随着海洋石油资源的开发活动不断加强,海洋钻采平台的需求量大幅上升。管管相贯的导管架接头形式在海洋平台中大量出现,目前此类管接头的焊接多采用手工施焊,焊接效率低。导管架接头的高效自动化焊接在管道组装工程中具有重要的意义。本论文的开展基于天津市科技支撑计划重点项目"K/Y型导管架焊接机器人",已有的管道接头焊接机器人大多针对正交、小尺寸的T型管接头焊接件,其对于海洋平台中K/Y型大尺寸斜交接头形式的相贯线焊缝无法有效施焊,为了实现K/Y型相贯管接头焊缝的自动化焊接,大幅降低此类管道焊接现场工人的劳动强度、改善其工作环境,并有效提高焊接质量和效率,本文设计研制了一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人。在充分调研国内外管道自动焊接机器人研究现状的基础上,深入分析了 K/Y型管接头空间相贯线焊缝的特点,建立了管道斜交相贯线的数学模型及相贯线焊缝的特征坐标系,提出一种圆柱坐标型操作机构与二自由度差速手腕机构结合的机器人结构设计方案,该机器人具有5个自由度,即可满足机器人自由度的使用要求又能实现灵活避障的目的。为了保证机器人结构强度,对所设计的机器人在危险工况下的力学性能进行了分析,利用Ansys Workbench有限元仿真分析软件,对设计的机器人结构进行了静力学和模态分析,校核了其结构强度和振动稳定性,对其进行了结构尺寸优化,在保证各部分结构强度都能满足使用要求的基础上,完成了机器人样机的设计开发。根据机器人样机各杆件尺寸,采用D-H法建立了机器人连杆坐标系,对机器人正逆运动学问题进行了求解,按照相贯线焊缝的焊接工艺要求,采用主法面二分角法对相贯线焊缝的曲线轨迹进行了轨迹规划,使用MATLAB机器人工具箱Robotics Toolbox对轨迹规划结果进行了仿真验证。