變胞汽車焊接機器人拓撲分析與動態焊接參數建模

胥剛 劉國

摘 要：變胞機構是基于機構運動過程中構件數目的變化和自由度的變化為特征的機構。本文研究的變胞汽車焊接機器人，為克服現有技術不足，提出變胞汽車焊接機器人；并使用了關聯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焊接參數運動學模型，為后面進行運動學仿真和動力學仿真奠定基礎。

關鍵詞：變胞焊接機器人；焊接工藝參數設計；關聯矩陣；拓撲分析

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

0 引言

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

變胞機構（Metamorphic Mechanism）是通過研究可折疊式紙盒和工藝品等機構提出的一個嶄新概念。為了克服現有技術不足，變胞理論應用汽車焊接機器人，現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，結構緊湊，剛度好，承載力大，工作空間大，能夠滿足各種焊接作業。

1 變胞汽車焊接機器人變胞結構拓撲分析

1.1 汽車變胞焊接機器人結構

1.2 變胞結構拓撲分析

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

1.3 關聯矩陣法及變胞演化矩陣

運用關聯矩陣法描述汽車變胞焊接機器人的變胞構態變換過程可以清楚地描述在構態變換過程中構件數目變化所引起的拓撲結構變化，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。

2 動態焊接參數運動學建模

對串并聯的變胞焊接機構進行動態焊接工藝參數的運動學分析時，合理的將并聯機構轉化為并串聯機構式（2），找到串聯機構中的主鏈去進行方程建模分析，即可得到此機構的閉環約束方程。

3 結論

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

（2）運用關聯矩陣法描述了變胞焊接機器人變胞種構態變換下的變換矩陣有利于變胞機構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構特點，采用李群李代數旋量對整個系統進行動態焊接參數進行運動學建模分析，得出了該機構的閉環約束方程。為后續研究作好鋪墊。

參考文獻：

[1]吳艷榮，金國光，李東福，楊世明，戴建生.描述變胞機構構態變換的鄰接矩陣法[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].現代制造技術與裝備，2015（06）：146-148.

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