相贯曲线焊接在石油化工、管道工程和压力容器制造等领域是一项典型的焊接任务。由于相贯曲线焊缝的复杂性和现有自动焊接设备功能的局限性,相贯曲线焊接的自动化程度一直处于较低水平,尤其是对于多支管、共主管的复杂相贯管道,手工焊接是普遍采用的作业方式。研究并解决相贯曲线自动焊接的关键技术问题,对于提升我国相关领域的焊接自动化水平具有重要意义。本文以复杂的共主管相贯管道为对象,研究相贯曲线自动焊接的两大关键基础性问题——轨迹规划与轨迹控制。根据被焊工件的具体情况和焊接工艺要求,轨迹规划旨在规划焊枪相对于工件的轨迹并获得轨迹的数学表达式;基于轨迹规划的结果,轨迹控制的任务是控制执行机构夹持焊枪按照期望的轨迹运动以实现相贯曲线自动焊接。轨迹规划与轨迹控制是相贯曲线自动焊接研究与实施的紧密关联的两个方面。根据不同的被焊钢管情况与焊接精度需求,轨迹规划研究被划分为两个部分,以分别应对理想模型与非理想模型相贯曲线的焊接需求。首先,基于理想的、非正交的相贯管道模型,研究了无坡口、主管坡口和支管坡口三种坡口类型的相贯曲线焊缝的轨迹规划问题,提出了包含多层多道规划、焊接方向规划、摆动焊规划、焊接速度规划和焊道区间规划等多个方面的理论与算法,得到了理想模型相贯曲线焊接的跨焊道的焊枪轨迹解析式;然后,结合焊缝寻位信息和相贯曲线的固有特征,分析了导致焊缝偏差的各项偏差源,提出了支管坐标偏差与主管直线度偏差的量化与补偿算法,并将实际相贯曲线与理想模型轨迹规划相结合,建立了非理想模型相贯曲线焊接的轨迹规划方法。轨迹控制的研究以轨迹规划的研究结果为基础。设计了适用于共主管相贯管道焊接的主管旋转式焊接机制;构建了相贯曲线自动焊接轨迹控制系统的整体架构;提出了跨焊道、带摆动的焊枪轨迹的直接插补算法;提出了用于分段插补的、可准确限制路径误差的插值节点选取算法;创建了基于扫描式激光测距的相贯曲线焊缝寻位系统,并提出了相应的焊缝识别算法;研究了基于电弧传感器的相贯曲线焊缝跟踪的实施方案。针对共主管相贯管道的自动焊接,设计了一台六轴相贯曲线自动焊接设备,并利用本文在轨迹规划与轨迹控制方面的部分研究成果开发了相贯曲线自动焊接数控系统。焊接实验验证了相贯曲线自动焊接数控系统的可行性,进而也证明了轨迹规划与轨迹控制相关算法的正确性。