焊接机器人末端受电抖振及其驱动电频的研究

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当代焊接机器人应用领域日益增广,工业产品对焊接技术的要求越来越高,所以大力发展高效率、高精度和改善工人工作环境的机器人焊接技术迫在眉睫。引入机器人智能焊接技术,具有很强的柔性加工能力,但在焊接运行中,电流强弱以及电源频率会对焊接作业位姿产生相应扰动。电频变化会直接影响焊枪末端电弧力的大小,针对末端焊枪在工作中受电弧力干扰问题,本文重点研究内容如下:  1.依据焊接电弧静压力、等离子流力来分析焊接过程中末端焊枪电弧力的力学特性,然后对焊接电弧力的影响因素进行多方面分析,得到电弧长度、焊丝直径、焊接电流大小和脉冲电源频率等对电弧力的影响关系,并重点分析焊接电源频率波动与焊接电弧力之间的关联关系,由此计算得到脉冲电流下的电弧力大小。  2.针对研究对象,搭建焊接工作平台,对机器人焊接作业过程进行运动学分析,由运动学方程推算出焊接臂质心和焊枪末端P的线速度与加速度计算公式。然后进行拼接曲面焊枪受电抖振分析,推导出焊接机器人焊接臂的雅可比矩阵,进而得出焊接臂与各关节驱动力矩之间的关系,进行机械臂的动力学方程的推导。  3.进行焊接过程的动力学仿真分析,模拟不同大小,不同性质和不同频率的干扰电弧力对焊枪进行动态分析,得到焊枪末端运动过程的角加速度、线性加速度和线性速度与电弧力的特性关系曲线,进行结果对比分析,找到不同因素对焊枪稳定性的影响关系。  4.通过对不同焊接电频下焊接过程动力学仿真分析,探索不同频率对焊接抖振的影响规律。仿真研究表明:1.末端焊枪施加不同电流和不同频率的驱动电源,在不同程度上影响焊枪末端位姿精度,不均匀焊接会造成焊缝表面收缩冷却不同步,形成缩孔引起残余应力,影响焊接质量。2.焊接电源频率与焊接稳定性相互间存在明显的关联关系,将给定的焊接电弧力频率进行细化处理有利于末端焊枪焊接运动过程的平稳性。3.焊接最优电源频率为10Hz邻域,且当焊接电弧力频率由5Hz~15Hz变化时,焊枪末端稳定性是先增高后降低,可见通过控制焊接电频促进收缩冷却步调一致,有效消除焊接残余应力,提升表面焊接质量。
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