareto解来进行多目标轨迹仿真验证。
（4）使用ROBOGUIDE软件设计基座的焊接单元布局，进行离线编程并仿真，仿真结果显示在完成基座焊接过程中并未发生干涉现象。通过监控机器人各关节轴的热量和寿命，确保各参数设置合理。设计了基座焊接实验，在基座的焊接制造单元上完成焊接实验，实验表明能够按照要求完成基座的焊接，焊缝质量以及焊接效率均比人工焊接得到提高，与理论分析结果吻合。
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