随着中国“智能制造”创新战略的深入推进,传统制造业的转型升级面临巨大的机遇与挑战。焊接在国民经济建设中起到不可替代的作用,在桥梁、农业机械、国防建设、石油化工、航空航天、工程机械以及海洋工程等领域得到广泛应用。本文针对立焊这种典型工况,在焊接过程中熔滴受重力影响而导致的焊缝成形和焊接质量问题,研发了一种基于摆动电弧的三轴立焊机器人,并对其关键技术和焊接工艺参数进行了深入研究,具体研究内容如下:首先自主研发了基于摆动电弧的三轴立焊机器人。先是对三轴立焊机器人结构设计、焊接自动控制及焊缝成形等基础理论进行了深入阐述,以摆动电弧为基础实现了三轴立焊机器人的框架设计与结构组装。通过对电气控制理论与焊缝跟踪原理的深入研究,采用霍尔传感器和摆动电弧传感器实时反馈焊缝信号,利用单片机控制焊接过程,按键箱与主控箱显示屏实时观测焊缝跟踪状态,从而自主研发出基于摆动电弧跟踪的三轴立焊焊接机器人。其次建立立焊熔池热源模型并提出波形过滤新方法。本文针对重力影响下的立焊熔池成形不稳定,通过对立焊熔池热源与受力分析,根据熔池热源模型,采用sysweld软件对立焊向下与立焊向上的熔池成形进行仿真,深入解析了立焊的焊缝成形理论。在焊接实践中由于波形的信噪比在立焊条件下变化很大,针对焊接信号的处理问题,在常规中值滤波的基础上提出一种修正型中值滤波方法,该方法在常规滤波方法的基础上很好的优化波形,为后续立焊理论研究提供了基础。然后提出三轴立焊焊接机器人的优化方案。针对立焊条件下焊缝成形困难,跟踪难度大的技术性难题,本文在丰富的理论基础与项目经验的的积累下,设计出立焊工况下的焊枪自适应调节装置,通过调节焊枪倾角实现焊缝的良好成形。提出一种基于双激光雷达探测传感器的自动化焊接方法,将激光雷达与焊枪制成一体化,实现激光雷达对焊缝的精确跟踪。最后针对三轴立焊机器人的优化方案进行试验验证。试验表明焊枪倾角的调节和激光雷达跟踪使得三轴立焊焊接机器人的焊接成形效果与跟踪效果显著提高,这为立焊机器人的进一步研究提供了基础。