随着工业自动化技术的提高,以及人工成本的攀升,为了降低生产成本,改善产品质量,提高生产效率,越来越多的焊接机器人代替人工被应用到焊接生产中。目前市场上的焊接机器人多为工业关节臂焊接机器人,其功能强大,价格不菲,适合于完成复杂的焊接任务。而对于一些生产简单结构件的中小企业,采用工业关节臂焊接机器人进行焊接生产,不仅会增加企业运营成本,还会造成工业关节臂焊接机器人功能的浪费。针对这种情况,本文设计一套直角坐标焊接机器人系统代替标准工业关节臂焊接机器人,来完成对直线焊缝、圆弧焊缝以及相贯线焊缝等简单焊缝的焊接。本文主要工作如下:第一,为满足定制方焊接需要,提出了四自由度直角坐标焊接机器人系统运行原理以及设计要求,并且依据设计要求对机器人系统进行了结构方案设计、驱动方案设计以及控制方案设计。完成设计后,利用三维软件PROE对机器人系统结构进行了三维建模,并且利用AutoCAD绘制了机器人系统二维加工图纸。第二,利用有限元分析软件ANSYSWorkbench12.0,对焊接机器人系统结构进行了静力与模态分析。通过对焊接机器人主机龙门框架的静力分析,提出了为减小冲击变形的龙门框架结构改进方案;通过对机器人主机整体的模态分析,得出机器人主机振动的前六阶振动频率,得出了避开共振电机的速度范围。第三,对熔化极气体保护焊焊接过程进行了分析,得出焊接工艺参数对焊缝影响以及其与熔滴过渡模式之间的关系;对熔滴过渡过程中熔滴受力情况进行了分析,得出表面张力和电磁力对熔滴过渡的影响和熔滴脱落的条件;建立了熔化极气体保护焊焊接过程的数学模型,并且对该模型进行了仿真分析。第四,根据设计结果,利用二维图加工、装配、调试出了样机,并且对样机进行了实验。通过对样机的运动空间实验、运动速度实验、定位精度实验、典型焊缝的焊接实验以及典型产品的试生产实验,验证了样机的各项指标均能满足设计预期。