压力容器作为化工装备的典型代表,由于其特殊的工作性质往往处于恶劣的服役环境中,承受着来自气体和液体等环境介质的压力及交变载荷的重复作用,故需要较高的密封性以确保其使用安全。相贯焊缝作为压力容器中典型的复杂空间曲线型闭合焊缝形式,其焊接质量直接关系到压力容器的使用寿命与运行安全。传统的单机器人焊接及人工在线示教存在效率低、精度差等缺陷,难以满足高质量焊缝的焊接需求,会造成焊缝质量差、轨迹难以控制等不良情况,表现出较大的局限性。双机器人协作焊接凭借高冗余、高柔性的优势,通过融合离线编程和视觉标定技术,为交叉管道相贯焊缝的焊接提供了新的解决方案。因此,本文围绕“双机器人协作焊接的相贯焊缝轨迹生成”这一关键问题开展研究,具体研究内容如下:首先,针对双机器人协作运动的工作空间,为寻找实现双机器人最优操作性能的灵活度工作区域,提出了一种基于可操作度性能的双机器人公共空间灵活度范围的求解方法。采用等间隔角度划分法获取了更加均匀完整的可达空间,引入了基于可操作性的灵活度评价指标,通过空间网格划分法对完整可达空间进行量化分析从而得到双机器人公共空间的灵活度范围。其次,在双机器人标定方面,通过引入对偶四元数描述空间刚体位姿,并提出了一种基于对偶四元数的双机器人标定方法,简称为AXB=YCZ标定模型。通过闭环运动学方程、对偶四元数及奇异值分解数学方法实现了待求解静态变换矩阵转动和平移量的同时标定,降低了传统标定方法中旋转和平移分量独立求解时带来的非正交和耦合误差。最后,围绕双机器人协作焊接的相贯焊缝离线轨迹生成问题,基于协同双机器人系统与离线编程的思想,提出了一种适用于小直径交叉管相贯线双机器人焊接运动规划的方法。根据焊接速度、运行时间等约束条件对焊缝进行位置和姿态离散化求解,运用离线轨迹的融合分解算法,对封闭运动链进行解耦并计算得到主从机器人的末端轨迹方程。此外,引入平稳性函数,提出了一种基于平稳性函数的运动优化方法,以双机器人公共灵活度空间为基础及焊接过程中的运动平稳性为优化目标,建立双机协作焊接运动优化模型,提出在平稳性函数及关节平滑轨迹约束条件下寻求运动的可行解,最后进行了焊接实验。本文所提出的双机器人工作空间计算、系统坐标系标定及相贯焊缝轨迹生成等方法具有一般通用性,可推广并应用于其他的双机器人操作中。所采用的理论为相贯管道的机器人焊接提供了分析方法,有助于提高压力容器的焊接质量与加工效率。