工程设计学报

2020年02期

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刚柔协作3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人研究

张俊宝;侯红娟;刘健;孙丁丁;解磊磊

为满足搅拌摩擦焊技术的要求,解决搅拌摩擦焊机器人在顶锻力承受以及焊接灵活性方面存在的不足,在三自由度2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人基础上增加了3根绳索,设计了一种刚柔协作3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人。基于运动学建模,运用封闭矢量法分别计算了3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人刚性部分与绳索部分的位置逆解;运用求导法求得了机器人刚性部分与绳索部分的速度雅克比矩阵,并运用特征长度法将雅克比矩阵无量纲化,基于求得的速度无量纲雅克比矩阵,利用MATLAB软件分别对添加绳索前后的搅拌摩擦焊机器人的各项运动学性能指标进行编程求解;应用遗传算法对3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人的性能指标进行优化,通过设定最优个体系数、种群数目、遗传进化次数,对满足3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊接机器人全域刚度以及全域灵巧性的结构参数进行寻优求解。结果表明:3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人的承载力、灵巧性、全域灵巧性、刚度、全域刚度等性能指标均有所提高,且在综合考虑灵巧性以及刚度的优质工作空间内运动连续,说明3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人相较于2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人能够承受更大的顶锻力,且运动灵活性有所提高。通过遗传算法优化后找到符合3CD/2RPU-SPR搅拌摩擦焊机器人全域灵巧性以及全域刚度的10组结构参数,在综合考虑搅拌摩擦焊接工况下,从10组结构参数中选取最优的一组作为搅拌摩擦焊机器人的结构参数,在该结构参数下,机器人性能指标有所提高,更适合完成搅拌摩擦焊接工作。研究为提高机器人搅拌摩擦焊接质量提供了理论依据。 (共10页)
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