液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真.pdf

２０２４年７月Ｊｕｌ２０２４

第５２卷第１３期Ｖｏｌ５２Ｎｏ１３

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１３８８１２０２４１３０２６

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文献引用：张鑫，刘长润，李旭，等．液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真［Ｊ］．机床与液压，２０２４，５２（１３）：１６９１７５．

Ｃｉｔｅａｓ：ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＬＩＵＣｈａｎｇｒｕｎ，ＬＩＸｕ，ｅｔａｌ．Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｏｐｂｅａｍｗｅｌｄｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐ⁃

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ｐｏｒｔ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２４，５２（１３）：１６９１７５．

液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真

张鑫，刘长润，李旭，李军涛，王鹏

（山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛２６６５９０）

摘要：针对液压支架顶梁焊接过程中焊接工艺不完善、焊接难度大的现状，设计一种五自由度焊接机械臂，以保证顶

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梁的焊接效率和质量。基于改进ＤＨ参数建模方法，对顶梁焊接机械臂进行正、逆运动学分析求解；采用蒙特卡罗法对液

压支架顶梁焊接机械臂的有效工作空间进行分析；使用ＭＡＴＬＡＢ中ＲｏｂｏｔｉｃｓＴｏｏｌｂｏｘ工具箱对焊接机械臂进行建模和轨迹规

划分析和仿真，得到各关节的角位移、角速度以及角加速度曲线；使用Ａｄａｍｓ得到机械臂的实时跟踪轨迹，经验证可知

ＭＡＴＬＡＢ的轨迹规划是正确的。分析仿真结果可得，设计的顶梁焊接机械臂轨迹平稳并连续，满足运动学要求，为后续顶

梁焊接机械臂的动静力学分析和优化设计以及运动控制奠定了基础。

关键词：焊接机械臂；运动学；工作空间；轨迹规划

中图分类号：ＴＰ２４２

ＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｏｐＢｅａｍＷｅｌｄｉｎｇＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆ

ＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｕｐｐｏｒｔ

ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＬＩＵＣｈａｎｇｒｕｎ，ＬＩＸｕ，ＬＩＪｕｎｔａｏ，ＷＡＮＧＰｅｎｇ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６５９０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｈｉｇｈｗｅｌｄｉｎｇｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆ

ｔｈｅｔｏｐｂｅａｍｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ，ａｆｉｖｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｗｅｌｄｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｑｕａｌｉ⁃

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ｔｙｏｆｔｈｅｔｏｐｂｅａｍ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄＤＨｐａｒａｍｅｔｅｒｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏ