近年来,随着机器人技术、信息技术等多种技术的协同发展,弊端众多的手工焊接加工方式逐渐不再适用于大型集装箱焊接制造场合,取而代之的是以焊接自动化专用装备和焊接机器人为主体的自动化焊接加工系统。焊接自动化专用装备主要应用于集装箱两侧波纹板焊接(波纹板焊接长度通常超出工业机器人的工作空间),其轨迹规划算法是焊接自动化专用装备控制系统中核心技术。焊接机器人主要应用于集装箱上锁座和铰链等零件的焊接,但受限于当前机器人的智能化水平,大多数机器人实施焊接作业时仍停留在“手动示教—记忆再现”这一固定模式。在零件装夹误差等因素的影响,导致焊缝的实际轨迹与示教轨迹间不可避免地存在偏差,这种工作模式的焊接机器人不能根据轨迹的变化作出相应的校正动作,从而影响工件的焊接质量与精度。基于上述应用背景,本论文主要研究集装箱自动化焊接加工系统的焊接轨迹规划和焊接轨迹校正等问题。本研究获得了南方中集东部物流装备制造有限公司项目(集装箱后端生产线全自动装配和焊接机器人应用)的资助。论文的主要内容包括:(1)在剖析集装箱自动化焊接加工系统总体框架、工作机制及设计要求的基础上,研制了基于Ether CAT实时总线协议的焊接自动化专用装备控制系统。针对波纹板焊接轨迹由空间直线和空间圆弧构成复杂曲线的特点,应用S型速度规划曲线设计了空间直线轨迹规划算法和空间圆弧轨迹规划算法,以实现对焊接过程中运动轨迹的匀速、稳定和精确的控制。(2)在对图像预处理,滤去噪声,增强目标信息的基础上对焊接工件的特征进行了分析和提取,结合这些特征,设计基于灰度值、形状、相关性的模板匹配方法,对焊接工件进行定位。以像素点的平移矩阵和旋转矩阵为基础,根据模板匹配检测到的偏移量和旋转角度,计算出实际轨迹,从而校正焊接轨迹。(3)为了验证所提算法的可行性,构建两套实验平台对本文设计的焊接轨迹规划算法和焊接轨迹校正算法进行验证。实验平台1为面向波纹板焊接专用设备轨迹规划实验平台,由丝杠、伺服控制器、伺服电机、和工控机组成。软件平台基于Microsoft Visual Studio 2015集成环境开发,控制系统基于Ethercat实时控制总线构建,融合了直线和圆弧插补算法。在选定的多组运动轨迹进行测试,以验证插补轨迹精度和运动平稳性。实验平台2为工件焊接轨迹校正实验平台,由ABB焊接机器人、工控机、Basler工业相机和光源组成构成。软件平台基于HALCON机器视觉集成开发环境开发,融合图像预处理、模板匹配、和焊缝轨迹校正算法,针对集装箱上两大类零件锁座和铰链进行焊接轨迹校正方法的研究与分析,实验结果验证算法有效性。