半岛体育机械机械臂范例6篇

　　半岛体育机械随着机器人技术的不断发展，为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务，跟上智能化的步伐，机器人的操作终端，如机械臂、手爪的作用越来越重要。这对机械臂的结构设计也提出了更高的指标，要求高的负载自重比，操作更加灵活，强稳定性和安全性等[1]。

　　机械臂（Manipulator）是模拟人的上臂而构成的。为了保证机器人手部有6个空间自由度，其主动关节数目一般为6。一般情况下，全部关节皆为转动型关节，而且其前3个关节一般都集中在手腕部。关节型机械臂的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的一些障碍物，是机械臂中使用最多的一种结构形式，比较典型的如PUMA[2]、SCARA[3]等。多关节机械臂[4]的优点是：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，目前广泛应用于工业自动化生产线上。机械臂发展状况如下：

　　（1）第一代机械臂，即按事先示教的位置和姿态进行重复的动作的机械。它也可以简称为示教／再现方式的机械臂或是T/P方式(Teaching/Playback)的机械臂。目前国际上使用的机械臂大多仍是这种工作方式。由于这种工作方式只能按照事先示教的位置和姿态进行重复的动作而对周围环境无感觉的功能，其应用范围受到一定的限制，主要用于材料的搬运、喷漆、点焊等工作。

　　1996年樊炳辉等申请的专利，一种用于煤矿巷道、隧道、室内墙壁及一般机械行业喷涂工艺的四连杆机械臂机构。该机构主要包含行走组件、大臂组件、平衡拉杆组件、小臂组件四大部分，其中又包含四组按一定比例关系构成的四连杆机构，它能使喷枪在喷涂过程中，容易实现垂直起落，并始终保持对受喷面垂直、等距的关系[5]。

　　1997年乌克尔，戈道斯等申请的专利，一种用缝合针将病人的第二血管缝合到冠状动脉上的最小侵入性手术方法。该系统采用机械臂连接的手术器械。这些器械具有能够作来抓取和缝合组织的末端操作装置。该机械臂通过一个控制器与一对主操作手柄联结。手柄可以由外科医生移动来产生末端操作装置的一个相应移动[6]。

　　（2）第二代机械臂，即具有如视觉、触觉等外部感觉功能的机械臂。这种机械臂由于具有外部的感觉功能，因此可以根据外界的情况修改自身的动作，从而完成较为复杂的作业。如：

　　李彦涛等研制一种将Simulink控制程序和助餐机器人目标机无缝链接、下载的方法，实现机器人的实时控制，实时满足不同伤残患者的助餐要求。在Matlab/xPC实时目标环境的基础上，开发了助餐机器人的硬件接口模块和上位机软件模块，设计了助餐机器人模块化控制平台及基于脚踏开关、语音识别和图像识别的三种人机交互方式。实现了机械手3个关节控制器、运动学计算、路径规划控制算法[7]。

　　人脸肖像绘制机械臂是一种可以自动绘制人脸肖像轮廓图的智能机械系统，它由图像采集模块、图像处理模块、机械控制绘图模块组成，能够自动拍摄人脸照片，提取肖像轮廓，然后控制机械臂在画板上画出人脸线条画。人脸肖像绘制机器人是机器视觉的研究方向之一，广泛用于科普展览，其中提出的基于机器视觉的研究技术在生产和生活等各个方面都有着广泛的应用。研究绘图机械控制系统的硬件选型和控制算法，在Visual C++6.0中实现了外部对机械臂绘图动作的自动控制，设计机械臂绘画动作流程，完成人脸轮廓图的自动绘制[8]。

　　（3）第三代机械臂，这类机械臂除了具有外部感觉功能外，还具有规划和决策的功能。从而可以适应因为环境的变化而自主进行的工作。第三代机器人目前还处于研究阶段，距离实际应用还有一段距离。如：邹建奇[9]等人以柔性机械臂为例，进行简单的逆运动学分析.并采用小脑模型神经网络方法对机械臂的逆运动学进行了数值仿真分析，小脑模型神经网络可在较短的学习次数中有效地控制机械臂的振动。

　　在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人也占有一定比重。

　　（1）机械结构：以关节型为主流，80年明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1/2。应汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。CAD、CAM等技术已普遍用于设计、仿线位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于PC开放结构的控制系统已成为一股潮流。

　　（3）驱动技术。新一代伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中分布式智能驱动新技术[10]。

　　（4）应用智能化的传感器。装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。

　　（5）通用机器人编程语言。在ABB公司的20多个型号产品中，采用了通用模块化语言RAPID。该语言易学易用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。

　　（6）网络通讯。大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3%，其他采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。

　　从三代机械臂的发展来看，随着技术的发展，机械臂越来越高精度，多功能，且向着集成化，系统化，智能化的方向发展。

　　（1）高速、高精度、多功能化。目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s，有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度竟达80m/s。90年代末的机器人一般都具有两、三种功能，向多功能化方向发展。

　　（2）集成化与系统化。当今机器人技术的另一特点是机器人的应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边设备和操作人员形成一个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联结在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及机器人在FMS、CIMS系统中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”(Agile Manufacturing)，满足多样化、个性化的需求。

　　[1]谢涛.单马达驱动机械臂的研究与实现[D].华中科技大学,2009.

　　[2]戴齐,姚先启.一种求解PUMA机械手运动学逆问题的分解解法[J].西安大学学报,1989年04期.

　　[3]郑东鑫.SCARA机械手系统设计与规划控制研究[D].浙江大学,2011.

　　[8]孟盼盼.肖像绘制机器人技术研究[D].中国科学技术大学,2011-08-15.

　　随着制造成本的降低、工作效率和可靠性的大副提高，在工业生产中机器人的应用越来越广泛。机械手臂是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在生产过程中，机械手臂广泛应用于自动生产线中，使得现代生产能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。下面主要探讨机器人旋转关节、传动系统、减速系统进行实现等的设计实现。

　　手臂关节模块包含了许多零部件，主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统，以二级减速传动作为传动模式，即齿轮减速传动与谐波减速传动，这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案：

　　手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑，并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中，模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力，因此模块的外壳必须满足一定的刚度。图1所示为外壳的设计示意图：由图1可知，模块外壳的主要构成部分包括：底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中，底盖位于结构的底端，其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接；主壳体构成此部件单元的外壳，对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用；齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上，起到保护和连接作用，而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度，模块外壳选取的制作材料为铝合金，并将壁体设计为圆桶状的抗压结构，为防止氧化与腐蚀，表面结果特殊处理。

　　图2所示为减速齿轮方案的设计示意图：由图可知，减速齿轮方案的主要构成部分包括：电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下：通过小齿轮来连接直流电机的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接；同理，通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下，当减速齿轮单元加电后，便由系统的电机来作为动力源输出，而当减速齿轮单元端电后，便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时，会使减速齿轮持续维持高速转动状态，因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构，因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。

　　中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是，首先支持来自中心齿轮的动力，其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力，因此为支持中轴，引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成，图3所示为中轴传动方案的设计示意图。

　　因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准，因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料，并在成型后淬火，从而保证单元在表面具备一定的硬度。

　　在中轴传动方案中，最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是：将其转轴与中心轴线重合，并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器，用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求，直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱，共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合，以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。

　　断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键，断电制动器有两方面的作用，首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用，其次，在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中，当旋转单元加电，并处于转动状态的时候，断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动，而在断电制动器运动的时候，其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中，电机与制动器全部布置于电机底座，并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分，其好处在于保护内部零部件。

　　连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元，因此是机械臂的重要组合部分，对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系，因此只要将不同的模块单元互相组合，起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求，设计开发了数种类型不同的连接结构。图4所示为连接件模块的设计示意图：图中所示为结合不同工作车需求的连接件实例。机器人的机械臂在实际操作中，连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递，而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度，因此在实际设计中，一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度，另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中，考虑到铝合金属于高强度低密度的材料，同时具有比较好的可塑性，因此以铝合金作为连接件的制作材料。

　　图5所示为模块手抓单元的设计示意图：该示意图为模块手抓单元的末端执行器机械结构。考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上，来在现场抓取物体，因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计，末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手，其实能够抓取更多类型的对象，本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象，因此使用了图中的简单的夹钳手抓，其优点是结构简单、容易控制。

　　总之，我国机器人的设计研究和应用较之国外晚，随着机器人的快速发展、社会需求的增大和技术的不断进步，机器人在更多的领域得到了越来越广泛的应用和发展，考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性，因此这是一项具有重要意义的研究。

　　[1]王晓玉，赵智，化春雷，林剑锋.机器人在柔性制造系统中的应用[J].制造技术与机床，2012，（10）.

　　玻璃企业是汽车行业中自动化程度提高最快的一部分，通过应用机械手臂的方式，减少了大量的作业人员，而且通过提升自动化程度的方式，在减少人工成本的同时，提高了劳动效率，降低作业人员的劳动强度。现阶段，我国绝大多数的汽车玻璃企业都已经完成了机械手臂的安装和使用，取得了明显的效果，在激烈的市场竞争中获得了成功，其中部分企业已经将发展方向瞄准了国际市场，并且通过提高自动化程度以及产品质量的方式，获得了大量的国际订单。

　　榱嗽谏产过程中减少消耗、提高劳动效率、保证产品质量，因此汽车玻璃企业都已经广泛使用了机械手臂。机械手臂的使用能够更好地利用平衡原理，在保证玻璃安全的前提下，更加快捷、高效的在狭小空间内完成玻璃的移动定位，这一过程只需要作业人员的简单点动。现阶段使用的机械手臂按照结构形式，我们可以将其分为两类，分别是硬臂式机械手臂以及软索式机械手臂两种，企业应根据生产过程中的实际情况进行选择。下面我们分别对两种机械手臂进行分析、描述：

　　硬臂式机械手臂由四部分组成，分别是夹具部分、机械手主机、气路控制系统以及地面行走机构。硬臂式机械手臂能够在厂房高度有限、工件重心远离悬挂点，并且工件需要倾斜或者反转的情况下使用。与此同时，硬臂式机械手臂配备有储气罐，能够保证在断气状态下继续使用一循环，而且还能够发出警报，在压力下降到一定程度时，启动自锁功能，保证零件的安全。由于硬臂式机械手臂配备有安全系统，因此操作人员无法在工件在运输过程中、未妥善方式的情况下进行释放。通过非标夹具的配合使用，硬臂式机械手臂的适用范围大幅扩展，几乎可以起吊任意形状的工件，因此这种机械手臂的适用范围极为广阔。

　　软锁式机械手臂的功能与硬臂式机械手臂基本一样，而且通过配备储气罐的方式，断气状态下继续使用一循环，并且能够向操作者提出警报。软锁式机械手臂通过配合使用各种非标夹具的方式能够实现生产范围的扩大，这种生产方式具有简单实用、价格低廉的特点。

　　机械手臂具有通用性高、可编程、体积小、重量轻、拟人化以及机电一体化等特点。除了部分专门设计的非标机械手臂外，绝大多数的机械手臂都能够执行不同的作业任务。例如：通过更换末端操作工具执行不同的作业任务，而且机械手臂在结构上类似于人体，由电脑控制可以进行多种动作，完成不同的任务。由于机械手臂能够进行再编程，因此我们可以完成小批量、多品种的生产制造。此外，由于机械手臂涉及到多种专业技术，是微电子技术、计算机技术、网络技术以及机械技术的综合应用。

　　机械手臂最显著的特点就是能够降低作业人员的劳动强度，在保证产品质量的同时，提高生产效率。机械手臂的动力是电能，设备本身通过提前输入程序，过程中进行有效保养，就可实现机械手臂的快速、敏捷、不停顿、精确地动作，因此能够在保证产品的质量的同时，提高生产效率。最后，机械手臂的应用，避免了企业作业人员在危险环境下作业的几率，有效提高了企业的安全生产水平，为企业的长远发展提供了有力支持。

　　汽车玻璃均为安全性玻璃，主要有钢化玻璃以及夹层玻璃两种，在前风挡上采用的是夹层玻璃，避免由于玻璃碎裂而对驾驶员造成安全威胁，而汽车的侧后风挡大多数都采用钢化玻璃，保证在被外力破坏时，能够碎裂成碎小钝角颗粒，避免对汽车内成员的二次伤害。虽然这两种玻璃在使用过程中都能够有效保证驾驶员以及车内其他成员的人参安全，但是生产过程中，由于半成品玻璃未经过热处理，仍旧会给作业人员产生安全隐患，因此绝大多数的汽车玻璃企业都通过加大机械手臂的应用来缓解这种情况。

　　汽车玻璃加工过程中最为危险的一道工序就是将原片玻璃搬上工作台，而且由于原片玻璃的尺寸过大，极易在运输过程中造成损伤，导致玻璃碎裂的可能性增加。现阶段汽车玻璃企业中应用的六轴机械手臂就有效解决了上述问题。

　　在机械手臂前段安装波纹真空吸盘、顶针、光控以及超声波传感器等零件来协调机械手位置，自动进行玻璃的吸附，保证能够平稳将其从货架上运至输送台上。绝大多数的六轴机械手臂前段至少安装三个控制系统，使玻璃面与吸盘整体面平行。六轴机械手能够多方位隐形调节使其达到满意的平面及角度，通过归纳总结，这种机械手具有精度高、灵活性强、适应性好的优点，但是由于价格高、维修困难，需要固定底座位置等原因，也在一定程度上限制了技术的应用。

　　现阶段，很多汽车玻璃企业都与大学、设计院等进行有机联合，根据企业的实际生产情况设计机械手臂，例如：北京某汽车玻璃企业同北京某大学联合，设计了一套既经济实惠，又能够满足生产需求的机械手臂，由于企业的生产车间内空间狭小，将手臂设计成吊挂式，这种手臂在实际的应用过程中展现出了效率高、操作简单、结构简单以及维修方便的优势，在初加工阶段应用的效果非常明显，但是由于对吸附玻璃时对摆放精度要求较高，因此不能在复杂工序中使用。

　　最后，我们常用的汽车玻璃有锡面和非锡面两种，通过六轴机械手臂我们能够将锡面相反的玻璃翻转过来，这就通过搬运过程中检测的方式，保证了玻璃的摆放顺序，还能够加快生产流程，避免安装错误情况的发生。

　　机械手臂作为汽车玻璃企业中应用频率最高的设备之一，很大程度上决定了企业的未来发展情况，因此现阶段大量的资金以及人力偏向于机械手臂的研究与改进。相关资料表明，未来的机械手臂必然会向着精度高、定位准确、模块化、机电一体化、多臂机械手以及联网机械手等方向发展。未来的机械手臂在完成现有工作的同时，通过大量先进技术的应用实现更高精度的生产与运输，将随机误差控制在最小范围内；而且机械手臂还能够通过不同模块组合的方式，完成不同的生产任务，具有极高的灵活性；机电一体化的实现，还能够减少设备的占地面积，降低维修、检查难度，提高可靠性；鉴于未来复杂的生产条件，以及较高的生产效率要求，多臂机械手必然会应运而生；与此同时网络技术的发展，也会使机械手的生产更加灵活多变。

　　伴随着我国汽车行业的快速发展，汽车玻璃企业也迎来了发展的契机，因此现阶段绝大多数的汽车玻璃企业都在通过加大机械手臂应用，提高生产效率，保证生产质量的方式，促进企业核心竞争力的增长。笔者希望能够通过本文对机械手臂的探讨，引起大家对机械手臂重视程度的不断提升，再一次提升汽车玻璃企业的生产自动化水平，间接促进我国汽车行业的发展。

　　[1] 王国顺.浅析机械手臂在应用过程中的常见问题与对策[J].机械管理开发，2015（09），78-79.

　　横梁钢管与连接座为内外对接环焊缝，人工焊接内腔焊缝时，必须边旋转工件边焊接半岛体育机械，作业有一定难度，并且由于内腔熔池可见性差，很难确保焊缝质量达到生产要求。采用机器人施焊，首先能保证焊接质量，而且相比于人工焊接来说作业效率更高，因而机械焊接在近些年被广泛用在工业生产中，特别是在轨道装备制造业中取得了很好的应用效果。本文首先简要介绍OTC机械臂的结构和动作原理，然后结合横梁钢管与连接座焊接实例，具体研究OTC机械臂的自动化焊接技术原理和参数控制要求，为OTC机械臂在工业领域的广泛应用进行有益的探索和实践。

　　OTC机械手臂又称关节机器人，多数有6轴，6个关节可联动、也可以单个的运动、也可沿着X＼Y＼Z三个坐标方向移动，从而实现三维柔性工作。如图1所示，OTC机械手包括控制装置、悬式示教作业操纵按钮台、操作箱和机器人主体等几个部分。除此以外，机械手上还配装了两轴旋转变位机，适用于350公里转向架横梁钢管与连接座、横向止挡座的焊接作业。

　　OTC自动化焊接机械臂的主体结构及动作原理如下：控制系统：由微型计算机和控制箱组成半岛体育机械。控制箱主要包括焊枪位置控制模板、输入/输出接口电路以及功率动电路等组件；微型计算机不单单是指主机和键盘，还应该有配套的显示器和输入/输出设备。

　　焊枪位置控制模板：焊枪位置由相应的机械电弧摆动模板、弧压控制模板以及调控信号等组件进行调控。在管道360度自动焊接的过程中，操作员应该多注意焊枪位置，根据焊接需要随时调整焊枪的位置。

　　焊枪焊接方式：用来调控焊接工艺参数的旋钮由专用的焊接电源进行控制，调控按键主要分布在机头或专门的箱盒内。在焊接时，可对照所需的工艺参数，用旋钮和相应的按键进行参数调整。

　　经济型点焊机器人适用于任务量和劳动强度较大、焊点分布相对简单的工况，并且对作业环境不挑剔。通常要求焊接机器人的传动精度要高于其周边设备。要实现高效率焊接，需要两个前提：一是下料精度要，产品一致性高，才能更好的实现自动化焊接。二是工件的装配精度要高，装配误差小于焊丝的直接。

　　按照焊接要求，焊接机械臂须采用5轴联动式运动模式。其伺服系统的旋转、摆动部件通过快速步进电机的开环控制系统进行操控。开环控制系统构造单一，易于调整和维护，既经济又实用。

　　为确保主机传动精度和作业过程的稳定性符合设计要求，应参考以下几点来装配设计机械传动装置：一是传动元件和导向元件的摩擦系数尽可能最小；二是传动间隙尽可能为零；三是传动链不宜过长。通过适当缩短传动链来提高传动刚度，可有效缩小传动误差。实际作业中，可预紧执行机构来提高其传动精度。常见的操作是在丝杠的承端进行轴向固定，同时借助预紧拉伸结构进行操作。

　　①确定机械臂的外观尺寸以及各局部结构的尺寸和结构布局。②将运动部件放开到极限自由度，对其位置进行调校。③确定控制系统、驱动部件和执行部件的间距及相对位置。

　　按焊接要求对各机械臂和变位机进行操控，保持工件与焊枪的相对姿态，严防焊接过程中工件与焊枪之间发生磕碰。

　　机械臂的视觉传感器和激光传感器支持离线作业功能，焊接时应该擅用这一功能，通过激光传感器跟踪监控对焊缝的焊接过程，以实时调整机械臂焊接动作的柔性，特别是提高机械臂对复杂工件的适用性。通过视觉传感器监控并统计焊缝跟踪的残余偏差，再通过对机械臂工艺参数进行补偿来修正机械臂的运动轨迹，从而使机械臂的焊接精度更加有保障。

　　下文以OTC机械臂在横梁钢管和连接座焊接工艺中的应用为例，对OTC机械臂的焊接工艺进行详细论述。

　　横梁钢管与连接座为对接双面环焊缝，内侧焊缝型式为5V，外侧焊缝型式为10U。横梁钢管与连接座的坡口为对称结构。

　　横梁钢管与连接座的焊丝选用ISO 14341-A-G 42 4 M G3Si1，其化学成分和力学性能分别见表1和表2。

　　将横梁管与连接座放在工装内点固，点固四处，每点固30～40mm，点固后需将点固焊缝两侧打磨呈至少50°的斜坡，清除点固焊缝中存在的气孔、表面裂纹等焊接缺陷。先用机械手对称焊接横梁钢管与连接座内腔焊缝，背面清根后对称交替焊接横梁钢管与连接座的打底层、填充层、盖面层。保证层间温度低于200℃，焊接参数如表3所示。

　　为进一步检测焊缝内部是否存在缺陷，需对焊缝进行无损检测。磁粉探伤对于表面和近表面存在的裂纹、未熔合等面积型缺陷具有较高的探测度。射线探伤可以检测出气孔、夹渣等体积型缺陷，而且可以检测出缺陷的具置、大小。横梁钢管与连接座焊接结束24h后进行100%表面磁粉探伤，要将焊缝表面打磨后再进行探伤检测。检测后发现焊缝表面没有磁痕等结构缺陷，焊接质量达到了设计要求。

　　OTC机械手对于横梁钢管和连接座的内外环焊缝具有良好的焊接工艺性。焊缝表面成形美观、均匀，焊接参数合理。机械手电弧跟踪系统有助于提高焊接质量。打磨焊缝后进行磁粉探伤检测，焊缝表面没有磁痕和其它缺陷点，焊缝质量达标。本文仅仅针对OTC机械手对于横梁钢管和连接座的自动化焊接工艺进行了研究，实际上OTC机械臂在自动化焊接工业领域具有广泛的适用性，在具体操作时需要结合实际工况对其技术参数进行适当调整，以提高其适用性。

　　[1]田媛，平雪良，姚方红，蒋毅.一种机器人管-板自动焊接方法的研究[J].机械制造，2015（12）：80-82.

　　双连杆柔性机械臂是柔性系统中最为典型的例子之一，在实践中，对其端点的运动实现精确的控制的最重要因素是控制算法的计算速度，复杂的控制算法难以实现。而逆动力学建模和控制是紧密相关的，通过逆动力学方法，得到一个比较精确的驱动力矩作为前馈，再施以适当的控制算法，以实现对机械臂的高速、高精度控制，则是一种具有实效的方法。

　　关于柔性臂控制的逆动力学方法的研究报道尚不多见，其中文献[1-5]对动力学方程解耦，即把动力学方程近似分解成一些相对简单的系统，从而得到逆动力学的表达式。Matsuno[6]通过对采用切线坐标系的动力学模型进行简化，得到了一种实时的逆动力学方法。Gofron等应用了驱动约束法[7]，把期望运动处理成非定常约束。Bayo在频域内进行了逆动力学求解[8],[9]。Asada等提出了一种迭代求解的方法[10]。

　　在逆动力求解中常常会遇到求得的力矩不准，力矩振荡很大，求解烦琐等问题。因此，讨论逆动力学求解的特点和性质是非常重要的，并有助于采用合理的方式得到比较好的前馈力矩。

　　一般情况下，柔性机械臂的两根连杆横向弹性变形(弯曲)较小，则忽略机械臂的径向变形；假定关节及臂端负载均为集中质量，则忽略其大小。同时，暂不考虑电机转子的转动惯量和电机的阻尼。

　　图1是一双连杆柔性机械臂，两臂间关节电机质量为，上臂端部集中质量为，两连杆质量和抗弯刚度分别为和，和，两连杆的长度分别为和，和为两关节电机提供的力矩。

　　连杆变形很小，对每根连杆建立一个运动坐标系，使得连杆在其中的相对运动很小。机械臂的整体运动则可由这两个动坐标系的方位角来描述。于是，在动力学模型中将有两类变量，一类是幅值很小但变化迅速的弹性坐标，另一类是变化范围较大的方位角。本文采用端点连线坐标系，即将连杆两端点的连线作为动坐标系的x轴（见图1）。描述整体运动的是两个角度和，而连杆相对于动坐标系的运动则可视为简支梁的振动。这样，动力学模型刚度阵的弹性坐标互相不耦合，臂端的位置可由和确定，其期望运动形式（或数值解）：

　　如采用其他形式的动坐标系，两杆的弹性坐标将耦合在一起，而且在逆动力学求解时，将不得不处理微分方程与代数方程组合的方程组。

　　式中。为6×6质量阵；为速度的二次项；为6×6刚度阵；为重力的广义力向量；为驱动力矩的广义力向量；，其中和、和分别是两个机械臂的一阶和二阶弹性坐标。

　　柔性臂系统的逆动力学问题，是指在已知期望末端操作器运动轨迹的情况下，结合逆运动学与动力学方程对关节力矩进行求解。如果直接进行逆动力学求解，即把式(1)代入动力学方程式(2)中，对方程中的弹性坐标和力矩进行求解，一般情况下，其数值解将很快发散。

　　表达系统运动状态的坐标可以看成有两部分组成：大范围的相对缓慢的运动（慢变）部分和小范围的振动（快变）部分。本文试图将这两部分分离，分别讨论它们的逆动力学特性，并以此来分析整体系统的逆动力学问题。

　　首先，寻求两个关节力矩使端点保持不动，先不考虑大范围的运动。此时，重力只起了一个改变平衡点的作用，在方程中把与它相关的部分略去，在动力学方程(2)中令，得：

　　因的特征值存在正实部，则方程(3)所表示的系统不稳定，其解发散，即双连杆柔性臂在这种情况下，其振动问题的精确逆动力学解是发散的。

　　的各特征值在复空间分布关于虚轴对称，必然会出现正实部，如选取更多阶模态函数离散时，会出现同样的情况。因此，选取更多阶模态函数离散时，其振动问题的逆动力学解是发散的。

　　如应用应用文献[10]中给出的迭代法进行逆动力学求解，当积分步长很小时，其解是发散的；当积分步长较大时，便可得到较好的结果。其原因是因为快变部分的逆动力学解发散，当步长较大时相当滤掉了快变部分，便可得到较好的结果。

　　在进行慢变意义上的逆动力学求解时，应试图将弹性坐标中的振动部分滤掉，弹性坐标中不应含有振动部分，再结合期望的、求得力矩。

　　由机械臂的动力学仿真结果可以看到，弹性坐标的一阶、二阶时间导数项振动幅值很大，但它们都在零值附近振动，即其慢变部分很小。因此，在式(2)中去掉弹性坐标的一阶、二阶时间导数项，相当于滤掉了弹性坐标中的振动部分，经过整理得到如下形式：

　　将式(1)代入式(7)中，再对方程求解，可以得到弹性坐标和力矩，弹性坐标见图2（图中不含振动的曲线）。为了考察得到的力矩，将力矩代入动力学方程式(2)中，得到的各弹性坐标见图2（图中含振动的曲线），轨迹跟踪曲线、端点坐标与期望运动相比较的误差曲线theerrorsofcoordinatesinxandyDirectionsfortheendmovement

　　由图2中可以看出，由式(7)得到的弹性坐标（不含振动）与机械臂的动力学仿真得到的弹性坐标（含振动）的慢变部分十分相似，所以在式(2)中去掉弹性坐标的一阶、二阶时间导数项相当于滤掉了弹性坐标中的振动部分，说明这种方法是合理的。

　　由图3与图4给出的仿真结果可以看出，轨迹跟踪很好，由此可见，得到的力矩精度很高.

　　由图2可以看到，机械臂在运动过程中，其弹性坐标由两方面组成，一方面是振动部分（快变部分），另一方面是与载荷、惯性力有关的慢变部分。而弹性坐标速度、加速度的慢变部分很小，在逆动力学求解中将其略去是合理的，由式(7)得到了比较准确的弹性坐标慢变部分并非偶然。

　　由以上分析可以看出，对于柔性机械臂系统，振动部分的精确逆动力学解是发散的，进行逆动力学求解时，应滤掉振动部分，在慢变的意义上进行，才能得到比较好的前馈力矩。

　　机械式矿用挖掘机的应用大大降低了挖掘的难度，同时提高了工程加工的进度，但是针对具有较高难度的挖掘工作，还需要机械式矿用挖掘机具有良好的动臂结构，可以灵活的变换。基于此，需要从动臂结构的工作装置、行走装置和回转装置对其进行优化设计半岛体育机械，降低各结构构件尺寸对整体运行的影响，使动臂结构可以与挖掘任务形成统一的挖掘轨迹，提高挖掘工作的综合质量。动臂是矿用挖掘机工作装置的主要构件，对其进行优化设计，既可以提高工程挖掘进度，又可以提高工作装置的整体性能，所以使用者要积累更多的挖掘工作经验，明确各组件之间的协调关系，提高设计水平和分析效率。

　　在矿用挖掘机实际工作的过程中，斗齿尖端会在挖掘工作面产生一条自下而上的迹线，这条轨迹会受到动臂结构工作装置运动学的影响，因为在齿尖运行的过程中，会形成固定的挖掘轨迹，而动臂结构为了简化挖掘的难度，会减小挖掘阻力，然而，铲斗的切削角度很难保持不变，挖掘轨迹自然会发生变化。铲斗在完成一次完整的挖掘行为后，挖掘初始位置会随着铲斗伸出长度的变化而变化，这时，任一时刻的斗杆伸出长度都会改变转角的角度，所以矿用挖掘机动臂结构的优化设计必须结合实际的挖掘工作，对各个运行运动过程进行充分的分析，进而明确挖掘轨迹控制的方法[1]。

　　工作装置动力学参数的确定内容主要包括：提升机构提升速度的分析、推压机构推压速度的分析、挖掘机挖掘阻力的分析、钢丝绳与天轮切点坐标的分析。其中，提升机构提升速度的分析主要针对矿用挖掘机铲斗初始位置的变化位置。推压机构推压速度的分析需要结合矿用挖掘机的一个完整工作循环，确定斗杆的推出量，然后以推压机构推压轴回转速度为主要依据，明确推压轴驱动的回转角速度[2]。挖掘机挖掘阻力的分析是在铲斗挖掘作业中，结合铲斗受到的切削阻力和装土阻力，确定准确的挖掘总阻力和两个分力对挖掘工作的影响力度，实际需要分析的数据包括：铲斗切削边宽度、切削层厚度、挖掘比阻力。钢丝绳与天轮切点坐标的分析需要根据挖掘工作的物理模型，对挖掘过程中各个构件之间的相互运动特征进行描述，确定提升钢绳位置是否与天轮保持在相切的关系中，在切点位置时刻变化的过程中，变化的程度是否会影响到分析结果的准确性，这都是钢丝绳与天轮切点坐标分析的主要内容[3]。

　　基于基于APDL的结构优化设计需要正确选择设计的方法，其中，APDL软件可以从零阶开始优化，求得一个函数来表示完成空间的拟合目标，这种优化结构形式得到的优化值可以更加准确的反映出动臂结构的特点和优势。根据机械式矿用挖掘机实际的使用需求，在对运行状态变量、设计变量分析的过程中，一定要确定程序的准确性和安全性，状态变量要能对设计变量进行控制，优化求解的途径也要体现出多样性，这样才能满足复杂挖掘任务的应用需求[2]。

　　在APDL结果优化结束之后，需要对机械式矿用挖掘机动臂结构进行优化设计，实际的设计流程是：首先，需要对变量进行初始化设计，初始化设计变量会根据参数化类型建模，通过加载和求解提取出分析结果并指定优化变量，然后，把变量添加到指定的优化分析文件中，通过OPT的作用，整个优化过程进入到优化参数的评价阶段，如果评价结果为非最优解，则优化数据会再次进入到指定的优化分析文件中，通过OPT的作用，则会再次进入到评价模式，对优化文件进行评价[5]。最后，最优解通过收敛作用退出OPT程序，得到最终的设计结果，这种动臂结构优化设计的过程准确，利用现代化科学技术，更加明确的体现出了设计的重点和流程，有利于设计人员及时调整设计方案。

　　在上文分析的内容中，笔者结合机械式矿用挖掘机动臂运行与运动学之间的关系，指出了运动学对挖掘机轨迹和运行过程的影响程度，基于此，设计出动臂结构的优化流程和内容。基于实际运行情况设计的优化结构可以满足实际应用需求，针对技术问题也可以更好的利用现代化技术进行解决，体现出了高效的控制能力。

　　[1]邸丽伟，周光明，张丽敏，等.机械式矿用挖掘机动臂结构优化设计研究[J].吉林大学学报（社会科学版），2013，01（23）：230-233.

　　[2]卢雄伟，张志明，陈思明，等.8m～3矿用挖掘机工作装置优化设计及结构强度分析[J].吉林大学学报，2013，02（34）：120-122.

　　[3]王得胜，李德龙，杨世鑫，等.12m～3机械式矿用挖掘机履带架强度和刚度分析研究[J].华中科技大学学报，2013，（19）：129-133.