智能制造已经成为现代制造业发展的必然趋向。为了响应国家“中国制造2025”的号召,实现中国制造业转型升级,越来越多的中国制造企业开始选择用机器人来取代人工,以提升生产效率和产品质量。对于在船舶制造、海洋工程等重工业制造中常用的龙门架式双臂焊接机器人,其非线性、强耦合的复杂结构、关节自由度的冗余以及双臂之间协同和碰撞的问题,给该类机器人的运动规划和设计带来了困难。本文对龙门架双臂焊接机器人进行了运动规划算法研究,通过对其结构和模型进行分析,明确运动规划算法设计的目标和约束条件,结合预测控制等系列算法的思想为该机器人设计运动规划算法,解决了上述的系列问题。本文主要的研究工作内容如下:(1)首先利用机械臂的正运动学原理和四元数姿态描述对龙门架双臂机器人进行分析建模,构造了输入量为关节位置与输出量双臂末端位姿之间的机理模型,通过对其求导并离散化获得其状态转移方程。然后将龙门架机器人的关节电机在位置、速度、加速度的物理约束转换为关节速度约束,双臂与焊缝平面的避障约束转换为机械臂连杆的位置约束,双臂之间的碰撞约束转换为连杆之间速度方向的约束,最后借助模型预测控制的思想为其设计运动规划算法,将轨迹跟踪作为控制器的性能指标,通过二次规划求解有约束的优化问题,获得关节运动轨迹。(2)为了解决机器人单焊缝双枪焊接工艺中的协同操作问题,本文设计了基于分布式预测控制的运动规划算法。首先将该系统分解成三个子系统,分别为:龙门架子系统、左部机械臂子系统、右部机械臂子系统。而这三个子系统之间相互通讯交换各自的信息,然后根据其他子系统的信息调整自身的输出,从而协调机器人的运动操作,使得两台机械臂协同完成单焊缝双枪焊接任务。并且三个子系统的控制器是并行求解任务分解后的协同优化问题,从而提高了串行运行效率。(3)针对焊接龙门架机器人的操作模式具有重复性的特点,考虑利用重复性过程中的数据来不断地调整未来的控制律,使得工作质量越来越好。故本文设计迭代学习预测控制以解决龙门架双臂机器人上机械臂的运动规划的问题,该方法对焊缝焊接的整个过程进行考虑,而不是将焊缝分解为多个离散点,分别进行考虑,这使得运动规划更加合理、整个焊接过程更加连贯,同时加入迭代学习预测控制方法后将保证机器人在工作中满足的给定的约束条件,并且其焊接轨迹的跟踪精度随着迭代次数的增加而增加。