變胞汽車焊接機器人拓撲分析與動態(tài)焊接參數(shù)建模

胥剛 劉國

摘 要：變胞機構(gòu)是基于機構(gòu)運動過程中構(gòu)件數(shù)目的變化和自由度的變化為特征的機構(gòu)。本文研究的變胞汽車焊接機器人，為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出變胞汽車焊接機器人；并使用了關(guān)聯(lián)矩陣及其邏輯運算對變胞過程進行描述和建立變胞焊接機器人動態(tài)焊接參數(shù)運動學模型，為后面進行運動學仿真和動力學仿真奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變胞焊接機器人；焊接工藝參數(shù)設(shè)計；關(guān)聯(lián)矩陣；拓撲分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.037

0 引言

傳統(tǒng)的汽車焊接裝置大多為串聯(lián)的焊接機器人，這種串聯(lián)焊接機器人工作空間小，機構(gòu)動力性差，可靠性差，給汽車焊接帶來不便，不能滿足現(xiàn)代社會的要求，因此急需一種全新的汽車焊接裝置，能夠適應不同焊接環(huán)境的需要。

變胞機構(gòu)（Metamorphic Mechanism）是通過研究可折疊式紙盒和工藝品等機構(gòu)提出的一個嶄新概念。為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，變胞理論應用汽車焊接機器人，現(xiàn)提出一種汽車變胞焊接機器人（如圖1，專利號：2018203775208）及一種汽車變胞焊接機器人用支架（如圖2，專利號：2018200268199），重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，承載力大，工作空間大，能夠滿足各種焊接作業(yè)。

1 變胞汽車焊接機器人變胞結(jié)構(gòu)拓撲分析

1.1 汽車變胞焊接機器人結(jié)構(gòu)

1.2 變胞結(jié)構(gòu)拓撲分析

此文研究的變胞焊接機器人實現(xiàn)變胞功能能通過構(gòu)件數(shù)目的變化來實現(xiàn)的，分為構(gòu)件數(shù)目減少和構(gòu)件數(shù)目增加兩種方式。具體實現(xiàn)方式參照專利（2018203775208）里面原理分析。

1.3 關(guān)聯(lián)矩陣法及變胞演化矩陣

運用關(guān)聯(lián)矩陣法描述汽車變胞焊接機器人的變胞構(gòu)態(tài)變換過程可以清楚地描述在構(gòu)態(tài)變換過程中構(gòu)件數(shù)目變化所引起的拓撲結(jié)構(gòu)變化，從而下一步的運動學建模以及以后的動力學的運算提供依據(jù)。

2 動態(tài)焊接參數(shù)運動學建模

對串并聯(lián)的變胞焊接機構(gòu)進行動態(tài)焊接工藝參數(shù)的運動學分析時，合理的將并聯(lián)機構(gòu)轉(zhuǎn)化為并串聯(lián)機構(gòu)式（2），找到串聯(lián)機構(gòu)中的主鏈去進行方程建模分析，即可得到此機構(gòu)的閉環(huán)約束方程。

3 結(jié)論

（1）將變胞機構(gòu)應用于汽車焊接機器人領(lǐng)域研究發(fā)明了一種可控機構(gòu)式變胞焊接機器人，具有較強的剛度和可靠性。

（2）運用關(guān)聯(lián)矩陣法描述了變胞焊接機器人變胞種構(gòu)態(tài)變換下的變換矩陣有利于變胞機構(gòu)運動學和動力學的計算機分析。

（3）針對變胞汽車焊接機器人結(jié)構(gòu)特點，采用李群李代數(shù)旋量對整個系統(tǒng)進行動態(tài)焊接參數(shù)進行運動學建模分析，得出了該機構(gòu)的閉環(huán)約束方程。為后續(xù)研究作好鋪墊。

參考文獻：

[1]吳艷榮，金國光，李東福，楊世明，戴建生.描述變胞機構(gòu)構(gòu)態(tài)變換的鄰接矩陣法[J].機械工程學報，2007，43（07）：23-26.

[2]黃敏雄，胥剛，蔡敢為，戴建生.具有變胞功能的焊接機器人拓撲分析和工作空間建模分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2015（06）：146-148.

湖南省教育廳資助科研項目（NO.2017C0812）；湖南汽車工程職業(yè)學院校級課題（NO.HQZY1733）