本文關(guān)鍵詞：空間復(fù)雜曲面修復(fù)機器人操作臂設(shè)計與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水輪機組在運轉(zhuǎn)工作過程中,往往會受到水流中泥沙等雜質(zhì)的影響,造成水輪機葉片不同程度的氣蝕和磨損破壞,嚴(yán)重降低了發(fā)電效率。故經(jīng)過一定的工作周期就要進行停機維修,水輪機組的大規(guī)模維修周期通常為4~5年,每次大修約耗時4個月,影響了水輪機組的有效發(fā)電時間。當(dāng)前我國水輪機葉片的維修作業(yè)主要采用人工作業(yè),不僅修復(fù)效率低,而且操作空間狹小、工作環(huán)境惡劣,對工人的身體健康造成嚴(yán)重威脅。此外,對于堆焊修復(fù)后的水輪機葉片進行人工打磨作業(yè),打磨后的葉片表面形狀很難和原設(shè)計形狀吻合,改變了水輪機組原始的過流狀態(tài),因而降低水輪機發(fā)電功率。因此,對于受損水輪機組葉片進行高效率與高質(zhì)量的修復(fù)作業(yè),已成為亟待解決的現(xiàn)實問題。本課題在深入了解水輪機組轉(zhuǎn)輪、葉片結(jié)構(gòu)以及對比分析國內(nèi)外現(xiàn)有水輪機修復(fù)機器人特點的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于移動平臺的空間復(fù)雜曲面機器人虛擬樣機。通過機器人操作臂可直接對機坑內(nèi)受損的水輪機葉片進行修復(fù)作業(yè),無需將轉(zhuǎn)輪從機坑內(nèi)吊出并轉(zhuǎn)移到維修廠房內(nèi)進行維修,從而使水輪機組葉片的維修工作具有安全、高效、便捷、低能耗等特點。首先,根據(jù)機坑內(nèi)工作空間相對狹小的問題,對于修復(fù)機器人主要部分—操作臂進行整體布局規(guī)劃,并對關(guān)節(jié)驅(qū)動進行研究。通過建模與仿真分析一體化的軟件Solidworks建立機器人虛擬模型,對主要零部件進行虛擬建模以完成總裝配,借助Simulation有限元分析系統(tǒng)進行模態(tài)振動研究。然后,通過D-H運動學(xué)理論建立其運動學(xué)模型,完成修復(fù)機器人正運動學(xué)分析以確定末端坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系的位姿關(guān)系,并通過MATLAB Robotics Toolbox驗證。通過機器人逆運動學(xué)研究,可知該機器人能夠完成修復(fù)作業(yè),又可以在某關(guān)節(jié)發(fā)生故障時完成修復(fù)作業(yè)。其次,對于該修復(fù)機器人的應(yīng)用研究,主要是對預(yù)先規(guī)劃的堆焊、打磨路徑軌跡進行運動學(xué)仿真。依據(jù)水輪機組葉片堆焊和打磨維修工藝的區(qū)別,在ADAMS仿真軟件中分別進行機器人虛擬樣機的堆焊與打磨作業(yè)應(yīng)用研究。最后,分別構(gòu)建堆焊與打磨作業(yè)系統(tǒng)框架,根據(jù)不同的修復(fù)作業(yè)流程,對實際作業(yè)中傳感器的應(yīng)用與選型進行分析,選取最適合的堆焊電源并對堆焊最佳參數(shù)進行實驗研究,為實體樣機的應(yīng)用與開發(fā)做鋪墊。
【關(guān)鍵詞】：空間復(fù)雜曲面修復(fù)機器人 虛擬樣機設(shè)計 模態(tài)分析 D-H理論 運動學(xué)計算 ADAMS仿真 作業(yè)系統(tǒng) 傳感器應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及意義9
• 1.2 工業(yè)機器人發(fā)展?fàn)顩r9-12
• 1.2.1 工業(yè)機器人概念9-10
• 1.2.2 工業(yè)機器人組成10-11
• 1.2.3 國內(nèi)工業(yè)機器人發(fā)展計劃11-12
• 1.2.4 國外工業(yè)機器人發(fā)展計劃12
• 1.3 工業(yè)修復(fù)機器人技術(shù)概況及趨勢12-15
• 1.3.1 國內(nèi)工業(yè)修復(fù)機器人技術(shù)的研究概況12-14
• 1.3.2 國外工業(yè)修復(fù)機器人技術(shù)的研究概況14-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第二章 機器人操作臂結(jié)構(gòu)研究17-25
• 2.1 操作臂整體規(guī)劃設(shè)計17-19
• 2.2 操作臂關(guān)節(jié)驅(qū)動設(shè)計19-20
• 2.3 機器人虛擬樣機建模20-22
• 2.4 機器人操作臂模態(tài)分析22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 機器人虛擬模型的運動學(xué)研究25-39
• 3.1 機器人操作臂的D-H模型建立25-28
• 3.1.1 建立位姿矩陣25-26
• 3.1.2 D-H連桿坐標(biāo)系建立26-28
• 3.2 運動學(xué)正解28-30
• 3.3 基于Matlab Robotics Toolbox的正運動學(xué)驗證30-33
• 3.4 基于修復(fù)作業(yè)的運動學(xué)逆解研究33-36
• 3.5 基于故障容錯的逆解研究36-37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第四章 機器人作業(yè)應(yīng)用研究39-51
• 4.1 堆焊作業(yè)應(yīng)用研究39-47
• 4.1.1 制定堆焊路徑39-40
• 4.1.2 堆焊應(yīng)用仿真40-44
• 4.1.3 基于故障容錯的堆焊應(yīng)用仿真44-47
• 4.2 打磨作業(yè)應(yīng)用研究47-50
• 4.2.1 打磨路徑的位置補償48
• 4.2.2 基于打磨路徑的運動學(xué)計算48-49
• 4.2.3 打磨應(yīng)用仿真49-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 機器人作業(yè)系統(tǒng)研究51-61
• 5.1 堆焊作業(yè)系統(tǒng)研究51-58
• 5.1.1 堆焊作業(yè)流程分析51-52
• 5.1.2 傳感器在堆焊作業(yè)中的應(yīng)用52-54
• 5.1.3 堆焊電源的選型54-56
• 5.1.4 堆焊工藝參數(shù)設(shè)計56-58
• 5.2 打磨作業(yè)系統(tǒng)與傳感器58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與工作展望61-63
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 工作展望62-63
• 致謝63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果69

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本文編號：495515