本课题源于中国海洋石油总公司科技项目“海洋工程高效制管生产线的研发”项目的子课题外压式自动钢管组对机的研制，其设计思路及算法研究对国内外相关领域有着一定的参考的价值，对于提高钢管组对的自动化有重大意义。目前，国内现有钢管生产方式都比较落后，海洋石油钢管工程中常需要将不同规格的多根钢管对接，实现石油及天然气的远距离运输。根据海洋石油运输钢管对口及焊接系统的发展状况及需求，本文研制出一种新型的自动钢管组对机，是国内外外压式钢管组对机械的首例自动化设备。该设备不仅能够自动组对钢管，还可以保证其直线度、错边量、焊接缝隙等参数，同时还可以提高产品的质量，降低工人的劳动强度，提高劳动效率。根据钢管生产车间的实际需求，对自动钢管组对机的功能、结构、控制系统以及控制算法等方面进行详细的设计及研究。研制的自动钢管组对机吸收了对口器组对及人工组对的优点，既有钢管定位标准又能保证直线度误差，主要由钢管上料自动识别系统、三爪定心龙门架组件、传感器检测及焊前预热机构等部分组成。针对各机械部分的特点，对控制系统的控制方案、控制元件及控制电路进行了选择及设计。设备主要采用虚拟面板、操作台手动以及便携式手动操作盒三种控制模式，按照组对机的工作需求选用了运动控制卡、数据采集卡以及传感器等主要元器件，并对控制电路及与上位机通信进行了设计。龙门架上的三爪定心机械系统为主要工作机构，完成钢管的调心和夹紧功能，通过研究其工作原理，针对有错边量的钢管组对的要求，建立组对机的应用坐标系，提出旋转法、圆心坐标平移的算法以及虚拟柱形空间算法。以组对机实验样机为研究目标，进行了以标准管为理论数据原型，由激光传感器采样，并经过由LabVIEW编写的算法程序进行运算的理论实验，从多组数据的一致性验证了组对机算法的正确性。同时，由样机对工程实际应用钢管进行了实物组对实验。经过组对多种不同管径的钢管，得到了一系列的成品参数，通过与技术指标的对比，实物完全达到了焊接标准，证明了研制的组对机系统以及提出的控制算法可以满足实际生产中钢管组对的需求。