膨胀波纹管广泛应用于石油钻采行业,但由于其截面形状复杂,管管之间的焊接多由手工完成,焊接质量受限,生产效率低,因此亟待开发出能取代手工操作的自动化焊接设备,最大限度地减少生产过程中环境和人为因素的影响。本文密切结合工程应用中的实际需要,提出了相应的设计方案,主要研究内容如下：(1)针对膨胀波纹管异型接头截面特点,根据实际焊接工况,设计了能实现此轨迹的焊接机器人三维实体模型,Pro/e仿真表明其运动良好,无干涉。(2)采用D-H方法建立机器人运动学模型,求出正、逆运动学解,并通过MATLAB仿真证明了该模型的有效性,为后续控制奠定了基础。(3)分段建立焊接速度模型并分析各段运动情况及影响速度的两大变量,根据速度矢量图推出焊枪速度恒定的条件下,小车和高低滑块的速度方程,实现了全过程恒速焊接。(4)采用本文研制的焊接机器人在实验室条件下进行了熔化极气体保护焊工艺试验,对采用不同保护气体、不同坡口和不同焊丝的情况分别进行了研究,获得最佳试验条件及工艺参数,同时试验表明焊接机器人性能稳定,能够满足波纹管焊接工艺的要求。本文设计的焊接机器人还可应用于膨胀波纹管的坡口切割工作,提高了设备的通用性。