本文選題：機器人關節(jié) + 有限元分析　； 參考：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2016年碩士論文

【摘要】：空間在軌服務是目前空間技術發(fā)展的一個重點領域,空間在軌服務包括空間交會對接、在軌組裝、在軌維修等內(nèi)容。而空間機械臂以其良好的任務適應性,在空間在軌服務領域獲得了極大的應用。本文針對一種空間在軌組裝任務,提出了一種利用九自由度機械臂完成任務的方案。并以此任務為導向,設計了一款緊湊型大扭矩模塊化的空間機械臂用機械臂關節(jié)。首先本文對在軌組裝任務進行了分析,根據(jù)任務分析初步擬定了九自由度機械臂的相關參數(shù),并由該參數(shù)分解得到每個關節(jié)的設計指標和功能要求。接著,根據(jù)關節(jié)的設計參數(shù),通過計算和查閱產(chǎn)品手冊,完成了關節(jié)零部件的選型工作。在完成關節(jié)零部件的選型工作以后,以各零部件的幾何尺寸為基礎,完成了該緊湊型大扭矩模塊化關節(jié)的所有結(jié)構詳細設計工作。之后,根據(jù)機械臂在實際工作中的兩種典型受力狀態(tài),對完成初步設計的關節(jié)模型,進行了靜力學的有限元分析,找出了關節(jié)模型中的薄弱處。分析計算結(jié)果表明,初步設計的關節(jié)模型中,諧波輸出軸存在剛度不足,走線孔存在應力集中現(xiàn)象,用于關節(jié)連接的上伸板和下伸板存在剛度不足的問題。然后根據(jù)分析的結(jié)果對諧波輸出軸和關節(jié)外殼進行了改進設計。對改進后關節(jié)模型的有限元分析結(jié)果表明,諧波輸出軸最大應力下降了40%,剛度提升了28.8%,關節(jié)間連接板的變形量減小了28.9%,以上結(jié)果說明改進措施效果顯著。最后本文設計了一款輸出扭矩為150N·m的擺線針輪行星減速器。為了減小體積,將擺線針輪行星減速器常見的懸臂式針齒改為了臥枕式針齒。然后,根據(jù)新的針齒結(jié)構,設計了一款擺線針輪減速器。之后,針對擺線針輪行星減速器的幾個重要參數(shù)和臥枕式針齒的結(jié)構特點,推導出了新的擺線針輪行星減速器優(yōu)化目標函數(shù)和邊界條件,利用MATLAB的遺傳算法工具箱,進行優(yōu)化,最后使用有限元分析軟件對減速器進行分析,以驗證其結(jié)構強度是否滿足要求。
[Abstract]:Space in-orbit service is an important field of space technology development at present. Space on-orbit service includes space rendezvous and docking, on-orbit assembly, on-orbit maintenance and so on. Space manipulator has been widely used in the field of space orbit service due to its good mission adaptability. In this paper, a scheme of using nine degrees of freedom robotic arm to accomplish the task is proposed for a space on-orbit assembly task. Based on this task, a compact large torque modularized space manipulator joint is designed. Firstly, the on-orbit assembly task is analyzed, and the parameters of the nine-degree-of-freedom manipulator are preliminarily worked out according to the task analysis, and the design indexes and functional requirements of each joint are obtained by decomposing the parameters. Then, according to the design parameters of joint, the selection of joint parts is completed by calculating and consulting the product manual. After completing the selection of joint parts, based on the geometric dimensions of each component, the detailed structural design of the compact large torque modular joint is completed. Then, according to the two typical mechanical states of the manipulator in the actual work, the finite element analysis of statics is carried out to find out the weakness of the joint model. The analysis and calculation results show that the stiffness of the harmonic output shaft is insufficient, the stress concentration phenomenon exists in the line hole, and the stiffness of the upper and lower extension plates for joint connection is insufficient in the preliminary design joint model. Then the harmonic output shaft and joint shell are improved according to the analysis results. The finite element analysis results of the improved joint model show that the maximum stress of the harmonic output shaft decreases by 40 percent, the stiffness increases by 28.8and the deformation of the joint joint plate decreases by 28.9. the above results show that the effect of the improved measures is remarkable. Finally, a cycloidal needle wheel planetary reducer with output torque of 150 nm is designed. In order to reduce the volume, the common cantilever pin teeth of cycloidal pin gear planetary reducer are changed to the horizontal pillow type needle teeth. Then, according to the new needle tooth structure, a cycloidal gear reducer is designed. Then, according to several important parameters of cycloidal pin gear planetary reducer and the structural characteristics of the supine pin gear, the optimization objective function and boundary condition of the cycloid pin planetary reducer are derived, and the optimization is carried out by using the genetic algorithm toolbox of MATLAB. Finally, finite element analysis software is used to analyze the reducer to verify whether its structural strength meets the requirements.
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1803667