目前广泛使用的大型单层钢制地埋油罐普遍存在内壁腐蚀的现象,极容易造成内部油气的泄露,污染周边土壤,对油罐双层改造的需求刻不容缓。考虑到安全性、效益性,如何实现对深埋地下的油罐的不开挖改造作业是一大难题。鉴于多轴机械臂在工业领域的广泛使用,使用六轴机械臂用于实现对油罐内壁的自动化改造作业。机械臂基座撬装在油罐入口处,通过更换机械臂末端改造工具,完成对油罐内壁的喷砂除锈、树脂喷涂及碾压等改造工序,从而实现对油罐的双层改造工作。此外,采用激光扫描设备获取油罐内壁表面的几何特征信息,以保证机械臂末端改造工具在油罐内壁上形成厚薄均匀的改造层。本文就应用于油罐内壁改造作业的点云数据处理技术进行了研究,主要内容包括一种自适应的混合点云拓扑关系、适用于油罐点云离群点剔除的去噪算法、基于点云数据的机械臂末端行走轨迹的确定方法等。同时,为实现自动化的、高效的油罐内壁改造作业,进行了机械臂硬件平台的搭建及人机交互控制系统的开发,软件系统实现的功能包括点云数据处理、末端路径规划、机械臂状态监视及数据通信等。总的来看,全文主要成果有以下几点:（1）根据油罐内壁的改造作业需求选定机械臂硬件设备并搭建了机械臂系统的硬件平台;（2）传统的点云拓扑构建方法,如栅格法、八叉树法、K-D树法等,具有空间开销大、邻域搜索耗时长的缺点,提出一种基于栅格法和八叉树法建立混合点云拓扑关系的方法,该方法可根据改造工序,自适应地建立油罐点云数据之间的拓扑关系;由于传统统计滤波方法在剔除油罐点云中的离群点时,存在耗时长且去噪效果差的缺点,改进统计滤波方法,在剔除油罐点云离群点时,去噪效果和去噪效率有较大改进;（3）机械臂在改造作业时所需的信息包括:机械臂末端改造工具在油罐壁面上行走轨迹的路径点坐标及其对应处的末端姿态角。文中使用移动最小二乘法对局部点云进行曲线拟合,以此曲线作为机械臂末端在油罐内壁上的行走轨迹,离散化拟合曲线便得到末端路径点的坐标;姿态角信息由路径点处所对应的油罐点云法矢确定。改进传统的主成分分析法,使用自适应的路径点K邻域搜索方法得到路径点的邻域点后,利用距离权值和曲率权值对协方差矩阵进行双边加权,使得距离路径点越近的点、曲率变化越大的点,对路径点处的法矢贡献度更大,计算得到的法矢能够更好的反映出路径点处的局部特征;（4）利用Lab VIEW开发人机交互系统操作界面,该界面集成了点云数据处理、机械臂末端路径规划、机械臂状态监视及数据通信等功能。基于此机械臂系统进行实验验证,结果表明:使用文中算法处理油罐点云数据后获得的路径点信息,机械臂对油罐内壁的改造效果良好,达到了实际的改造要求。