基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

作者：肖聚亮; 王能; 刘海涛^*; 岳巍; 王健; 赵慧慧; 高嘉爽

来源：航空制造技术, 2023, 66(11): 22-31.

DOI：10.16080/j.issn1671-833x.2023.11.022

• 工件位置优化
• 搅拌摩擦焊(FSW)
• 刚度最优区间
• 机器人
• 三维曲线

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊，工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择，但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度，提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先，构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库，以减少刚度计算时间；其次，基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念，作为优化指标；然后，在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下，进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究；最后，仿真和试验验证表明，该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接，显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。

• 单位
  上海航天设备制造总厂; 天津大学