随着工业技术和经济的不断发展,我国已成为了世界第一造船大国但非造船强国,加强我国造船行业的自动化焊接水平势在必行。船舶制造中,船舱底部设置格子型构件,其空间狭小且存在不规则流水孔,导致焊缝不连续,焊接机械臂无法到达,目前主要由人工完成焊接。研发面向复杂船舱格子间流水孔焊接的自主移动机器人,将工人从恶劣的焊接环境中解放出来,提高焊接质量及生产效率,具有重要的理论和现实意义。以自主移动焊接机器人为平台,主要解决船舱制造中格子间的焊接自动化问题;以旋转电弧和激光视觉进行传感,涉及焊缝类型有直线焊缝、弯曲焊缝、流水孔焊缝、直角转弯焊缝、带流水孔直角转弯焊缝。主要研究内容有:激光视觉传感器的设计、流水孔焊缝图像处理和识别、直角转弯路径规划和实时跟踪、焊缝初始寻位研究等。针对单一传感无法识别流水孔焊缝的特点,系统采用旋转电弧传感和激光视觉双传感方式。旋转电弧用于焊接状态下的焊缝跟踪,激光视觉传感器用于停弧状态下的焊缝跟踪,同时完成流水孔焊缝特征点和类型的识别;针对流水孔焊缝和现场实际焊接特点设计了主动式激光视觉传感器,详细介绍了传感器的设计原理、过程及封装,该传感器不仅可应用于角焊缝,也可用于其它类型的焊缝识别,为焊接领域视觉传感器的设计提供参考。针对焊接电流信号易受各类干扰的问题,提出预处理、限幅、均值、软阈值、加权的组合滤波方法,有效抑制了噪声,提高了信噪比。采用特征谐波法进行水平偏差提取,偏差送Fuzzy-PID控制器得出系统控制量,通过滑块的运动完成焊缝纠偏,通过试验验证了算法可行性和精确性。焊接过程中,弧光、飞溅、烟雾等对焊缝图像质量造成巨大的干扰,选择抗干扰能力强的图像处理方法显得尤为重要。提出了以改进的梯度算法为核心的图像处理方法,该方法能够从强干扰的焊缝图像中提取焊缝原有信息,处理后的激光条纹能完全表征流水孔焊缝的特点,为准确焊缝识别奠定了基础。针对不同的流水孔焊缝类型,给出了焊缝特征点和流水孔类型的识别方法。格子间焊接过程中,为减小工人对机器人初始位姿的放置要求,焊接机器人应具有自动寻找焊缝初始位置能力。对摄像机系统进行了标定,对直线焊缝和直角转弯焊缝进行了初始寻位分析,得出了机器人初始位姿与轮子、滑块运动之间的关系,实现了焊接机器人的自动初始寻位。为应对格子间中各类焊缝的自动跟踪焊接要求,对焊接机器人系统进行了运动学和动力学分析,建立了数学模型;采用自适应最优加权信息融合算法对旋转电弧偏差和激光偏差进行融合,用以实现弯曲焊缝的平滑焊接;针对直角转弯和带流水孔的直角转弯焊缝采用了路径规划和实时焊缝跟踪控制结合的方法,对运动过程进行了分析和仿真研究,给出了机器人本体和十字滑块协调控制方法。最后通过实际焊接试验验证了本文研究工作的有效性。另外,本文所设计的自主移动焊接机器人焊缝跟踪系统在九江江州造船厂进行了生产现场实际试用,取得了预期的效果。