机器人自动化焊接在汽车、船舶、大型钢材的焊接中均有很广泛的应用,已经成为智能制造中不可或缺的一部分,随着行业的发展对焊接操作的效率和稳定性的要求也越来越高。目前机器人通过本体示教的重复性焊接质量已经可以达到焊接标准,而针对智能焊接系统尤其是基于3D视觉的模板化焊接的研究仍然较少。本文结合国内外参考文献及项目经验,针对智能焊接系统进行了焊接特征模板的建立与基于路径图图论的遍历匹配、完成了基于视觉传感器CAD模型位姿配准与特征解析提取及路径矫正、基于焊接特征模板信息的焊接路径及工艺规划等方面的研究,具体内容如下:首先,针对批量的相似的工件焊接需求,本文建立了基于路径图图论的焊接特征模板遍历匹配方法。基于编码思想完成焊接特征参数的定义并基于主方向及焊接特征路径信息完成焊接特征模板匹配规则的设计,并根据路径图图论最优生成树完成焊接特征模板的遍历匹配。然后,本文提出了一种基于顺序标志点-ICP的位姿配准方法,首先选取3D视觉传感器并完成其与机器人的手眼标定,根据3D视觉传感器的视场范围及工件焊接特征大小设计了基于投影原理的采集点位姿规划并进行了点云数据的采集;集点云数据后,需按照标志点的选择顺序进行CAD模型的位姿初配准,接着通过ICP算法进行位姿再配准,能够实现CAD模型向点云位姿的配准,最后通过位姿配准后的CAD模型及匹配的焊接特征模板信息完成焊接特征的解析并通过点云的曲率进行路径矫正。其次,针对焊接特征模板信息进行了焊接路径以及工艺的规划。通过匹配的焊接特征模板信息,完成了对焊接路径的插补生成、对于特殊路径点如转角进行焊枪位姿、机械臂的运行安全点姿态等规划;针对面向焊接特征模板信息的工艺规划,本文首先建立了基于SQLite数据库的基础焊接工艺库,然后基于模糊处理进行案例-规则的递进推理方法的设计,能够针对每一条焊接路径完成对应焊接工艺的编写与推理,最后为机器人上位机输出指令文件及工艺书。最后,本文设计并实现了基于Qt及VTK的机器人焊接离线编程软件,能够实现焊接运行场景的搭建、正逆运动学仿真、实时碰撞监测等,并基于QWT完成机器人的各轴运动数据的实时监测。以钱江QJRH4-1A机器人、知微D130S视觉传感器和激光发射器为主体搭建了验证实验平台,进行了包括机器人手眼标定、模板定义、模板匹配、CAD模型位姿配准、焊接特征解析及矫正、离线仿真及空载试验,并进行远程联调实景案例焊接,保证了本文整体系统的可行性与适用性。