如何提升工业自动化与智能化水平是近年来长盛不衰的话题,如今越来越多的工业过程开始采用结构复杂且具有大型体积的机械臂来取代人工,完成广阔操作空间内的作业任务。本文选取当下人工劳动效率较低、工艺水平不稳定、且操作岗位已经逐渐被机械化取代的船舶焊接领域,针对龙门架式双臂焊接机器人系统,设计轨迹规划算法。目前面临的主要问题有机械臂系统结构复杂导致的模型分析困难、自由度冗余造成的逆运动学多解。本文在研究了现有理论成果的基础上,充分分析系统结构与模型特性,明确控制器设计的目标与难点,并考虑到实际控制系统对算法性能的要求,结合预测控制思想设计轨迹规划算法,解决以上所述的一系列问题。本文主要的研究工作内容如下:(1)确定针对龙门架式双臂焊接机器人系统的轨迹规划算法类型。首先分析了本文所研究的机械臂系统在进行运动控制时所面临的难点:机械臂系统结构复杂,模型描述困难;整体系统存在严重的自由度冗余、较多约束条件、对解算的实时性要求高。为解决这些困难,本文明确了现有典型轨迹规划算法在解决此类问题中存在的明显不足,取而代之以能够有效解决高维模型下有约束系统的实时优化问题的预测控制算法。(2)建立龙门架式双臂焊接机器人系统的运动学模型。由于龙门架系统体积庞大,两根工业机械臂又以悬垂形式吊挂于门架横梁,因此横梁会产生一定程度的形变。本文结合材料力学的知识,推导横梁挠度表达式。接下来通过机械臂微分运动学中的雅克比矩阵,在系统末端执行器与各关节运动状态直接建立联系,据此得出机械臂系统的运动学模型。(3)设计龙门架式双臂焊接机器人系统的轨迹规划算法。在之前精确模型方程基础上,对其进行模型简化。并结合实际工业过程,分析了机械臂执行任务时存在的电机驱动速度约束和关节限位约束。根据模型中不同关节的运动范围以及定位精度,划定其不同的运动优先级,解决冗余问题。通过实时更新与滚动优化,很好的保证了控制的及时性。为验证算法有效性,仿真模拟了不同情况下机械臂运行状态。(4)设计控制系统进行实物调试。对于龙门架式双臂焊接机器人系统的控制结构进行设计,分析了其软硬件系统组成、硬件设备的选取。接下来对组成软件结构的各个模块功能进行介绍,并详细设计了机械臂在不同任务类型下的操作流程。测试结果表明本文所提出算法的有效性,不仅有效解决了冗余问题,而且充分利用关节特性,针对不同类型的跟踪目标值给出相适应的轨迹规划方案。