中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的浪潮中，焊接機(jī)器人的應(yīng)用愈發(fā)廣泛且關(guān)鍵。2025年，焊接機(jī)器人行業(yè)呈現(xiàn)出向高精度、高效率發(fā)展的顯著趨勢(shì)，市場(chǎng)對(duì)能夠滿足復(fù)雜焊接需求的設(shè)備需求日益增長(zhǎng)。然而，現(xiàn)有管道焊接機(jī)器人多為串聯(lián)機(jī)械臂，在焊接精度與穩(wěn)定性上存在一定局限，且針對(duì)相貫線焊縫焊接的研究與專用設(shè)備相對(duì)匱乏。在此背景下，研發(fā)新型相貫線焊縫焊接機(jī)器人具有重要意義。

  一、相貫線焊縫焊接機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路

  利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)特性，即其動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是各支鏈運(yùn)動(dòng)空間的交集，來(lái)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)兩條正交管道相貫線焊縫軌跡的焊接機(jī)器人。當(dāng)待焊接的管道 1 和管道 2 垂直相交形成相貫線焊縫時(shí)，要使焊接機(jī)器人焊槍末端達(dá)成此運(yùn)動(dòng)軌跡，需配置 2 條支鏈，且每條支鏈末端的運(yùn)動(dòng)空間應(yīng)為待焊接管道的外圓柱表面。

  基于此，確定每條支鏈的運(yùn)動(dòng)副組成為 CC(圓柱副)運(yùn)動(dòng)支鏈。當(dāng)兩個(gè)圓柱副幾何中心的距離設(shè)定為待焊接管道的半徑時(shí)，CC 支鏈末端的運(yùn)動(dòng)空間恰好與待焊接管道的表面重合。兩條 CC 支鏈并行連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，由于每條支鏈末端軌跡都是圓柱表面，兩個(gè)垂直相交的圓柱表面即構(gòu)成相貫線，如此該機(jī)構(gòu)便能實(shí)現(xiàn)相貫線焊縫的焊接。例如，對(duì)于半徑分別為 200mm 和 100mm 的待焊接管道，設(shè)置支鏈 1 中兩個(gè)圓柱副中心的距離為 200mm，支鏈 2 中兩個(gè)圓柱副中心的距離為 100mm ，并將公稱直徑 100mm 和 200mm 的待焊接管道固定到 V 形塊上。

  該焊接機(jī)器人由兩條支鏈連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成，第一條支鏈由驅(qū)動(dòng)副和連桿組成，第二條支鏈?zhǔn)呛羞\(yùn)動(dòng)副的連桿。當(dāng)定平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)焊槍作一維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)待焊接管道的焊縫焊接。

  二、焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真分析與優(yōu)化過(guò)程

  為驗(yàn)證相貫線焊縫焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)的合理性與可行性，借助三維建模軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模，隨后將模型導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件 ADAMS 中，依據(jù)焊接運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人的初始運(yùn)動(dòng)，研究其焊接運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在仿真過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)之間存在桿件干涉問(wèn)題，即焊槍在焊接運(yùn)動(dòng)時(shí)與定平臺(tái)的桿件發(fā)生碰撞。經(jīng)分析，確定是定平臺(tái) L 形桿與動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生干涉，于是將定平臺(tái) L 形桿的相交處截?cái)噙M(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后再次仿真，桿件不再干涉，焊接運(yùn)動(dòng)軌跡符合預(yù)期。

  《2025-2030年全球及中國(guó)焊接機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，通過(guò) ADAMS 軟件對(duì)焊接機(jī)器人的焊接頭進(jìn)行位移、速度、加速度的運(yùn)動(dòng)曲線研究。設(shè)定驅(qū)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為π/6A~?180，得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線光滑，這表明焊接機(jī)器人在焊接運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)突變，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

  將半徑為 100mm 和 200mm 的圓柱管道放入焊接機(jī)器人定平臺(tái)的 V 形塊中，與仿真得到的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)焊接機(jī)器人焊槍末端的運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊接圓柱管道的相貫線完全吻合，充分證明該焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)相貫線焊縫的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。

  三、研究成果總結(jié)與行業(yè)展望

  通過(guò)深入分析串聯(lián)支鏈末端運(yùn)動(dòng)軌跡，明確了焊接機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡是兩條支鏈末端運(yùn)動(dòng)軌跡的交線。經(jīng)過(guò)對(duì)焊接運(yùn)動(dòng)過(guò)程中桿件干涉的優(yōu)化，以及全面的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真研究和運(yùn)動(dòng)軌跡驗(yàn)證，成功設(shè)計(jì)出一種可行的相貫線焊縫焊接機(jī)器人。在2025年焊接機(jī)器人行業(yè)追求高精度、高效率的趨勢(shì)下，該研究成果為相貫線焊縫焊接機(jī)器人的研發(fā)提供了新的設(shè)計(jì)思路和可靠的參考依據(jù)，有望推動(dòng)焊接機(jī)器人在復(fù)雜焊接場(chǎng)景中的應(yīng)用與發(fā)展，助力制造業(yè)焊接技術(shù)邁向更高水平。

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