骆海涛，周维佳，王洪光，武加锋

(1.中国科学院 沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，沈阳110016;2.中国科学院大学 沈阳自动化研究所，北京100049)

0 引 言

搅拌摩擦焊技术是近20 年来发明的一种先进固态焊接工艺，它可实现不同材质的固态连接，尤其是那些用传统方法不能焊接的材料，如:高强铝合金、有色金属、复合材料等［1］。所以该种焊接工艺倍受焊接领域的青睐，特别是航空航天领域对上述材料和复杂空间焊缝的焊接有着强烈需求［2-3］。

目前，现有搅拌摩擦焊设备多是基于数控机床改造而成的，只能适应于规则焊缝的连接，功能单一，缺少工艺柔性。而航空、航天领域需要焊接的大型薄壁曲面，焊缝多且呈现为三维空间内的复杂曲线［4］，为此一种新型的机器人化搅拌摩擦焊设备应运而生。

搅拌头作为搅拌摩擦焊的心脏，它的受载状态将直接影响整个机器人的结构设计。由于搅拌头与被焊工件的焊接发生在塑性阶段，为了软化材料形成焊缝，搅拌头将在被焊工件内部高速旋转而产生摩擦，最终以摩擦阻力矩的形式作用于搅拌头上。为了保证焊缝的焊接精度，必须要求搅拌头具有足够大的下压锻造力并能够有效地对其进行控制。除此之外，搅拌头在焊接方向上的行进还会产生进给阻力和波动力［5］。这些载荷不同于以往意义上的切削和钻削载荷，它的受载状态不但复杂而且载荷量级更大，作用方式特殊，严重影响了整机的静动态性能。……