六自由度焊接机器人典型操作运动的功率计算

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由于篇 幅有 限 ， 本 文 只介绍 电机 功率 计算 ， 其他
计算 暂 时不 予考 虑 。
图 １ 焊 接 作 业 的 周 期 运 动 过 程
［ 收 稿 日期 ］ ２ ０ １ ２ —１ ２ —１ ０ ［ 作者 简 介］ 刘 维 平 （ １ ９ ５ ３ 一） ， 男， 毕业于北京理工大学， 高 级 工程 师 ， 现 从 事 试 验 机 及 机 器 人 的设 计研 究 工 作 。
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｏｒ ｔ ｙｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏｆ ｓ ｉ ｘ － ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏｍ ｗｅ ｌ ｄｉ ｎｇ ｒ ｏ ｂｏ ｔ ｉ ｓ ｉ ｎｔ ｒ ｏｄ ｕｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔｈｅ ｃ ａｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｆ ｔ ｗｏ ｋｉ ｎｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｙｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｐ ｏｗｅ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ — ａ ｒ ｔ ｈｒ ｏ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏｒ ｍ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｓ ａ ｎ
ｅ ｘ ａ ｍ ｐｌ ｅ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ｔ ｙ ｐｉ ｃ ａ ｌ ｏｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｍｏ ｖｅ ｍｅ ｎｔ ；ｔ ｈｅ ｏｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｉ ｎ ｇｌ ｅ — ａ ｒ ｔ ｈ ｒ ｏｓ ｉ ｓ ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ；ｗｅ ｌ ｄ —
中图分类号 ： ＴＰ ２ ４ ２ 文献标识码 ： Ｂ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ３ ４ ０ ７ ． ２ ０ １ ３ ． ｚ １ ． ０ ０ ５
Ｏｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔｙ ｐｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｘ － － Ｆｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ Ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒｏ ｂ ｏ ｔ
ｉ ｎｇ
１ 前 言
工业 机器 人常 用来 自动 完成某 些工 艺操 作作业 任务 ， 它 的设计 制造 必 须 符 合 这 些工 艺 操 作 作 业 任 务 的要求 。工 业机器 人 的这些 工艺 操作 作业 任务 以 操 作 运动 来 描 述 ， 即使就某一操作 作业， 如 弧 焊 作
刘 维平 ， 等： 六 自 由度 焊 接 机 器 人 典 型操 作 运 动 的 功率 计算
（ １ ） 一 。焊 枪 从 等 待 位 姿 快 速 进 入 焊
接 前 准备 位姿 ， 称 为 调整 阶段 。
（ ２ ） Ｔ 一Ｔ ｉ 一 一 。焊枪 从 焊接 前准 备位 姿 Ｔ 慢 速进 入开 始 焊 接 位 姿 Ｔ ： ， 从 Ｔｉ 开始焊接 ， 到
些 典 型操 作运 动来作 为设 计 的出发 点 。
这里所 指 的设计 主 要是指 在完 成机 器人 机构 的 运 动 学设计 的 基础 上 进行 动力 学 的力 分 析计 算 ， 关
Ｔ
节驱 动 电机 和 传 动 减 速 器 的功 率 和 最 大 力 矩 的计
算， 各 关节 主轴 承所 承 受 的 最 大 支撑 力 和支 撑 力矩 的计 算 ， 以及 校验 各连 杆构 件强 度所 受 的外力 。
摘
要： 介 绍 了 六 自由 度 焊 接 机 器 人 典 型 操 作 运 动 的 功 率 计 算 方 法 ， 对 两 种 典 型 操 作 运 动 形 式 的计 算 进 行 了较 为
详细的描述 ， 并 以 实 例说 明 了 单 关 节 形 式 的 功 率 计 算 过 程 。 关键词 ： 典 型操 作 运 动 ； 理论计算 ； 单关节运动 ； 焊 接
源自文库
（ ２ ） 速度 、 角 速度 的变 化规律
按 梯 形 速 度 图 和 梯 形 角 速 度 图 确 定 Ｐ（ ｔ ） 、 （ ￡ ） ， 从 而可 得速 度矢 量 和角速 度矢量 ， 这 两 个矢 量 合并 成 在 坐标 系 上 表示 的六 维 矢量 Ｘ（ ｔ ） ， 此 六
Ｌｉ ｕ Ｗｅ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ，Ｘｕ Ｈｕ ｉ ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ，Ｊ ｉ ｎ Ｘｉ ａ ｏ ｌ ｏ ｎ ｇ，Ｚ ｈ ａ ｏ Ｘｉ ｆ ａ ｎ ｇ
（ Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ＴＩ Ｍ Ｅ Ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ｎ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌｔ ｄ ．Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ ３ ０ ０ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
业， 其 操作 运动 也是 千变 万化 的 ， 所 以只能综 合 出一
２ 典 型 操 作 运 动
２ ． １ 焊 接 作 业 运 动 过 程
以一 条直 线焊 缝焊 接作业 为例 来 阐述焊 接作业
过程 。图 １ 所 示 为一条 直线 焊缝焊 接作 业 的周期 运
动 过程 ， 此 过 程 可 分 为 ３个 阶段 ：
Ｓ ｕ ｐ ．
工 程 与 试 验 ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ ＆ ＴＥＳ Ｔ
Ｍａ ｒ ．２ Ｏ １ ３
／＼
自由度 焊 接 机 器 人 典 型 操 作 运 动 的 功率 计 算
刘维平 ， 徐会 正， 金 晓龙 ， 赵 锡 芳
２ ５０ ３ ０ ０） （ 济 南时代 试金 试验机 有 限公 司 ， 山 东 济南