随着焊接机器人的推广,越来越多的自动化设备代替工人完成焊接任务。然而对于管道插接相贯线的焊接,由于空间相贯线焊缝的结构复杂,现有的焊接机器人系统很难满足使用的要求,在一些情况下仍然需要通过工人来完成焊接任务。为了降低工人的劳动强度,提高焊接质量和劳动效率,需要研制一种专门用于相贯线焊缝焊接机器人专机。本文在分析国内外管道自动焊机研究状况的基础上,深入分析了管道插接相贯线的特征,建立了斜交偏置下的相贯线模型以及相贯线方程。针对相贯线的特点,细化机器人每个自由度的功能。通过比较关节型坐标机器人和圆柱型坐标机器人,建立两种类型机构的运动方程式,求出它们的正解和逆解的方程,比较方程的形式,选择单变量方程来描述机器人运动,确定了一种相贯线轨迹运动解耦的机构形式,采用圆柱坐标型机构作为操作机。通过分析焊枪与焊缝的姿态关系,并结合焊接工艺涉及的焊枪工作角和行走角,研发了两自由度反球型机器人手腕机构。该手腕具有两个圆弧运动的自由度,分别由角转台和连杆机构来实现。安装在手腕机构上的焊枪可以实现焊枪末端固定的运动,从而实现对焊枪工作角与行走角的解耦控制。在确定硬件的系统基础上,建立电机与运动控制PMAC卡的连接。在Boland c++ builder开发环境下,通过与PComm32PRO动态链接库,设计出实用直观的操作界面,对一些变量参数可以进行修改与储存。使用PRO/E三维绘图软件对焊接机器人进行设计。在“机构”模式下进行机器人的运动仿真,校验各个关节运动方程的正确性以及机器人结构的合理性。通过实际的焊接实验,验证机器人的实际焊接效果。实验过程中,机器人能够很好地执行上位机发出的运动程序指令,实现焊缝轨迹、焊枪姿态的独立控制,完成焊接任务。