機(jī)械臂是集機(jī)械、材料、控制技術(shù)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、航空、醫(yī)療服務(wù)等領(lǐng)域。但隨著全球能源日益緊缺,傳統(tǒng)機(jī)械臂由于質(zhì)量大、能耗高使其發(fā)展受到制約。對機(jī)械臂進(jìn)行輕量化設(shè)計提高能源利用率符合未來發(fā)展需求,其逐漸成為輕型機(jī)械臂領(lǐng)域的研究熱點。相比于傳統(tǒng)機(jī)械臂設(shè)計所用鋼、鋁合金(AA)等金屬材料,碳纖維復(fù)合材料(CFRP)比剛度、比強(qiáng)度高、可設(shè)計性強(qiáng),利用其設(shè)計機(jī)械臂能有效提高輕量化程度�？紤]CFRP加工制造工藝不及常規(guī)材料成熟,本文設(shè)計CFRP與鋁合金兩種材料零件構(gòu)成混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于輕型機(jī)械臂本體結(jié)構(gòu)中;為了進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比,對機(jī)械臂中混合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進(jìn)行了探究。具體研究內(nèi)容如下:首先,確定設(shè)計方案與流程。根據(jù)任務(wù)特點確定機(jī)械臂構(gòu)型,再綜合分析性能參數(shù)選擇合適的輕量化材料。基于構(gòu)型特點及靜、動態(tài)性能確定連桿設(shè)計方案;參考鋁合金機(jī)械臂改進(jìn)其關(guān)節(jié)殼,且從關(guān)節(jié)緊湊性和任務(wù)特點出發(fā)設(shè)計了局部模塊化關(guān)節(jié)。對于不同材料連桿、關(guān)節(jié)殼構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu),根據(jù)材料加工工藝和連接特點規(guī)劃其連接方案。在此基礎(chǔ)上完成混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂輕量化設(shè)計流程。其次,建立優(yōu)化模型并計算。選擇混合結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)作...

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外機(jī)械臂的輕量化研究現(xiàn)狀
        1.2.1 驅(qū)動系統(tǒng)輕量化
        1.2.2 結(jié)構(gòu)輕量化
        1.2.3 材料輕量化
    1.3 課題來源、擬解決的關(guān)鍵問題
        1.3.1 課題來源
        1.3.2 擬解決的關(guān)鍵問題
    1.4 主要研究內(nèi)容
第二章 機(jī)械臂整體設(shè)計方案與混合結(jié)構(gòu)確立
    2.1 機(jī)械臂設(shè)計指標(biāo)
    2.2 機(jī)械臂構(gòu)型設(shè)計
    2.3 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂整體設(shè)計方案
        2.3.1 材料選擇方案
        2.3.2 連桿設(shè)計方案
        2.3.3 關(guān)節(jié)殼設(shè)計方案
        2.3.4 關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案
        2.3.5 混合結(jié)構(gòu)確立與連接方案
    2.4 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的輕量化實現(xiàn)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 機(jī)械臂數(shù)學(xué)模型及混合結(jié)構(gòu)分析
    3.1 機(jī)械臂運動學(xué)
        3.1.1 機(jī)械臂位姿描述
        3.1.2 D-H參數(shù)法
    3.2 機(jī)械臂動力學(xué)
    3.3 整體有限元分析模型
    3.4 混合結(jié)構(gòu)層壓板力學(xué)分析
        3.4.1 層壓板本構(gòu)
        3.4.2 層壓板失效準(zhǔn)則
        3.4.3 漸進(jìn)損傷分析
    3.5 混合結(jié)構(gòu)膠層分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 機(jī)械臂混合結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計
    4.1 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂初始模型
    4.2 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂優(yōu)化模型
        4.2.1 設(shè)計變量的選取
        4.2.2 約束條件的確定
        4.2.3 目標(biāo)函數(shù)與優(yōu)化數(shù)學(xué)模型確立
    4.3 ABAQUS 二次開發(fā)建模和分析
    4.4 基于 modeFRONTIER 優(yōu)化流程實現(xiàn)
    4.5 四自由度混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂算例
        4.5.1 連桿長度確定
        4.5.2 驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)確定
        4.5.3 優(yōu)化模型確定和有限元模型建立
        4.5.4 優(yōu)化結(jié)果分析
    4.6 關(guān)節(jié)驅(qū)動能力校驗
    4.7 連桿漸進(jìn)失效分析及校驗
        4.7.1 用戶子程序算例驗證
        4.7.2 上臂失效校驗
    4.8 本章小結(jié)
第五章 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng)實驗測試
    5.1 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng)搭建
        5.1.1 樣機(jī)制造
        5.1.2 控制平臺構(gòu)建
    5.2 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂靜態(tài)性能測試
        5.2.1 性能指標(biāo)選擇
        5.2.2 靜剛度測試
    5.3 混合結(jié)構(gòu)機(jī)械臂動態(tài)性能測試
        5.3.1 機(jī)械臂本體模態(tài)分析
        5.3.2 機(jī)械臂末端振動測量
        5.3.3 機(jī)械臂動力參數(shù)測量
        5.3.4 關(guān)節(jié)溫度分析驗證
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究的不足與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的科研成果



本文編號：3961833