随着大型工业的高速发展,应用于大型复杂钢结构件的切割技术及装备研究极其重要,现有的串联式多轴联动切割机器人在对非平面类工件切坡口有其制约性,因为这种构型的切割机器人在曲面上实现复杂路径切割时各关节转动的角度有多解,为保证运动路径的连续性、无突变,需要复杂的控制策略,操作麻烦。在此背景下,本文设计了一种串并串式五轴切割机器人系统,能实现复杂钢结构件大角度坡口的切割。它的三自由度平移机构单独完成切割空间位置变化,二自由度旋转机构单独完成切割角度姿态变化,二者无需相互补偿位移,简化了控制策略。实现上述切割机器人的核心是通过机械结构设计,使旋转机构两旋转关节轴的轴线都通过割炬枪头的割炬点,保证割炬点做旋转运动时空间位置不偏移。割炬点固定的旋转机构有轴线斜交式和轴线正交式,通过运动学分析,在简化控制策略的原则上,选择并设计了轴线正交式割炬点固定的旋转机构。本文使用SOLIDWORKS建立大型复杂钢结构件切割机器人三维模型,通过应力和位移变形分析,对切割机器人系统整体的强度、刚度和稳定性校核,优化零件尺寸。最后进行实物样机制作,安装调试,验证了本文设计的切割机器人应用于复杂钢结构件切割方案的可行性。本文为大型复杂钢结构件的切割系统提供了一种结构设计思路和方法。