作者：赵言正1, 刘积昊1, 管恩广1, 李培兴2
作者单位：1. 上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240;
2. 上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620
关键词：焊机机器人;试验模态分析法;多参考点最小二乘复频域法;稳态图
摘要：
模态分析是了解焊接机器人整机稳定性和可靠性的重要基础。该文基于试验模态分析方法，对焊接机器人的大臂、小臂关节、小臂及整机进行实验模态研究。首先，建立机械人手臂及整机的测点模型，对其进行测力法实验，基于动态信号测试分析系统进行数据采集，并得到频响函数数据；然后，利用采集到的振动数据，运用多参考点最小二乘复频域法（PolyLSCF）对得到频响函数数据进行参数识别，得到焊接机器人的前十阶模态频率均在200 Hz以内。最后，利用模态判定准则（MAC值）对测试得到的焊接机器人的模态进行分析，模态分析结果表明测试得到的各阶模态具有较高的可信度。该研究结果为焊接机器人的结构特性分析、振动故障诊断和预报以及动力特性的优化设计提供依据。
Experimental modal analysis of welding robot
ZHAO Yanzheng1, LIU Jihao1, GUAN Enguang1, LI Peixing2
1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;
2. School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China
Abstract: Modal analysis is an important foundation to understand the stability and reliability of welding robot. Based on the experimental modal analysis method, the experimental modals of the welding robot's big arm, small arm joint, small arm and the whole machine are studied. Firstly, the test point model of the robot arm and the whole machine are established, and the force measurement method experiment is carried out. Based on the dynamic signal test and analysis system, the data are collected and the frequency response function data are obtained. The PolyLSCF method is used to identify the parameters of the frequency response function data, and the ten order modal frequencies of the welding robot are all within 200 Hz. Finally, the modal judgment criterion (MAC) is used to analyze the modal of the welding robot. The modal analysis results show that the tested modes have high reliability. The results of this study provide the basis for the structural characteristics analysis, vibration fault diagnosis and prediction, and dynamic characteristics optimization design of welding robot.
Keywords: welding robot;experimental modal analysis method;PolyLSCF;steady state diagram
2021, 47(11):64-68,100 收稿日期: 2020-11-27;收到修改稿日期: 2020-12-29
基金项目: 国家重点研发计划（2017YFB1300603）
作者简介: 赵言正（1965-），男，山东龙口市人，教授，博士生导师，主要研究方向负压吸附式和永磁吸附式壁面移动机器人技术
参考文献
[1] HAIROL N, MARIZAN S, AHMAD Z, et al. Recognition of butt welding joints using background subtraction seam path approach for welding robot[J]. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, 2017, 17(1): 57-62
[2] 刘鹏, 宋涛, 贠超, 等. 焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究[J]. 机电工程, 2013, 30(4): 12-16
[3] 陈少克, 樊璇, 李汉阳. 基于CAD/CAM技术的五轴焊接机器人轨迹规划[J]. 现代制造工程, 2017(11): 50-54
[4] 陈海永, 方灶军, 徐德, 等. 基于视觉的薄钢板焊接机器人起始点识别与定位控制[J]. 机器人, 2013, 35(1): 90-97
[5] 赵生莲, 唐熊, 张健. 基于有限元的汽车传动轴模态参数优化研究[J]. 机电工程, 2020, 37(6): 124-128
[6] 赵广平. 压裂混砂车搅拌桨的模态分析与测试[J]. 机电工程, 2019, 48(10): 128-130
[7] 王宇钢. 发动机油底壳模态分析及复合材料结构优化[J]. 制造业自动化, 2020, 42(8): 118-120
[8] 路文文, 戚泽海, 关佳亮, 等. KDP晶体精密机床静动态特性及实验模态分析[J]. 工具技术, 2020, 54(8): 57-61
[9] 叶枝全, 马昊旻, 丁康, 等. 水平轴风力机桨叶的实验模态分析[J]. 太阳能学报, 2001(4): 110-113
[10] 徐洋, 赵锦艳, 盛晓伟, 等. 簇绒地毯织机结构振动声辐射特性研究[J]. 噪声与振动控制, 2018, 38(4): 1-5
[11] XIA CHANG GAO, ZHANG ZHEN YU. Simulation analysis on engine radiated noise[J]. Advanced Materials Research, 2012, 42(1): 354-359
[12] 句海洋, 王新华, 金浩, 等. 一种非线性Chirp信号模态分解算法研究[J]. 中国测试, 2020, 46(10): 103-110
[13] 马舜, 俊坚, 陈笑建, 等. 机械式停车设备框架结构模态分析与试验研究[J]. 中国测试, 2019, 45(11): 149-154
[14] 何孔飞, 熊鹏文, 童小宝. 一种基于联合组核稀疏编码的多模态材料感知与识别方法[J]. 中国测试, 2020, 46(12): 129-134
