近年来,航空航天高强铝合金大型薄壁复杂曲面壁板结构需求日益旺盛,该复杂曲面壁板结构具有结构尺寸大、壁薄刚性弱、壁板和焊接法兰构型各异、曲率变化大等特点,亟需研制高刚度、高运动精度、高可达性的柔性智能化机器人搅拌摩擦焊接系统,突破重载机器人本体、焊接传感与控制、机器人和变位机相互耦合等关键技术,实现高强铝合金复杂薄壁曲面壁板结构的优质高效焊接,促进我国机器人系统国产化和智能化水平的提升,进一步推动国产机器人的工程应用。采用串联机器人作为搅拌摩擦焊的载体,灵活性高,工作空间大,但串联机器人刚性较弱,搅拌头在焊接的过程中会受到较大的顶锻力、前进抗力和侧向力,使机器人发生变形,搅拌头偏移焊接轨迹。在搅拌针下压过程中,被焊板材和搅拌头接触,顶锻力激增,机器人发生了变形;在搅拌针退出过程中,顶锻力的急速降低,机器人从受力变形到机器人恢复形变,从而使机器人产生了较大的振动。基于此,本文提出对机器人搅拌摩擦焊接系统进行展开研究,并完成了以下工作:本文首先以机器人为研究对象,阐述了机器人和变位机的正运动学和逆运动学,提出基于了速度坐标系的机器人变形补偿模型。其次,针对机器人搅拌摩擦焊接系统,设计并构建了机器人搅拌摩擦焊专用电主轴力位传感系统,利用力传感器对专用电主轴进行重力补偿,得到搅拌头在焊接过程中的受力模型,分析机器人末端柔顺控制策略,提出了基于阻抗控制的力位混合控制策略,并将其应用于机器人搅拌摩擦焊接系统。再次,根据机器人搅拌摩擦焊接系统的组成,建立以机器人、专用电主轴、回抽轴、变位机等为主体的机器人搅拌摩擦焊接工作站,提出机器人和变位机为主体的耦合和解耦模型,并对机器人搅拌摩擦焊的工艺控制作出分析。最后对机器人搅拌摩擦焊接系统作出应用验证,首先利用电主轴的空转电流、系统的稳定性以及电主轴承载的轴向力对机器人搅拌摩擦焊专用电主轴作出性能验证;利用1-8mm板厚6061-T6铝合金的工艺试验验证系统可焊区间,并利用搅拌头在焊接过程中受到的顶锻力和机器人工具轴Z方向的变形量作出顶锻力位拟合分析,利用搅拌头在焊接过程中受到的侧向力和机器人在焊缝表面的偏移量（机器人工具轴Y方向）作出侧向力位拟合分析,根据基于速度坐标系的变形误差补偿模型,对不同板厚的焊接作出变形预测;随后设计不同方向的工艺试验,对系统不同方向的稳定性作出分析,并对前文作出的顶锻力位拟合分析和侧向力位拟合分析作出应用验证;最后利用平面曲线焊接工艺试验和复杂空间曲面壁板（卫星辐射器）的焊接证明了系统的稳定性和可行性。