随着近年来经济的飞速发展，工业机器人被广泛的应用到各个领域。由于焊接环境恶劣，使得工业机器人在焊接领域的应用更加广泛。然而，目前使用的焊接机器人以通用工业机器人为主，主要用于完成复杂的焊接任务，对于焊缝种类单一的焊接任务产生了功能浪费。通用工业机器人的价格较高，增加了产品的生产成本。针对这个实际问题和市场的巨大需求，本文设计了4自由度直角坐标焊接机器人的控制系统。首先，本文对交流伺服系统和直流伺服系统以及集中控制方式和集散控制方式分别进行了比较；针对4自由度直角坐标焊接机器人的工业用途设计了控制系统的总体方案；根据总体方案对交流伺服电机和线性模组进行了选型及校核。其次，本文建立了d-q坐标系下的永磁同步电机的数学模型，并通过状态方程对其进行了电流反馈解耦；针对解耦后的电机模型，本文运用调节器的工程设计方法，对焊接机器人Z轴交流伺服系统的电流环、速度环和位置环进行了调节器设计；在Matlab/simulink中搭建了Z轴的交流伺服控制系统仿真模型，实现了不同速度给定下的位置阶跃响应的仿真；利用MFC编写了G代码轨迹模拟软件，使得G代码文件使用前操作者即可检验其生成轨迹的正确性。最后，搭建了4自由度直角坐标焊接机器人样机的控制系统；探讨了实物接线中提高控制系统的抗干扰方法；利用实验样机进行了大量实物的焊接实验，从而检验控制系统的稳定性及定位精度等。