为了解决厚板复杂结构的焊接问题，需采用冗余自由度机器人系统。本文采用的九自由度弧焊机器人系统由六自由度关节型机器人、二自由度变位机和水平直线移动导轨三部分组成。首先，根据D-H法，建立了冗余自由度弧焊机器人工作站的坐标系统，对机器人和变位机的正、逆解进行求解，并探讨了逆解多值的最优解问题。为了实现J型坡口马鞍形焊缝的多层多道焊接，对J型坡口采用截面填充法进行路径规划，提出了采用增量法确定和修正焊缝层数和道数的理论，从而可以根据前一道已知焊缝的轨迹及坡口的几何参数来推断未知焊道轨迹。采用VISUAL C++6.0开发九自由度弧焊机器人多层焊的离线编程系统。该系统主要由运动学正、逆解求解模块、多层焊路径规划模块、运动学仿真模块ROTSY、焊接作业生成模块和通信模块MOTOCOM32等组成。其中多层焊路径规划模块包括马鞍形几何参数规划、焊道排布规划、焊接顺序规划及焊枪姿态规划等内容。该系统不仅可以单步生成作业指令，也可以自动生成作业程序，具有人机界面友好、集成度高、操作简单等优点。最后，在V型坡口对接焊缝离线编程实验的基础上，针对J型坡口马鞍形焊缝进行离线编程和运动仿真，并将仿真验证的作业程序传输至机器人控制柜，进行实际焊接。实验结果表明，机器人系统运动平稳，且实际焊接填充效果与路径规划基本一致，保证了焊接接头的质量，提高了厚板焊接的编程效率。