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在面向国家安全和战略规划的大型科学装置中，由于这些装置规模庞大，结构复杂，涉及的元件类型与数量众多，仅仅依靠工作人员规划工装的运动，往往导致人员和工装的重复劳动，造成装配效率低下，加大了人员和工装的劳动负担。因此，结合环境的布局特点和装配（维护）任务需求，利用移动机器人相关技术，实现大型工装安全、可靠自动路径规划，能够在很大程度上提高装置的安装维护效率，对于装置从建设、到运行、再到维护的全生命周期均具有重要意义。 本文以国家自然科学基金“大型激光驱动器靶场管路布局优化研究”为依托，以大型激光驱动器的靶场环境为研究对象，围绕复杂环境中大型工装的模型构建与路径规划问题展开研究，主要涉及大型工装的运动学建模、路径连续性分析、环境建模、路径点搜索及路径平滑等方面的问题。本文的主要工作包括以下几个方面: 第一，综合应用背景分析了复杂环境下工装模型构建与路径规划问题的难点;结合工装的自身特点及其非完整型约束，实现工装的运动学建模;基于工装运动学模型，分析了工装运动路径的连续性约束条件。 第二，提出了一种基于四叉树结构的非均匀环境模型构建方法。首先，提出并利用了凸投影的概念计算三维不规则障碍物在工装运动平面上形成的障碍区域;然后利用Minkowski和对障碍物的凸投影进行拓展;最后均匀分割靶场环境并利用四叉树结构对划分过程进行调度和管理，实现了环境的非均匀性建模。 第三，基于非均匀环境模型，提出了一种基于距离启发搜索和信息素混合更新的蚁群算法，搜索工装在靶场环境中的可行路径。该算法融合了基本MMAS算法的信息素范围限制策略和ACS算法的全局与局部相结合的信息素更新方式，设计了有效合理的适应度函数，综合评价蚂蚁生成的路径，引导蚂蚁向最优路径收敛;针对传统蚁群算法没有考虑到栅格与目标点的距离信息而导致的路径选择盲目性问题，设计了一种距离启发式路径选择策略。另外，设计修正算子和删除算子修正路径点以进一步提高路径整体质量，获得工装无碰撞运动的路径关键点。 第四，对于起点和终点方向给定的离散路径关键点，提出了基于三阶Bezier曲线的路径平滑算法，用于获得满足二阶几何连续的可行平滑路径。该算法充分考虑了大型工装的非完整性约束及起点和目标点之间的相对位置关系，并且灵活地运用了倒车操作。设计了连接任意方向和位置的两点的转弯单元，然后通过定义路径点之间的连接控制点，将路径分解，从而利用转弯单元连接所有相邻的连接控制点，获得工装运动的平滑可行路径。