近几十年,随着科学技术的发展及人力成本的上升,工业机器人在越来越多的领域得到了广泛的应用。焊接作为现代工业中十分重要的一环,也逐步采用机器人焊接来取代人工,以提高生产的效率、品质及安全性。管道焊接是焊接生产中常见的一种加工工艺,针对复杂的相贯线轨迹,现有的焊接机器人大多采用示教模式进行轨迹编程,难以满足焊接效率的要求。本文结合一种桁架焊接机器人应用,提出一种新算法,实现了相贯线焊接轨迹的自动编程与误差控制,大大提高了分气管批量焊接的效率。本文的焊接机器人采用了桁架式结构,通过横向位移选择不同分气管的焊接定位,主轴旋转与升降实现焊枪的位姿调整,从而完成相贯线焊缝的轨迹控制。既满足了加工的灵活性又不需要占用很大的加工空间。论文在充分分析国内外相贯线焊接机器人的结构与算法原理的基础上,综合所采用的桁架机器人结构特点与相贯线形态的特征分析,完成了控制系统的功能方案设计。控制系统选用了 Soft Servo Systems公司的Servo Works S-140作为开发的平台,根据系统具体功能需求和实际焊接加工工艺要求进行二次开发,实现了面向分气管焊接的桁架机器人的自动编程与控制。针对相贯线轨迹控制,本文创造性的提出了“等距螺旋线逼近”的相贯线轨迹拟合方法。即:通过旋转轴与竖直轴的联动,构造了多段等距螺旋线,并以此逼近相应的相贯线轨迹。理论分析与测试结果表明,该拟合方案在保证轨迹控制精度要求的前提下,简化了相贯线轨迹规划过程,通过改变拟合参数,可满足不同尺寸产品的焊接要求。围绕“等距螺旋线逼近”拟合法,讨论了相贯线轨迹拟合两种不同的插值方案(角度等分插值法和距离等分插值法),分析了两种方案的拟合轨迹。通过数学方法对相贯线轨迹建模,然后进行插值运算完成轨迹拟合。接着应用MATLAB对两个方案分别进行仿真及误差分析,探究拟合曲线的误差变化规律以及管径尺寸、管径差、插值点个数等拟合参数对轨迹误差的影响,为不同工况、不同尺寸的情况下,如何选择轨迹拟合方案提供了参考。实际焊接加工结果表明,本文设计开发的数控系统实现了桁架焊接机器人自动控制,可用于不同规格分气管快速自动编程与批量焊接,大大提高系统操作的便捷性与加工效率。