攪拌摩擦焊接機器人形變及載荷控制方法研究*

房立金，張 月，徐曉輝

（1.東北大學機器人科學與工程學院，沈陽110819；2.東北大學機械工程與自動化學院，沈陽110819；3.上海航天技術研究院，上海 201109）

工業機器人的剛度通常為數控機床剛度的1/50[1–2]，影響因素主要包括桿件柔性和關節柔性。桿件柔性為機械臂結構剛度較低導致，特別是機器人大臂與小臂。關節柔性來源有減速器柔性、支撐軸承柔性、同步帶及傳動軸柔性等[3]。由于柔性原因，加工作業的動態低頻切削力作為激振力容易引起機器人顫振[4]。

傳統加工領域，數控機床仍是加工的主要裝備，工業機器人通常用于物料搬運、沖壓壓鑄等簡單操作[5–6]。機器人技術進步使其逐漸應用于銑削、鉆孔、攪拌摩擦焊接等復雜的機械加工領域[7–9]。

工業機器人在進行機械加工時仍存在一些技術問題需要解決[10–11]。包括工業機器人剛性差、減速器齒隙影響機器人精度等，這些問題對機器人的精度均產生重要影響[12–13]。傳統的串聯工業機器人承載能力與剛度不足，較難以承受攪拌摩擦焊所需的巨大工件頂鍛力，具有高剛度的并聯機器人機構被越來越多地用作攪拌摩擦焊裝備的主機構，串、并聯機器人機構運動副存在間隙，隨著作業時間的增加，系統作業精度和動力學性能會受到負面影響。

基于傳統工業機器人的剛度特性及在加工領域的應用與現狀，本文闡述了機器人攪拌摩擦焊接中攪拌頭受力情況與作業載荷的控制方法，設計了一種高剛性機械臂結構并分析了其剛度特性。……