压力容器广泛应用于工业、石油化工、医疗、建筑、农业等生产中,为国民经济发展做出了不可替代的贡献。马鞍型焊缝是压力容器焊接中常见焊缝形式,当前对该类焊缝焊接主要由人工完成,人工焊接工作坏境恶劣、效率低、难以保证焊接质量,所以迫切需要研制该类焊缝的焊机机器人。本文分析了国内外马鞍型焊缝焊接机器人研究现状,建立了马鞍型焊缝、焊缝倾角和焊缝转角的数学模型,通过坐标变换得到焊枪工作角和行走角的数学方程,为机器人结构设计和控制提供理论依据。通过分析马鞍型焊缝、焊缝倾角和焊缝转角的数学模型得出设计要求,提出了多种能够完成该类焊缝焊接的机构方案,最终选定二自由度手腕圆柱式坐标机构,该机构为五自由度串联机构。采用D-H坐标法对该机构方案运动学正、逆解进行求解,求得该机构方案运动参数。根据设计要求对机构方案进行结构设计,设计了一种二自由度定心手腕,该手腕采用圆心重合的两段弧形齿轮结构调节焊枪工作角和行走角,实现了机器人的解耦控制,降低了控制难度。利用ADAMS软件建立马鞍型焊缝焊接机器人的虚拟样机进行运动学分析,得到机器人焊枪末端的运动轨迹,并与焊缝实际轨迹进行对比,仿真结果表明该机器人焊接误差在允许范围内,满足设计要求。