在实际工业生产中,圆管—圆管之间相贯的管件应用十分广泛。圆管的相贯线焊缝结构复杂,是一种比较复杂的三维空间曲线,目前有针对这种结构的专用焊接机器人还很少,大多数的相贯管件都是通过人工进行焊接。为了完成两圆管相交接缝的自动焊接,提高自动化焊接质量和生产效率,减少劳动工作量,加工出满足焊接精度要求的圆管相贯线焊缝,需要设计专门用于焊接圆管相贯线接缝的机器人及其控制系统。本课题在分析国内外针对圆管相贯线焊接机器人的基础上,分析了两圆管相贯的焊缝特征,通过坐标之间的变换,推导并建立了圆管相贯线焊缝的数学模型,利用MATLAB编程软件的GUI模块编写了程序,验证了曲线数学模型的正确性。根据焊接工艺参数,通过辅助坐标系,建立了两圆管相贯线焊缝位姿与焊枪姿态的数学模型并确立了两者之间的相对几何关系。通过分析机器人坐标的类型与相贯线焊缝轨迹焊接的运动自由度,从而确定了机器人的总体结构运动方案,设计了圆管相贯线焊接机器人的整体结构,利用SolidWorks软件完成了相贯线焊接机器人的三维实体模型的绘制。对旋转运动A方向、横向移动X方向、升降运动Z方向以及手腕控制B、C方向进行了结构设计,各个运动方向能独立进行控制,通过旋转运动机构完成支管的圆周焊接,通过横向进给机构完成支管不同半径大小的控制,通过升降运动机构完成焊缝上焊点位置高低不同变化的调整,三个运动机构联动共同完成相贯线焊缝的轨迹控制。同时,手腕运动机构对焊枪的姿态不断进行调整,保证了焊缝的加工质量。通过相贯线焊缝数学模型的分析,对相贯线运动控制算法进行了研究,设计了两种控制算法,一种等旋转角度的插补算法,另一种旋转角度不断变化的控制算法,通过角度的变化计算出各轴坐标值的变化值,运用MATLAB对两种算法进行了仿真验证,满足了焊接参数以及误差要求,保证了焊接的精度和稳定性。对相贯线焊接机器人的运动控制系统进行了软件与硬件的设计。硬件采用了 PC机+固高运动控制器的控制方式。在搭建好控制系统硬件结构后,将PC机与运动控制器建立通讯关系并进行了调试。在可视化编程软件VB6.0环境下完成了运动控制系统的软件结构设计,设计了友好的人机交互界面,包含参数设置模块、轨迹计算模块、运动控制模块、状态检测模块、故障诊断模块等几个功能模块,操作界面实用、直观。通过硬件与软件能够对相贯线焊接机器人的运动结构进行控制,完成各个方向的运动控制。