智能焊接机器人的机构设计与仿真

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    焊接机器人因具有能稳定和提高焊接质量、改善工人的劳动条件、提高劳动生产率、产品周期明确、产品换代周期缩短、减少设备投资等特点，在各工业领域的焊接生产过程中得到了日益广泛的应用。目前，全世界已有约一半的机器人用在焊接生产中，除应用最多的汽车行业以外，焊接机器人还广泛应用于交通运输、桥梁、钢构、工程机械、石油管道等其他行业。

    随着当前工业的发展，需要的大型焊接结构件也越来越多，尤其在大型船体、球(气)罐等大型装备的制造中。当前焊接机器人大多运用在结构化的焊接环境中，但在非结构化环境中，在这些大型船体、球(气)罐等大型装备的制造特别是检修维护作业中，非结构空间的焊接需求突出。其工作量大，作业空间复杂，焊接作业难度大，迫切需要研制在长距离、大范围复杂作业面能完成角接焊缝等复杂结构焊接作业任务，具有新型爬行越障机构的自主焊接机器人。

    在机器人的设计中，机械设计、运动学模拟及力学分析都涉及大量复杂的计算，用传统的机构分析方法实现起来难度很大，但在现代的虚拟样机设计环境下，实现三维的运动机构设计就容易很多，可以直观地进行机构的静力学、运动学和动力学分析及仿真，从而实现优化机械结构。

1 焊接机器人机构设计及三维实体建模

    是功能强大的参数化特征三维建模软件，非常适合机械的设计。

    如图1所示，焊接机器人的机械部分由车架、吸附机构、升降机构、爬行机构、焊接机械手等组成。

    图1 焊接机器人总装图

    车架由前车架和后车架两部分组合而成，车架之间的连接允许两车架有比较小的转动，从而可以保证驱动轮更好地着地。

    每组行走组件由中间的驱动轴连接座连接两组由电机驱动的驱动轮组成，行走组件由导轨滑块连在两组固定于车架上的支架上，中间由丝杠螺母固定在车架上，高度通过电机可调。在无障碍行驶时，中间轮提起，前轮和后轮着地行驶；当遇到障碍物时，中间轮子降下，轮子相继提起，就实现了越障的功能。三组磁铁组件在行走组件的下面，距离地面8mm，以提供机器人在垂直壁面及在倒立的避免行驶时有足够的吸附力。

    机械臂底座由紧固件固定在车体上，臂一由电机驱动可绕底座360度转动，臂二与臂一、臂三与臂二、手腕与臂三之间分别由电机驱动在同一平面内相对转动，手腕和手腕输出轴之间也由电机驱动绕手腕轴线转动。