焊接技术是一种重要的广泛应用于工业生产中的使材料和材料产生原子间结合的制造方法。为了降低焊接对于人力要求并提高焊接生产的效率和质量,越来越多的焊接机器人被投入到工业生产中。根据焊接经验可知:当由焊缝离散成一系列的待焊点处于船型焊姿态时,即待焊点的法向量与重力方向相反,在这样的焊接姿态下进行焊接能获得良好的焊缝。具有不一致的角焊缝和焊接接头深度特点的相贯线焊缝为工业生产中常见的曲线焊缝,针对这种复杂的空间焊缝,为了扩大焊接机器人的工作空间,提高机器人焊接时的灵活性,避免焊接机器人运动中可能遇到的奇异位形,从而确保焊接质量和焊接效率,需要将变位机引用到焊接机器人中,组成焊接机器人系统。本文以相贯线为研究对象,以任意待焊点处于船形焊姿态为目标,进行焊接机器人系统运动规划和图形仿真的研究。本文首先对焊缝和焊枪坐标系进行定义并用数学进行表达。焊缝的描述是通过数学离散的想法将焊缝离散成一系列的待焊点,在每个待焊点上都固定一个坐标系,通过焊缝坐标系到工件坐标系的变换矩阵,完成焊缝坐标系的描述。针对管管相贯线和管椭球相贯线这两种相贯线建立了一般化的数学模型。焊枪坐标系的描述则是通过三个焊枪姿态角:工作角、行走角和自转角,通过变换算子来实现。针对焊接机器人系统运动学正逆解算法问题,本文使用D-H参数法和旋量法两种不同的方法对机器人建模。D-H模型中,机器人逆解是以机器人位姿分离为基础,使用反变换法进行求解。旋量法模型中,机器人逆解则是先利用几何关系求解关节角₁,然后将关节角₂,₃转化为2个Paden-Kahan子问题1,在将关节角₄,₅转化为1个Paden-Kahan子问题2,最后将关节角₆转化为1个Paden-Kahan子问题1。对于逆解中的多解问题,采用最短行程准则找到一组最优解。为了得到焊接机器人和变位机的协调运动轨迹,从焊接机器人系统坐标系封闭链中的焊缝坐标系解耦,得到轨迹的初步规划。在平滑焊接机器人系统关节运动空间轨迹并采用B样条插值算法。采用微分变换法求解雅可比矩阵,最终计算出焊接机器人处于奇异位形时,焊接机器人关节角要满足的条件。采用包围盒和焊件三角面片的方法,对焊枪和焊件进行碰撞检测。最后完成最终的轨迹规划。最后通过VC++和OpenGL相结合进行编程,利用3DS MAX建立机器人系统三维模型,并将模型通过Assimp库导入到OpenGL中,并进行真实感渲染,通过OpenGL中模型矩阵的变换实现离线编程中的可视化仿真。