焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业,极大地提高了焊接生产的自动化水平,使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃,同时改善了工人的劳动环境。然而,焊接需求最为庞大的船舶焊接领域,由于其工件体积庞大、焊缝姿态多变、焊接工艺多样的特点,现有固定安装式自动焊接设备无法适应。为此,本文面向结构件自动化焊接需求,以九自由度爬行移动操作臂为研究对象,对移动操作臂焊缝跟踪的协同规划与控制进行了深入的研究。本文研究内容包括:首先,以六自由度移动操作臂与磁吸附差速驱动小车为核心,搭建能够适应焊枪变姿态作业场景的九自由度爬行焊接移动操作臂系统,包括单线激光视觉传感系统、车臂协同控制系统与人机交互平台。其中,本文的单线激光视觉传感系统提出了基于单线激光视觉传感器的移动操作臂与局部焊缝的相对位姿求解方法,并通过点跟踪实验验证该视觉方案的求解准确性。而针对九自由度焊缝跟踪系统冗余导致的控制参量无穷多解的问题,通过车臂跟踪任务剖析,引入臂可操作度优化、车体姿态优化、相机视野矫正、焊枪姿态调整的任务,为系统提供规划控制参量的求解约束;其次,针对系统跟踪过程中的车臂运动耦合问题,结合上述规划控制约束,提出基于鸡头效应的车臂协同规划控制架构方案,并据此对协同架构的车、臂规划控制器开展研究。具体地,结合臂可操作度优化及车体姿态优化任务,设计车体PID纠偏控制器,并通过仿真实验证实该控制器的可行性;结合车体运动学分析与焊缝跟踪位姿离散求解,设计基于鸡头效应的TCP跟踪位姿规划器,以此抵抗车体运动耦合产生的TCP（操作臂工具中心点,本文中为焊枪末端）扰动问题,并解决了相机视野矫正与摆弧运动任务;最后,基于ROS平台完成上述协同规划控制方案及视觉方案的实机部署,并通过地面场景与爬壁场景的结构件直线焊缝跟踪、曲线焊缝跟踪,以及摆弧任务跟踪实验,跟踪系统均能使TCP维持基本在处于焊缝内。实验结果表明,本文基于鸡头效应原理设计的移动操作臂协同规划控制器能够基本完成结构件焊缝的移动爬行跟踪,证明了该系统能够一定程度上满足结构件焊缝跟踪需求,对船舶领域等大型构件焊接自动化的实现具有前瞻应用意义。