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当前，在石油化工及锅炉行业中，仍存在着大量不同规格的管道。各种规格管道连接形式采用焊接的连接形式，然而在不同规格管道焊接过程中仍存在着一些问题，主要表现在:现有焊接设备难以满足其自动化焊接要求，目前仍依赖于焊工手工焊接为主。在锅炉管道焊接中，其主管体积庞大，支管数目多并且密集，焊接形式为复杂空间曲线（相贯线）的全位置焊接，因而大大增加了焊工的工作强度，长时间工作难以保证焊接质量。当前一般6自由度工业焊接机器人已经在汽车等行业大量应用，但针对管道相贯线焊接工业机器人并不适用，需要开发特种专用轻巧便携，可编程的柔性相贯线焊接机器人。随着工业自动化的大力发展，工业机器人的创新与发展起到了举足轻重的作用。自动化焊接机器人的发展，以改善工人工作环境，提高生产效率为目标，亟待取得长足的进步。 本文调研了国内外自动化焊接机器人的发展现状及未来的发展模式，基于国内外学者的研究项目，立足于行业发展现状，提出了以轻量化，便携，适应性强为目标的五自由度相贯线焊接机器人系统设计。首先分析了管道插接形成的相贯线的几何模型，建立了相贯线数学模型;为使焊枪轨迹匹配相贯线的几何模型，建立了带动焊枪的行走机构的机械模型。机械模型分为两个部分，分别为焊枪位置模型和焊枪姿态模型，包括五个自由度的运动。结合相贯线的几何特性和各自由度的设计要求，对机器人整体结构进行重新设计和优化。基于最优化设计方法，根据合理的设计计算，用三维软件SolidWorks进行三维模型的创建和整体装配，验证装配工艺，检查运动空间、运动干涉，并借助MATLAB进行运动学轨迹分析，验证了机构整体的稳定性和运动特性。 最后根据设计图纸进行实体零件加工制造，并进行整体结构装配。实际的实验验证了焊接机器人系统的实用性和可行性。结果表明，焊接机器人系统能够很好地实现焊枪轨迹、焊枪姿态的独立控制，机构整体运动平稳可靠，轨迹规划准确，为后续全位置多层多道焊接工艺研究建立了一个稳定的、实用的操作平台。