随着压力容器应用领域不断扩大,生产数量不断提高,压力容器的重要组成部分人孔与压力容器之间的自动化焊接成为了一项科学研究的新课题。传统的人工焊接无论在焊接效率还是在焊缝质量上都已经无法满足生产要求,因此提出一个焊接机器人和俯仰-旋转两轴变位机组成的焊接工作站对压力容器人孔焊缝进行焊接工作。本文以管-管相交的马鞍形压力容器人孔焊缝为应用载体,对其进行数学建模得到焊缝模型并进行轨迹规划与优化工作,然后到机器人工作站在满足运动约束和工艺约束下对其进行协调船型焊接。具体研究工作如下:首先,对焊接机器人进行运动学分析。使用标准D-H建模方法对FANUC M10i焊接机器人建立连杆坐标系,并得到D-H参数,然后使用解析法计算正逆运动学的解,求出后在MATLAB ROBOTICS工具箱中进行验证。其次,针对复杂空间焊缝的数学表达进行研究,对管-管相交的马鞍形压力容器人孔焊缝进行了数学建模,得到正交、斜交、正交偏置和斜交偏置的焊缝模型,选择正交情况下的焊缝模型对其进行等角度离散化,将焊缝曲线离散成距离接近的点,以焊枪姿态处于主管支管切面二分角的姿态约束下,得到各点的焊枪坐标系,然后对焊缝曲线分别在关节空间和笛卡尔空间进行轨迹规划研究。轨迹优化方面使用惯性权重系数线性递减的粒子群优化算法来计算机器人关节运动的最优时间。在传统的3-5-3插值轨迹规划的基础上,使用改进粒子群算法在速度及加速度约束下以三段差值的时间为变量在范围搜索空间中进行优化并将超过约束范围的粒子淘汰。得到六关节最优适应度值后进行整合,同时间段取最大值得到关节运动的最优时间,通过仿真实验得到机器人六关节优化后关节角度、速度及加速度曲线并与优化前曲线进行对比,整体时间缩短了22.6%,并且满足各类约束,证明了方法的可行性。最后,在ROBGUIDE软件中建立机器人与变位机的焊接工作站对压力容器人孔焊缝进行协调船型焊接,并搭建机器人焊接工作站,对压力容器人孔模型进行现场实际焊接。