工业机器人越来越广泛的应用于工业各领域,现代焊接生产中,越来越多的焊接任务将由焊接机器人来代替人工操作。插管焊接是化工和锅炉等行业中非常普遍的一种连接形式,对于大型插管相贯线的焊接,焊缝的空间结构较复杂,现有的焊接机器人难以很好的满足工况,许多任务仍需要人工来完成,需要研制一种专门用于相贯线焊缝的焊接机器人。通过分析国内外管道插接焊接设备的研究现状,结合相贯线焊缝的形态特征,从坐标类型和机构类型两方面比较目前常用机器人的外形结构,确定了采用圆柱坐标,四自由度并联传动来作为机器人操作机的结构设计方案。并建立了相贯线数学模型、焊缝位姿模型,焊枪姿态模型。设计了四自由度并联传动型相贯线焊接机器人的结构,可实现位置调整与姿态调整,其中位置调整的旋转与升降运动解耦,独立控制,互不关联；采用锥形齿轮差动轮系来设计差动手腕机构,姿态调整控制算法简单。各个驱动电机位于机架上,不跟随相贯线轨迹运动,优化了系统的动力性能,避免了电缆缠绕。计算了各个自由度的负载大小,进行了电机选型。使用Inventor软件对机器人三维模型进行虚拟装配及仿真,验证各个零部件的设计是否符合装配工艺,检查运动空间是否足够,运动过程是否发生干涉,通过仿真来验证方程推导的正确性。并提出了机器人结构升级的进一步构想。