在大型舰船的钢结构焊接件中,存在桁结构复杂且箱型体系多,焊缝的位置及形状多样,焊接工作区域狭小,焊接的效率低下等诸多问题。工业机械臂焊接机器人,由于作业底座不能移动且臂的伸长有限,导致焊接的操作区域及空间受限,难以适应大型钢结构件的自适应动态焊缝跟踪的要求。本文通过对舰船的焊接工艺做深入分析,采用了将焊机、工控机、轮式移动智能焊接机器人和旋转电弧动态实时跟踪技术相结合的技术方案,以减少因加工或安装的误差和焊材热变形的不利影响,为有效的解决大型结构工件中长距离、大范围、具有复杂空间轨迹形式的空间焊缝实时动态跟踪难题提供了参考依据。(1)基于Pioneer 3的四轮差速移动平台和五自由度机械调节臂构成的三维空间焊缝的实时动态跟踪机器人:四轮差速移动平台负责转向和行走的粗调节;五自由度的机械调节臂负责焊枪空间姿态的垂直、水平和倾角的精确调节;末端调节滑块控制旋转电弧焊枪做线性的周期扫描运动,以实现对空间焊缝的偏差特征信号进行采集。(2)建立轮式移动小车与机械调节臂的联合运动关系模型,推导焊枪空间姿态的动态调节矩阵,为焊接机器人的焊枪姿态协调控制提供数理依据。(3)针对单一传感器的扫描信号缺点,优化了旋转电弧的线性周期扫描路径,优化了原始特征信号的提取区域,提出了一种基于限幅、多周期均值及动态贝叶斯变换和IVT组合的数据降维滤波处理方法,降低特征信号的维度,再经过仿射投影和马氏距离进行在线Adaboost分类,提高了在有限的焊接参数下焊枪空间姿态识别的效率和精度。(4)通过对轮式移动小车和焊枪调节机构的动态特性进行分析,根据旋转扫描电弧传感器获得的焊缝左右、高低及倾角的偏差特征信号作为控制量,采取自调节动态模糊规则和分级阈值协调控制器,提高跟踪系统的协调性。本文提出了新型的实时动态空间曲面焊缝跟踪技术,经过大量的试验表明:空间曲面焊缝的自动焊接误差在允许范围内,达到了预期的跟踪精度及效果。