针对插接管道的相贯线焊缝的特点,设计了一种冗余自由度焊接机器人。该机器人为七自由度的弧焊机器人,主要用于插接管件相贯线焊缝的焊接。根据相贯线焊缝的特点建立了相贯线焊缝和焊枪位姿的特征坐标系,综合应用了几何法和D-H矩阵变换法分析了机器人关节空间内的逆运动学问题,建立了任务空间中基于相贯线焊接特征参数的关节变量表达式,为相贯线焊接路径参数的优化提供了设计参考。实际算例的结果表明,各关节的运动学逆解唯一,符合焊接要求。在传统的遗传算法的基础上引入了病毒的概念,避免了产生局部优化和早熟的现象。基于病毒遗传算法(VEGA)建立了插接管道相贯线焊缝弧焊机器人以最小能量优化为目标的综合轨迹规划算法,在机器人冗余自由度空间内确定了综合性能最优的关节姿态。研究了算法需满足的四大限定条件:肘点障碍碰撞回避条件,任务空间内轨迹运动精度条件,机器人极限安装高度限制条件,包含速度与关节力矩的动力学限制条件。应用Matlab的遗传算法工具箱GA和CSIRO Division of ManufacturingTechnology的Peter I.Corke编写的Robot工具箱联合对插接管道相贯线焊缝弧焊机器人能量最小轨迹的的病毒遗传算法计算过程进行了仿真。结果表明:机器人最末连杆L4处于铅垂状态时的轨迹所消耗的能量为最小。本算法无需进行机器人逆运动学求解,避开了冗余机器人必须求解伪逆矩阵及奇异点等难点。本文的主要方法及其计算公式都是在现有相关理论的基础上针对七自由度弧焊机器人的具体结构和功能独立提出来的。