为实现海洋平台导管架T、Y、K型相贯接头的自动焊接，设计了一种移动式五自由度焊接机器人。针对此类相贯接头管径大、管壁厚、坡口焊缝呈空间曲线的特点，以及Y、K型接头的自动焊接过程中相贯管道与机械臂本体容易发生碰撞这一特殊情况进行海洋平台导管架相贯接头焊接机器人关键技术的研究:　　通过对马鞍形焊缝曲线进行分析，结合相贯接头管道切割标准进行厚壁大管径管道坡口的数学建模工作。进一步根据相贯接头坡口数学模型及其焊接规范进行T、Y、K型接头的多层多道焊路径规划及焊枪姿态规划的建模工作。　　综合考虑相贯接头数学模型、K型接头自动焊接的避障及海洋平台导管架野外施工的具体需求，进行自动焊接机器人的本体结构设计工作。进一步通过建立该机器人运动学模型、本体工作空间分析确定机器人杆件尺寸。　　针对该机器人有两个控制焊枪俯仰姿态自由度的问题，采用两步法进行机器人逆运动学关节值的求解工作。提出采用曲线逼近法进行相贯线焊缝长度求解，并在此基础上计算机器人关节空间速度、加速度，从而实现相贯接头焊接机器人连续轨迹规划。　　针对K型接头的自动焊接过程中可能存在机器人下臂在两支管间狭小处会发生碰撞的问题，进行相贯接头焊接机器人碰撞检测算法的研究。采用包装盒法简化空间曲面物体数学模型;采用矛盾不等式判别法判断代表空间物体的两个不等式组是否存在交集，以此判断两个物体是否发生碰撞。如果发生碰撞则通过计算机器人线条与管道表面间交点进一步求解干涉位置。通过以上过程判断机器人下臂是否与支管发生碰撞并量化碰撞情况。　　对于机器人与管道间发生碰撞的情况，采用机器人下臂与另一侧支管平行的策略初算机器人的避障轨迹。然后建立冗余自由度机器人运动雅可比，根据导数的极限定义对相贯接头曲线进行求导，建立机器人关节速度约束，采用分离空间法保证机器人运行轨迹连续。进一步采用扩展雅可比法，引入机器人关节限约束保证机器人关节值在有效范围内。最后以K型接头的自动焊接为研究对象，采用简化的人工势场法建立K接头自动焊接机器人的无碰撞连续轨迹规划计算模型。　　通过分析相贯接头自动焊接过程中存在的各种误差及这些误差对机器人焊接精度的影响，提出一种相贯接头焊接机器人快速标定方法。该方法首先通过示教相贯焊缝上一组随机标定点，然后采用模拟退火算法分别进行主管、支管轴线方程的求解，最后根据两管道轴线方程计算机器人和管道工件之间的相对位姿矩阵，从而完成相贯接头焊接工作的快速标定任务。　　进行相贯接头焊接机器人本体机械设计，设计了两个半圆结构的刚性轨道结构，采用偏心轮锁扣结构保证轨道在支管上的快速安装，采用弹性锥轮实现小车在轨道上的定位及装卡。开发了开放式机器人控制系统，以工控机为核心采用多轴运动控制卡进行机器人关节电机的协调控制。在VC环境中使用Galil公司提供的动态链接库编制了机器人控制软件，并在Solidworks中进行二次开发编制了相贯接头焊接机器人离线编程软件。　　采用自保护药芯焊丝焊接工艺在试验室及现场进行了实验，实验结果显示所设计的机器人可以满足相贯接头的自动焊接要求，相贯接头焊后焊缝成形美观，能够满足海洋平台导管架建造现场的工程要求。